新井基岩施工啥特点_投料井基岩段分级钻孔常见问题及应对措施

　　摘要：针对某煤矿投料井基岩分级钻孔施工过程中遇到的钻进困难、进尺缓慢、泥浆反循环系统不正常和掉钻头等问题，提出了相应的技术措施。　　关键词：投料井 基岩 钻孔 问题 应对措施
　　中图分类号：TD26 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-004-02
　　为挖掘煤碳储量资源，提高资源回收率，某矿确定由地面到矿井井下设计施工一投料井。该矿投料井将固体物料运至井下，对采空区进行充填开采，该投料井工程成为解决地上充填材料运至地下的关键环节。
　　1 施工过程
　　该投料井根据该工程特点及要求，覆盖层完成 1200mm深度170m进入完整基岩，下放套管进行壁后充填后，分别采用 241mm、 620mm、 900mm牙轮钻头分三级扩孔至设计深度，圆孔后进行耐磨管下放及壁后充填。
　　2 地质条件
　　钻孔深度范围内所揭露地层如下：
　　（1）第四系冲积层：层厚为170m，共分ⅦA、ⅦB、ⅦC、ⅦD四个含水层，其中ⅦD为主要含水层，大部分直接覆盖于基岩面之上。
　　（2）基岩段地层：层厚442m，主要为粘土岩、中砂岩、紫灰色中砂岩、灰色含砾粗砂岩、灰色中砂岩、深灰色粉砂岩。
　　3 钻孔设备
　　（1）千米钻机。投料井钻孔选用SPS2600型钻机。
　　其性能参数见表1。钻机在孔口部位要加设承重装置，能保证移离钻机转盘后钻机底盘能通过 1.2m的钻头，保证各级扩孔钻头的顺利连接和下放。
　　（2）刀具及导向装置
　　超前孔钻进选用 241mm整体三牙轮钻头，导向器的直径与钻头的直径匹配，组合而成。扩孔钻头采用 311mm牙轮巴掌组焊而成，扩孔钻进时，在扩孔钻头前部加设前一级直径的钻头作为超前导向。
　　（3）泥浆反循环系统
　　钻孔采用一台WF-3/30DG型固定式空压机机。
　　4 存在问题及应对措施
　　4.1 基岩段钻孔缓慢
　　产生原因：
　　地层复杂多变，基岩段钻孔范围内变层达43个，主要为砂岩和粘土岩，砂岩地层厚度占84.1%，且多为硬度大硅质胶结石英砂岩，自然条件造成钻进中操作困难，特别是在坚硬岩层中钻进时，进尺缓慢，刀具磨损块，钻进效果不如覆盖层段。
　　应对措施：
　　利用 241mm前导孔钻进过程记录岩层变化情况，及时修正地质柱状图，在扩孔钻进过程中，及时针对地层实际变化情况选择合理钻进参数，加快钻进速度。
　　4.2 钻井设备与钻孔直径不匹配
　　产生原因：
　　由于投料井钻孔所用设备为张家口钻探机械厂生产的千米钻机，原最大钻孔为 445mm。经过技术改造后，钻孔达到 900mm，造成钻进过程钻机负荷较大，特别是转盘、钻杆和钻具所受扭矩均将达到安全极限，而在基岩扩孔钻进过程中，需要大钻压进行破岩钻进，增加了钻进设备的负荷，进一步增大了出现生产事故的几率，在投料井基岩段钻进过程中掉钻头两次，齿轮轴承损坏数次。
　　应对措施：
　　（1）对设备关键部位进行更换、改进。钻机原有重要部位的旧齿轮、轴承等更换成高强度配套的新齿轮，在水龙头部位更换新的持力轴承，使钻机整体性能提高，减少了钻机日常维护时间，相应增加了每天的钻进时间。
　　（2）调整钻机转速，将原来各档位转速降低一半，在扩孔钻进过程中，破岩压力增大情况下，钻机稳定性得到提高。
　　（3）定期保养钻机，备足易损配件，有针对性跟换老化严重的设备零部件，做到及时更换。
　　（4）建立强制检修保养制度。在基岩段钻进时，缩减钻机保养周期，并对钻头、导向及各连接部位检查完毕，确保连接焊接部位安全后，经技术员、质检员和技术负责人现场确认可靠后方可下钻，有力的确保了投料井基岩段的安全钻进。
　　4.3 钻机钻进不平稳，出现跳钻、憋钻等振动现象
　　产生原因：
　　（1）在扩孔钻进基岩过程中，由于地层硬，钻进缓慢，部分钻机操作人员人为改变钻进参数，盲目增加钻压，加快钻速及给进速度。
　　（2）操作人员技术不熟练，致使井底不平，井孔不圆，钻进中钻杆左右摇摆。
　　（3）孔底有异物，如掉落的刀具、铁制品、大卵石等硬物。
　　（4）刀具、钻具布置不合理，使钻头不在同一工作面。
　　（5）卵石层中，卵石大小、硬度和软硬不同地层变层处，使钻头受力不均。
　　应对措施：
　　（1）对基岩段钻进参数进行严格控制并建立操作室巡查制度，消除了操作人员的随意操作。
　　（2）做好操作人员培训工作。根据已有的地质资料，技术人员对操作手做好地层变化的技术交底工作，及时检查钻机操作人员的钻进压力和放绳速度；建立“认师傅 带徒弟”制度，经验丰富、技术熟练地操作手对新操作手进行指导，提高钻机操作人员整体操作技术水平。
　　（3）对孔底进行彻底清洗，钻进仍困难时，提钻检查钻头，查看孔底是否有异物，如确认孔底有异物，采用专用打捞工具进行打捞，直至异物被取出为止。
　　（4）严格控制钻头制作尺寸，合理布置刀具。由钻压限制最大布刀数，根据钻头的稳定性和径向重合度要求确定最小布刀数，再按同心圆、等转速、等切削量、对称性等因素综合确定布刀方案，从而增强整个钻具稳定性。
　　（5）合理变换钻进参数，找到合适钻进参数，一般为低压慢速钻进为宜。
　　4.4 泥浆反循环系统不正常
　　产生原因：
　　（1）更换钻头重新下钻后，由于泥浆长时间静置后，底部泥浆稠、钻渣沉入孔底，造成钻头直接插入稠泥浆或钻渣中，堵塞钻头底部吸收口。
　　（2）循环系统的高压进气管路漏气，达不到反循环系统内正常运转的气压值。
　　（3）循环管路或钻头底部的吸收口堵塞。在基岩段扩孔钻进过程中，上一级钻孔的孔眼已被本次扩孔破碎的岩石填满，上一级钻孔孔眼内岩石松散，较大的石块被吸收上去，堵塞循环管路或底部的吸收口，导致泥浆循环不能正常进行，影响钻进效率。
　　应对措施：
　　（1）调节泥浆参数，保证泥浆性能完好；提钻前充分循环泥浆，孔内含砂率达到准后再提钻，以减少孔底沉渣量；每次下钻时应在距离孔底位置20m左右开始循环泥浆，随泥浆循环缓慢下放钻具，循环到底后正常钻进。
　　（2）检查整体反循环系统，尤其检查各活塞连接位置是否完好。如孔内上返气泡，则表明孔内双壁钻杆内漏气；反之多由空压机或水龙头活塞损坏漏气。
　　（3）针对循环管路或钻头底部的吸收口堵塞，有以下三种处理方法：1）调整钻头底部吸收口预留口径，在吸收口下部焊钢筋网，同时提高吸收口在钻头上的布设位置，从而防止大块岩石进入吸收口。2）利用前一级钻头对该孔内岩石进行二次破碎，大块岩石破碎后，继续扩孔钻进，不会再发生吸收口堵塞现象。3）本级扩孔钻头底部加上一级钻头作前导钻头，有效破碎空眼内大块岩石，保持了吸收口通畅，保证垂直度同时，加快了钻孔速度。
　　5 小结
　　（1）前导孔钻进过程中，及时收集钻孔地质资料，对柱状图的进行修正，使扩孔钻进过程中，掌握真实有效的地层及岩石情况，及时调节钻进参数和更换钻具，解决了钻井参数被动选择的局面，大大提高了进尺速度。
　　（2）通过上述技术措施，为钻机安全钻进增加了保证，减少了事故的发生率，同时提高了钻进的速度，减少了工程成本。
　　（3）一定程度上解决了小直径深井钻机钻进基岩时存在的钻进不平稳、泥浆反循环系统不正常等问题，对今后小直径深井钻孔提供了经验。
　　参考文献：
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