矿区水文长观孔固井施工工艺探析

矿区水文长观孔固井施工工艺探析

梁杭源廖文

浙江有色建设工程有限公司浙江绍兴312000

摘要：在矿区施工工艺中，水文长观孔施工具有重要作用。固井质量会对水文地质资料准确性和可靠性造成较大影响，特别是煤田水文孔固井质量，会对煤矿生产安全造成影响。在施工操作期间，若采用传统止水方式将无法确保止水效果和质量。此次研究主要是探讨分析矿区水文长观孔固井施工工艺，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：矿区；水文长观孔；固井；施工工艺

在矿区施工建设之前，必须对水文地质进行勘察，而水文观测孔固井止水会对勘察质量造成直接影响。固井质量会决定水文地质资料的可靠性和真实性，特别是对于煤田水文孔固井质量来说，会对煤矿生产安全造成影响。为了确保永久性止水效果，必须采用孔底水泥注浆阀塞管内钻杆注水泥固井施工方法，应用效果比较限制。

1、矿区水文长观孔固井施工工艺的优势分析

缩短固井时间，从钻杆内部经过孔底，可以将水泥浆压入到管外环状间隙中。在替换水泥浆液时，只需要通过钻杆就可以实现。此种方法可以减少水泥浆液替换量，施工速度比较快。在完成注浆之后，通过止水阀能够避免水泥浆液回流，控制水泥浆液上移。在完成注浆之后，需要将钻具提出到孔外，避免水泥凝固导致注浆钻杆无法应用，容易引发固井安全事故。通过此种处理方法能够确保套管外水泥浆液面高度，加强固管质量。在套管下放过程中，利用逆止阀能够避免孔内水泥浆液进入到套管内，使套管内部形成内压空间，使管内浮力上升，减少套管柱重量，以此起到浮力塞效果。

2、注浆阀塞工艺结构分析

在开展水文钻孔施工过程中，需要特殊定制井底逆止阀，相应增加施工成本。在施工建设期间，需要使用自制井底注浆逆止阀塞，这样不仅能够确保施工质量，满足施工需求，还能够降低工程造价，加快施工周期。

2.1注浆逆止阀

此次工程建设所应用的注浆逆止阀直径为70mm，该逆止阀的结构包括一节地质管（长度25cm、直径70mm）；胶木球（直径45mm）；弹簧（长度：10cm、外直径43mm、内直径：35mm）。注浆逆止阀结构图如下图所示。

图1注浆逆止阀结构图

2.2制作注浆阀塞

第一，使用钻杆（长度：180cm、直径50mm）连接于注浆逆止阀，在钻杆外部留有反丝扣接头，使用钢筋（直径：6mm）焊接在钻杆体上，组成三组支架，每组支架数量为6个，通过管内直径明确支架钢筋长度，支架能够起到水泥箍筋、逆止阀和居中钻杆作用。

第二，选取下设一节止水套管，长度控制在180cm。彻底清理套管内部，之后逆止阀组件安装在套管内部。按照注浆阀塞工艺结构进行准确定位，之后将钢筋支架与套管进行焊接。将注浆逆止阀使用帆布进行包裹，且确保绑扎效果。

第三，将完成焊接处理的注浆阀塞套管立起，将干砂倒入至管内，确保干砂到达注浆阀塞水泥底部。

第四，选择清水、河沙以及普通硅酸盐水泥，按照0.7:2.5:1比例进行配制，之后按照注浆逆止阀塞结构，将砂浆导入至套管内进行均匀捣实。在4h内将清水注入到套管内，避免出现干裂问题。于48h后放到套管，彻底清理水泥逆止阀，并且焊接于原先套管内。

2.3钻孔布设

此次工程施工观测孔联合现有观测孔，以此建立动态观测系统。采用钻芯钻进明确煤层底板与含水层发育情况，以此加强勘察钻孔功能。联合区域内地下水流向，通过观测线对钻孔进行布设。

2.4钻探工艺布设

此次长观孔工作共布设4个钻孔，位于矿井暗斜井内，钻探进尺400m。为了确保施工安全质量，在设计钻孔时使用多级变径结构，下放至套管进行固管操作，安装孔口闸阀，按照终孔孔径明确开孔孔径，将终孔孔径设置在75mm左右。

3、下管固井施工

在下放套管之前需要实施换浆处理，将稀泥浆液灌注到孔内，以此稀释孔内泥浆。在整个操作期间必须将泥浆密度控制在1.1以内，且入孔泥浆性能必须与孔内泥浆性能相近。在孔口位置取样进行检验时，应当确保无粉砂沉淀。在下放套管时，应当在套管引鞋上部安装注浆阀套管，并且下放至孔内预设深度。由于在下放注浆阀塞套管时会产生浮力塞作用，当浮力比较大时，注浆阀塞套管无法下放，需要将清水注入到注浆阀塞套管内，以此减少浮力。

将注浆阀塞套管下放至孔底部时，应当确保孔底部注浆阀塞接头与注浆钻杆对接。对于固井浆液和水泥配比问题来说，应当合理选择固井水泥质量，避免对固井施工造成影响。针对水泥浆液来说，必须确保其比重和黏度性能，并且具备良好的可泵性，初凝时间、终凝时间、固化时间都应当缩短，确保固化处理后水泥强度。水泥质量和水灰比会对水泥强度以及凝结固化时间造成影响。当水泥水灰比比较大时，初凝时间和终凝时间比较长，相应降低水泥凝固强度。针对固井材料使用量问题来说，应当按照井管与钻孔环状间隙、浆液损耗系数、浆液配比等指标，对用水量、水泥用量以及浆液使用量进行计算。

在计算水泥加水量和浆液固井加水量时，可以按照以下计算方法：使用水泥100kg进行分析，该水泥水灰比控制在3.1，水泥体积为30L，水灰比为0.5:1，固井环状间隙水泥需求量为1.22V，固井环状间隙用水需求量为0.61V。从上述计算能够看出，1L水泥浆液需要1.22kg水泥，需水量为0.61kg。

固井前必须做好前期准备工作，防止固井工作不间断施工。固孔施工的时间必须进行严格控制，避免超过浆液灌入的初凝时间。将清水注入到泵体之前，首先需要对泥浆泵管理密封效果、工作性能以及耐压性能进行检查，并且做好管外循环工作。在整个施工操作期间，必须保证每一个系统的运行效果，确认无误之后才能够开展注水泥固井施工。

在施工过程中，需要使用泥浆泵将水泥顶到孔底，该工艺需要利用钻杆通过注浆逆止阀实现。水泥浆液沿着套管外环间隙，能够从孔底返回至孔口位置，水泥浆液上返至孔孔之后可以停止泥浆泵运行。借助于弹簧压力能够使逆止阀自动复位，有效避免水泥浆液返回至套管内。根据浆液泵和管理容积进行计算，使用等量清水替换输浆管路和浆液泵中的水泥浆液，并且将泵管路上的泄压阀打开，对水泥浆液回浆情况进行检查，这样能够对逆止阀工作状态进行判断。当确保逆止阀起作用之后，应当将井底反丝扣街头拆卸掉。之后将浆钻具提离井底部0.9m，并且使用清水对起钻和管理进行清洗。

当水泥凝固1d之后，需要对水泥面进行钻探，充分搅拌之后确保其不凝固。在3d之后需要下放钻套扫水泥柱，并且将注浆逆止阀打捞上来。

4、结束语

综上所述，按照此次对矿区水文长观孔固井施工工艺的分析能够看出，在钻孔固井施工中应用注浆逆止阀塞具有明显作用，逆止阀结构简单，能够缩短施工周期，且经济成本比较低。在此次水文孔固井施工中得以广泛应用。希望通过此次工程技术工艺的分析，能够为同类工程起到参考性价值。

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