大孔深反井钻施工技术

大孔深反井钻施工技术

宗磊

淮河能源控股集团煤业分公司地质勘探工程处

摘要：反井钻工程主要是施工连接两个水平巷道的钻孔，可应用在冶金、煤炭、化工等各类矿山的相关钻孔工程中，可优化矿井运输及通风系统；可缩短管路长度，节约成本；可简化煤仓等工程施工工序，加快施工速度，改善施工安全环境。淮南矿区是高瓦斯矿井，井下需要安装瓦斯抽采管路，近年来，为了减少管路安装距离，采用反井钻施工管路钻孔的方法来实现，这种反井钻孔深一般较大，大多在50m以上，需穿过多层主采煤层，存在钻进排渣困难及瓦斯管理难度大等问题，给安全施工带来较大威胁。2015年地质勘探工程处注浆项目部对大孔深反井钻施工进行技术攻关，通过对潘三矿西三C组煤中部采区瓦斯抽采管路钻孔反井钻施工技术的实施，总结了大孔深反井钻的施工工艺和取得的技术效果，并就施工过程中出现的问题，提出建议。

关键词：大孔深；反井钻；施工方案；技术

1概况

为了快速安装瓦斯抽采管路，尽快形成抽采系统，从安全经济技术一体化方面考虑，潘三矿在西三C组煤中部采区施工瓦斯抽采管路钻孔反井钻，该反井钻上口位于-650m西一石门钻孔硐室，下口位于西翼胶带机大巷钻孔硐室，孔深达122m。根据矿方提供的地质资料分析，钻孔穿过的岩性以煤、泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩及中砂岩为主，中下部要穿过14煤（厚0.65m）、13-1煤（厚3.55m）及12煤（厚0.6m），其中13-1煤在潘三矿属于突出煤层，为了探清13-1煤赋存情况及瓦斯情况，在瓦斯管路钻孔下口西翼胶带机大巷，施工了抽采钻孔兼前探钻孔，对该处的13-1煤进行抽采消突。

2 施工方案

2.1抽采钻孔设计方案

在下口西翼胶带机大巷钻孔两侧设计了13个13-1煤抽采钻孔，抽采钻孔以反井钻孔为中心进行设计，共布置两圈钻孔，中心位置设计一个钻孔，第一圈孔设计半径为1.5m,第二圈孔设计半径为3.5m。抽采钻孔施工结束后，封孔合茬进行抽采。

2.2反井钻施工方案

钻进选用LM-120型反井钻机施工，因钻孔孔深大，导孔钻进配￠244mm钻头采用风水联动配合泥浆循环排渣施工工艺，为了保证钻孔成孔垂直度，扩孔钻进采用带导向轮1.2m钻头。因钻孔需过煤，过煤段可能会塌孔，选用2ZBYSB9.8～2.8/1～15-22型液压注浆泵对塌孔段进行注浆。

3 钻进施工

3.1施工工序

安装钻机→导孔钻进→导孔钻透→拆除小钻头→安装大钻头→扩孔钻进→扩孔结束→拆除钻机→拆除大钻头。

3.2钻机安装

（1）钻机安装顺序：按照钻孔中心线摆放主机→用卡轨器固定主机→立主机→安装下支撑、翻转架、转盘吊→连接管路→搭火顶上支撑并超平找正→开机。

（2）钻机安装好后，开机进行试运转，检查各部位的运行是否正常，观察压力表，确认一切正常后方可进行钻进施工。

4 施工技术要求

(1)导孔开孔钻进时采用高转速低钻压，动力头的转速使用快速档，钻压为2～5MPa,导孔正常钻进时钻压要根据钻孔穿过的岩层情况来给定，一般钻压为5-10Mpa，如遇砂岩石可适当提高钻压。

（2）在导孔钻头处接一个导向钻杆，以后每钻进10m加接一根导向钻杆，钻进到50m后停止使用导向钻杆，经过2次以上提钻注浆后，可逐步减少导向钻杆数量，直至完全甩掉导向钻杆。

（3）开孔20m段采用风水联动进行导孔钻进排渣，20m后试验采用泥浆循环排渣，因泵总流量不足，效果不佳，全部使用风水联动排渣。这种排渣方式主要解决压风的问题，上口巷道在西一石门，压风管为8寸的主管道，风压相对较足，为0.6～0.7MPa,采用两路￠51高压供风管路向钻孔供风，确保供风量。

（4）随着钻进深度的增加，排渣逐渐困难，要增加排渣时间。每钻完一根钻杆后，要充分排渣几分种，待孔内岩渣排完后再接下一根钻杆，钻杆接好后，不要急于钻进，要继续空转，排净钻孔内残留岩渣或塌孔时产生的岩渣，如果排渣量较大，说明塌孔严重，不得继续钻进，待风水正常、排渣量小时，方可开始加压钻进。

（5）深部导孔钻进时，每根钻杆接好后，要先开水一段时间，关水后再开压风，在风压、水压及孔内残留风压的作用下，进行正常钻进。

（6）导孔钻进时，孔内不返风水渣或返回量变小，不得继续钻进，要采用来回拉钻的方式进行处理，直至正常后方可进行钻进。如果处理不通，要及时采用注浆泵注水，注水不通要及时提钻。堵钻如果得不到及时处理，钻头、钻杆内小孔及钻杆与钻孔之间空隙被岩渣堵实，若时间过长，岩渣胶结起来，与钻杆环抱在一起，使钻杆不能旋转，无法起钻，发生埋钻事故。

（7）塌孔位置在钻孔浅部，可采用灌注稠水泥浆方法进行加固，加固后24小时方可复孔钻进；塌孔位置在钻孔深部，因稠水泥浆扩散范围有限，需采用边注边提钻的方法进行加固注浆，根据塌孔位置，选择注浆区段，对塌孔段及附近岩体进行有效封堵加固，直至孔口返浆后方可结束注浆，采用这种方式注浆，浆液和孔内残留水融合在一起，在钻孔内凝固时水分得不到充分释放，凝固速度可能较慢，最少在注浆结束72小时后方可复孔钻进。

（8）扩孔开始钻进时，大钻头未完全进入岩体内，为防止钻头剧烈而损坏刀具，使用低钻压、低转速，待钻头全部进入后方可加压钻进。正常扩孔钻压视岩层情况来定，一般为7.5～12.5MPa,遇砂岩可适当增加钻压。

（9）扩孔冷却水一般从孔口下，如果孔内有塌孔，水下不去，可采用来回拉钻的方法进行处理，处理不通，冷却水接到钻杆上，从钻杆内小孔下放，但大钻头短接位置要打一定数量的出水眼。

5施工质量

严格控制钻孔偏斜率，通过加大钻机基础范围、精细超平找正、合理使用导向钻杆等技术工艺方案落实到位，钻孔成孔后下口偏离钻孔中心位置为0.3m, 偏斜率f=偏离距离(L)/孔深(H)=0.3/122=0.25%,远远低于设计钻孔偏斜率1%。

6施工组织

根据施工工序转换情况，合理组织施工，合理调配人力资源。在施工准备期间，需要施工沉淀池及泥浆池、准备材料、摆放注浆设备、安装钻机等，工序多，采用两班8小时作业制，每班配足施工人员。在导孔施工期间，过煤前采用两班8小时作业制，过煤期间及后期，采用两班12小时全天作业制连续施工，确保导孔能够安全顺利施工到底。在扩孔期间，采用两班8小时作业制，每班控制施工人员。通过合理组织施工，充分发挥人力资源利用效率，经过22天精心施工，成功完成了矿区近几年来首次孔深达百米以上的反井钻施工任务。

7结束语

大孔深反井钻施工技术在潘三矿西三C组煤中部采区瓦斯抽采管路钻孔施工中得到了应用，取得了较好的成效，积累了较丰富的施工经验。对反井钻施工中出现的问题，提出如下建议进行探讨:

（1）利用注浆泵进行塌孔段注浆时，注浆结束后至少停72小时以上方可恢复钻进施工，可以让受注体内浆液充分得到凝固，提高导孔成孔效率。

（2）在大孔深钻孔导孔深部钻进过程中，可尝试使用逆止阀钻头，可增加钻孔内残余风量和和水量，可提高导孔施工效率。

（3）本次使用风水联动排渣，通过改进工艺技术，比较顺利完成施工，但从长远来看，大孔深反井钻施工需要配置大流量防爆型泥浆泵，采用泥浆循环方式进行护壁排渣，这样可简化施工工艺，降低导孔施工难度。

参考文献：

[1] 孙德望,刁凯. 竖井开挖施工技术J]. 中国西部科技,2009,(5):21-23

[2]孙清华. 浅谈高压竖井开挖中反井钻机施工[J]. 广东科技,2012,(7):72-74

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