煤矿排水井快速施工技术实践.pdf

2 0 1 0 年第 2 期 中州煤炭 总第 1 7 0 期 煤矿排水井快速施工技术实践 赵玉启 ， 朱红 青 ， 贾瑞 华 ， 孔 繁伟 ， 郭 旋 ( 1郑 州祥 隆 地质 工程 有 限公 司 ， 河 南 新 密4 5 2 3 7 1 ；2 ．中 国矿 业 大 学 ， 北 京 1 0 0 0 8 3 ) 摘要： 在对义煤集团公司石壕煤矿地质概况和水文地质条件进行分析 的基础上 ， 进行 了3眼排水井施工方案 的设计 ， 介绍 了其钻井施工工艺。在施工过 程 中应用 了先进 的螺杆定 向钻进 技术 ， 严格控 制施工 中关键环 节 ， 在合 同工期 内高质量完成工程 ， 保 证 了煤矿安全生产。 关键词 ： 石壕煤 矿； 排水井； 定 向钻进技术； 快速施工技术 中 图分 类 号 ： T D7 4 4 文 献标 识码 ： B 文 章 编 号 ： l 0 0 3—0 5 0 6( 2 01 0) 0 2—0 0 5 0—0 2 义煤集 团公 司石 壕 煤矿 通 过 改扩 建 ， 生 产 能力 由 6 0万 t ／ a提高 为 9 0万 t ／ a ， 由于产 量增 加 以及 向 深部 开采 ， 矿 井涌水 量增加 ， 急需增 加矿井 综合排 水 能力 。因井下 条件 限 制 ， 需 在 地 面施 工 3眼排 水 井 作 为排水通 道 ， 同时 ， 也可增加 矿井抗 水灾 能力 。郑 州 祥隆地质 工程公 司承 担 了排 水井 的施工任 务 。 1 施工区地质条件 该 矿井 类 似华 北 型煤 田， 主要 包 括 3个 充水 含 水层 ： ①松散岩类孔隙含水层组 ； ②碎屑岩类孔隙裂 隙含水层组； ③碳酸岩类岩溶裂隙含水层组。 0— 9 m为第 四系 黄 土层 ； 9～8 2 m为 二 叠 系上 石盒 子地层 ， 岩性 主 要 以 中 、 粗 粒砂 岩 为 主 ， 兼有 部 分 泥岩 ； 8 2～ 3 9 8 m 为二叠 系下 石盒 子地 层 ， 岩性 主 要 以砂 岩为 主 ， 兼 有 部 分砂 泥 岩互 层 ； 3 9 8— 4 6 6 m 为石炭 系 山西组 地层 。 2 方案设计 ( 1 ) 排 水 井 设 计 。3跟 排 水 井 设 计 井 深 均 为 4 6 6 ． 0 0 m， 其 中 1 井 和 2 井 分别下 人 2 7 3 m m 1 0 m m套管， 3 井下入 3 7 3 mm x 1 2 m m套管 ， 套管壁 外用 4 2 ． 5 R水泥封 闭 。 ( 2 ) 钻 井设 备 的 选 用 。根 据 钻 井 设 计 深 度 、 岩 层条 件 、 钻进 方法 选择设 备 。选 用 A S 2 7 m ／ 5 0 t 型 钻 塔 2部 ， T S J ~／ 6 6 0型 、 T S J 。 2 0 0 0型水 源钻 机各 l台 ， T B W- 8 5 0 ／ 5 A型 泥浆泵 2台 ， N B B 2 5 0 ／ 6型 注 浆 泵 2 台 ， 0 ． 5 m 搅 拌 机 1台 ， 配 电盘 2台 ， 启 动 柜 4台 。 B Z M— R型单点 照相测 斜仪 1 套 ， J E型 经纬仪 2台 ， 收 稿 日期 ： 2 0 0 9—1 1— 2 4 作者简介 ： 赵玉启( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 河南辉县人， 工程师 ， 注册安全工程师 1 9 9 6年毕业于华北水利水电学院， 现从事钻探设计和安全管理工作。 5 O 1 5 9 m m钻铤 6 根 ， ( 2 j 1 5 9 m m 无磁钻铤 l 根 ， 1 6 5 m m 螺杆 1根 ， 2 0 3 m m钻 铤 4根 ， ( 2 j 1 7 8 m m钻 铤 6根 ， 1 2 7 mm钻杆 l 0 0 0 m。 ( 3 ) 工艺要 求 。全 井 不 取 心 ， 目的为 疏 排 矿 井 水 。由于井 口受现 场条件 所限 ， 井 口坐标 确定后 ， 钻 井 落点 要在 以井 口为 圆心 、 半 径 为 1 ． 5 m 以 内 的靶 域 内 ， 且 三钻井 落 点 要在 一 条 直线 上 。若 出现 井 斜 超 出设计 要求 ， 必 须 及 时采 用 螺 杆 钻具 纠斜 。1 井 ( 2 井 ) 开 孔 用 3 1 1 mm 三 牙 轮 钻 头 钻 进 ， 2次 扩 孔 ， 分 别 为 3 8 0 m m 组焊 牙 轮钻 头 和 ( 2 j 4 3 0 mm组 焊牙 轮钻头 。3 井 钻 井 开 孔 用 3 1 1 m m 三牙 轮 钻 头 钻进 ， 也 是 2次 扩孔 ， 分 别 为 4 8 0 m m 组焊 牙 轮 钻 头和 ( 2 j 5 3 0 mm组焊 牙轮钻 头 。 3 钻井施工 3 ． 1 钻 具组 合及钻 进参数 以 1 井为例 ， 选择 钻具组 合及钻 进参数 如下 ： ( 1 ) 开孔。①一开钻具组合： ( 2 ) 3 1 1 m m三牙轮 钻 头 + 2 0 3 mm 钻 铤 ( 2根 )+( 2 j 1 7 8 m m 钻 铤 ( 3 根 )+ 1 2 7 mm钻杆 + 立轴。②钻进参数： 钻压 3 0 k N， 泵 量 8 5 0 L ／ mi n ， 转速 3 7 ， 5 2 r ／ m i n 。 ( 2 ) 4 3 0 mm扩孑 L 。① 4 3 0 m m 扩孔 时 钻具 组 合 ： 4 3 0 m m组 焊牙 轮 钻头 + 2 0 3 m m钻 铤 ( 2 根 )+( 2 j 1 7 8 mm钻铤 ( 3根 )+ 1 2 7 m m 钻杆 +立 轴 。②钻进参数： 钻压 3 5 k N， 泵量 9 0 0 L ／ mi n ， 转速 3 7 r ／rai n。 3 ． 2 化 学泥 浆 采 用 8 0 A ． 5 1+钠 土 +腐 殖 酸 钾 +C N C + N a C O ， 不 分散 低 固相 泥浆 。泥浆 密度 1 ． 0 6～1 ． 2 5 g ／ e ra ， 黏度 2 5～ 3 3 s ， 含砂 量 不 大于 4 ％ ， 失 水量 小 于 1 5 mL ／ 3 0 mi n 。 2 0 1 0年第 2期 赵 玉 启等 ： 煤 矿排 水 井快速 施 工技术 实践 总 第 1 7 0期 3 ． 3 定 向钻 进 ( 1 ) 钻具 组 合 。 2 1 5 m m 三 牙 轮 钻 头 + 1 6 5 m m 螺杆 +1 。 弯 接头 + 1 5 9 mm无磁 钻 铤 ( 1 根 )+ 1 5 9 mm钻 铤 ( 6根 )+ 1 2 7 mm钻杆 +立轴 。 ( 2 ) 钻进 参数 。钻 压 为 3 0～4 0 k N， 泵 量 为 8 5 0 L ／ rai n ， 转 速 3 7 r ／ m i n 。 ( 3 ) 泥 浆 参 数 。 泥 浆 密 度 1 ． 0 8～1 ． 2 5 g ／ c m ， 黏 度 2 2～2 7 S ， 含 砂 量 不 大 于 2 ％ ， 失 水 量 小 于 1 3 mL ／ 3 0 rai n。 ( 4 ) 螺杆 纠 斜 。根 据 实 际 需 要 ， 随 钻 测 量 站 点 的顶角 和方 位角 ， 及 时采用 螺杆 纠 斜 。 其 中关键 旌工 技 术与 以往 排水 井或 抽放 瓦斯 井 的不同之处是 ： ①钻井井斜及钻井轨迹要随时监测 ， 及时采用螺杆钻具 纠斜 ； ② 为保证三 眼井落点在一 条直线上 ， 先施工 1 井和 3 井 ， 最后施工 2 井 ； ③此 工 程项 目难 点 是 ： 由 1 井 完 成 钻 探 任 务 ， 在 1 井 下 人 2 7 3 m m X 1 0 mm 套 管 后 要 及 时用 水 泥 进 行 封 闭 套管 ， 由于 1 井 和 3 井 井 口相 距 不 足 1 0 m， 要 采 取保 护措 施 不 让 水 泥 通 过 通 道 ( 裂 隙 ) 窜 入 3 井 。 ④要保证 2 井安全施工且它的落点在 1 井和 3 井 之 间的直 线上 。 1 井 、 3 井 钻井 轨 迹 见表 l 、 表 2 。经 计 算 ： 1 井 实 际偏距 1 ． 2 6 m； 3 井实 际偏 距 1 ． 3 8 m。 表 1 1 井钻 井轨迹计算 表 2 3 井钻 井轨迹计算 截 至 2 0 0 9年 1 1月 l 1日， 根据 一 开钻 探 成 果 ， 已知 2 井实 际偏距 为 0 ． 9 8 m。通 过 以上 数据 ， 可 知 两井 都满 足工 程技 术要 求 。 4经 验 总 结 此次施工 ， 由工程项 目部负责工程 的施工管理 和落实安全措施及技术措施 ， 制订下套管具体措施 ， 工程 施工 采用 流水 施 工 ， 减 少 了辅 助 工 作 时 间。 1 井实 际纯 钻进 时 间为 7 0 d ， 其 中进 场 准 备 5 d ， 加 工 组焊 牙轮 钻头 时 间为 2 d ， 停 电累计 为 1 d ， 其他 非施 工本 身造 成 的停工 时 间 3 d 。1 井 实际工 期 8 1 d ， 工 期 提 前 9 d 。3 井实 际纯 钻进 时 间为 7 3 d ， 其 中进场 准备 5 d ， 加工组焊牙轮钻头 2 d ， 停电累计为 1 d ， 其 他非 施工 本身 造成 的停 工 时 间 4 d 。3 井 实 际工 期 8 5 d ， 工期 提 前 5 d 。 此次 之 所 以 能保 证 排 水 井顺 利 施 工 ， 主要 是 做 好 了 以下 关键 环节 ： ① 导 向井 钻 进 和 组 焊 牙轮 钻 头 扩井 ； ②全孔监测钻井轨迹变化 ， 及 时用螺杆纠斜； ③ 下 套管 采 用 钢 板 浮 力 塞 提 吊焊 接 法 下 入 深 井 套 管 ； ④下套管后及时将稠泥浆置换为较稀泥浆 ， 用水 泥封 闭套 管 外 壁 ， 再 用 捞 水 管 捞 净 套 管 内清 水 ( 因 为采 用浮 力塞 法下套 管 ， 在下 套 管( 下 转 第 7 1页) ． 51 ． 2 0 1 0年第 2期 赵 小峰 ： 浅谈 煤气 化公 司信 息化 建设技 术 改造 总第 1 7 0期 团 2 Mb p s光 纤 到 达 省 煤 气 化 公 司 机 房 ， 通 过 增 加 C i s c o 2 8 0 1路 由 器 进 行 了对 接 ( 图 2， 义 马气 化 厂 未 连 接大集 团 ) 。 图 2线 路 对 接 示 意 端 按 照 公 司 领导 要 求 ， 义马 气 化 厂视 频 会 议 系统 连接 至大集 团 ， 依照 常规 ， 义 马一 大集 团需 要 申请 长 途 光纤 专线 ， 月 租在 2 5 0 0元 左 右 ， 且 义 马 气 化 厂 与 大集 团网络 集成 方式 不 同 ， 需 增加路 由器约 3万 元 ， 为 了节 约 资金 ， 办 公 室 对 视 频 会 议 系 统集 成 方 式 进 行 了技 术改 造 。同 时考虑 到省 煤气 化公 司 机关 视频 会 议系 统及 I P电话系 统在 同一 个 V L A N内 ， 如果 其 中一个 系统 出现 问题 ， 则另 外 一个 系统 会受 影 响 ， 且 大集 团连接 省煤 气化 公 司会议 系统 要 在郑 州核 心交 换 机多 交换 1 次 数 据 ， 容 易 造 成 系 统 不 稳 定 。办 公 室 首先 对省煤 气 化公 司机 关视 频会 议集 成方 式进 行 了技术 改造 ， 把 郑 州视 频 会 议 终 端 直 接 连 接 至 C i s — c o 2 8 0 1 路 由器 下 ， 这样 大 集 团 与 省煤 气 化 公 司就 实 现 了视频 连接 ， 减 少 了 1 次 数据 交换 ， 增 加 了系统 稳 定性 。义马气 化 厂视频 会议 系 统与 办公 区 网络在 同 一 个 V L A N内 ， 如 果 办公 区 网关 出现 数 据 堵 塞 等 情 况 ， 那么 视频 会议 系统 必定 受 到影 响 ， 同时办 公 区 网 络 所 有 地址 均 指 向 防火 墙 ， 即便 是 省 煤气 化 公 司 机 ( 上接 第 5 1页 ) 过 程 中要 在 套管 内加适 量 清 水 ) 。 值得 注意 的是 在采 用钢板 浮力塞 提 吊焊接 法 下套 管 时 ， 在 焊缝 处加 焊 了燕 尾 扣 ， 增 加 了安 全 系数 ， 分 _T 明确 ， 各 司其 职 ， 1 井 共 用 4 8 t 水 泥 封 固 4 7 4 ． 1 8 m 的 2 7 3 mm1 0 m m 套管 ， 3 井共 用 5 0 t 水 泥 来 封 固 4 7 1 ． 5 5 m 的 3 7 7 m m1 2 m m 套管 。 除此之 外 ， 成功 应用 钢板 浮力 塞 法下套 管 ， 既快 速又安 全 ； 在下 套管 过程 中 ， 应用 J E经 纬仪 对 2根 套管对 接进 行全 过程 垂直 度 监 测 ； 封 套 管 时 ， 采 用 2 台 N B B 2 5 0 ／ 6注浆 泵 并 联 使 用 ， 一 是 减 少 劳 动工 作 量， 二是增大泵量 ， 使封套管过程安全顺利进行 ； 组 焊牙轮 钻头 的使 用 ， 保 证 了扩 井 的高效 进行 。 关 与义 马气 化厂 视频 会议 ， 数据 也 要 通 过 一 次 防 火 墙 。此外 ， 义 马气 化 厂 视 频终 端 接 在 二 层 交 换 机 进 行数 据交 换 等 ， 都 增加 了视 频 会议 系统 的不稳 定性 ， 另外 大集 团通 过省 煤 气化公 司 核心交 换 机与 义马气 化厂 进行 视频 会议 对 接 ， 经过 调 试 数 据 无 法绕 过 义 马气 化厂 N G F W4 0 0 0防火 墙 。办 公 室 为 义 马 气 化 厂视频 会 议 系统重 新 部 署 集 成 方 式 ， 在 义 马气 化 厂 核心交 换 机上 单 独 划 分 V L A N与 办 公 区 网络 分 开 。 同时 ， 视频 会 议 终 端 直 接 连 接 Z T E T 4 0 G核 心 交 换 机 ， 数据 交换 就绕 开 了防火墙 ， 减 少 了 1 次 二层数 据 交 换 ， 既增 加 了 系统 稳 定 性 ， 又 提 高 了数 据 传 输 速 度 。技 术 改造后 视频 会议 集 成方式 如 图 3所 示 。 图 3技 术 改 造 后 视 频 会议 集成 方 式 通过 对 视 频 会议 系统 集 成 方 式 的技 术 改 造 ， 节 约设 备资 金 约 3万 元 ， 每年 节约 专项 月租 3万 元 ， 同 时节 约 了开会 的交 通成 本 。 3 结 语 通 过 建 设 省 煤 气 化 公 司 信 息 化 系 统 及 方 案 优 化 、 技 术 改造 ， 该 公 司进 一步 提升 了管 理水 平和 工作 效率 ， 同时降低 了管理 成本 ， 节 约 了大 量 费用 。 ( 责任 编 辑 ： 刘 欢欢 ) 5 结 语 ( 1 ) 由于 采用 合 理 的 钻 探 工 艺 、 优 质 化 学 泥 浆 及 螺杆 纠斜 技术 ， 同 时制 定 了正 确 的 技术 措 施 和 严 密的组 织 措施 ， 使 钻探 得 以顺 利 进 行 且 确保 下 套 管 一 次成 功 。在煤 矿定 向排 水 井施工 中积 累的许 多经 验 ， 可推 广 到煤矿 疏 排水 井 、 瓦斯抽 排 井和煤 矿灾 害 快 速抢 险 工程 中 。 ( 2 ) 在施 工 中 尚存 在 一 些 问题 ， 如 ： 扩孔 时泵 量 小 ， 影 响钻 探 进 尺 ； 当测 量 泥 浆 含 砂 量 大 于 6 ％ 时 ， 有糊钻头 、 钻探效率下降等问题 。在今后 的施工 中 还需 进 一步 探索 实践 。 ( 责任 编辑 ： 梁郁 鑫 ) 71 一 ～ 舯 郏m卜 端 一 一