冻结孔造孔施工工艺研究——以园子沟煤矿矿井为例.pdf

冻结孔造孔施工工艺研究 以园子沟煤矿矿井为例张伟李渊(陕西省一三一煤田地质有限公司陕西 渭南)摘 要:在工程地质与水温地质条件复杂的地层遇到流砂、淤泥等不稳定地质条件时需要采用冻结法进行施工 冻结法是在岩土工程开挖前用人工制冷的方式将开挖工程周围的岩土层冷冻成封闭冻结壁的一种特殊施工方法 为分析冻结法充分发挥冻结孔造孔施工的优势以园子沟煤矿主井施工为例介绍冻结钻孔孔位标定、灰土盘施工、冻结孔孔位复验、冻结孔施工深度确定、测温孔与水文孔布设、泥浆配制及管理和重点工序专项措施关键词:冻结孔造孔施工螺杆钻纠斜中图分类号:.文献标识码:文章编号:()矿井的施工通常需要面对复杂的地质、水文等条件增加难度 冻结孔造孔施工是通过人工制冷的方式将施工区域的岩土层冷冻成封闭式的冻结壁达到短时间加固的目的确保顺利施工永陇矿区麟游县园子沟矿井位于陕西省麟游县境内矿井拟采用立井开拓建设规模 万/根据生产建设需要园子沟矿井井筒施工采用冻结孔造孔法 工程概况.矿井信息根据园子沟矿井和选煤厂的初步方案论证及煤层间距、煤层开采条件矿井采用“三条立井”单一水平开拓全井田 矿区设三个井筒:主、副、风井 主井冻结孔造孔工程主要技术参数如表 所示表 主井筒特征序号项目单位主要参数井筒标高.冻结深度井筒净直径.冻结段最大荒径.井筒深度.井筒地层条件根据本次施工的三个井筒检查孔揭露井筒地层的组成较为丰富以由老至新为标准列示本工程项目的井筒地层条件依次为:第一三叠系中统铜川组()第二侏罗系下统富县组()、中统延安组()、直罗组()、安定组()第三白垩系下统宜君组()、洛河组()、华池组()第四第四系全新统()地层.冻结孔钻孔设计主井钻孔布置参数如表 所示表 主井钻孔布置参数序号项目名称单位主要参数井筒深度井筒净直径.冻结段最大荒径.井口标高.冻结深度冻结孔技术参数圈径(主排孔/防偏帮孔)./.数量(主排孔/防偏帮孔)个/开孔间距(主排孔/防偏帮孔)./.深度主排孔防偏帮孔测温孔深度/数量/个/水文孔深度/数量/个/冻结管规格主排孔 以上 以下 防偏帮孔测温孔、水文孔管材规格造孔工期天造孔工程量 注:主井 号孔根据冻结方的要求取芯取芯深度 测温孔 号孔的实际施工深度.冻结孔钻孔质量控制园子沟煤矿主井冻结孔造孔工程设计钻孔 个其中:冻结孔 个测温孔 个水文孔 个设计工程量 施工工程量 根据冻结方施工要求在主井施工的深孔中确定 孔进行取芯确定冻结孔深度取芯深度 依据取出的岩芯进行分析确定主排冻结孔的深度为 根据冻结方提出的技术要求主排孔、防片帮孔、测温孔、水文孔的钻孔偏斜不大于 水文孔的各水平点落点不超出井筒净断面保证主排孔相邻孔的最大孔间距小于.防片帮孔的最大孔间距小于.根据冻结方提出的设计要求 相邻孔的间距不大于.需要注意的是在冻结孔钻孔的施工过程中不得打穿相邻钻孔测温孔根据控制主排孔的设计要求进行控制采用 无缝钢管内管箍连接底端封实不渗漏水水文孔位置、深度严格按设计施工控制深度误差在.以内 煤矿主井钻孔施工过程.冻结孔钻孔孔位标定根据建设单位提供的主井中心位置使用日产拓普康 全站仪主井中心为站以坐标北方向为冻结孔 号钻孔方向半径.再拨角.半径.定出 号钻孔依次类推定出 号钻孔 以主井中心为站以坐标北方向为 号钻孔方向半径.再拨角.半径.定出 号钻孔依次类推定出 号钻孔标定钻孔孔位后进行现场检查设计主井主排冻结孔的孔间距为.设计防偏帮孔间距为.标定后弦长的最大误差为 标定 个冻结孔全部在误差允许范围内施工后期依据冻结设计标定了测温孔 个水文孔 个.灰土盘的施工本工程设在河道内为保证钻塔整体稳定扩大承载面积须做好钻塔的基础工作 首先用素土回填井盘再用三七灰土分层夯实回填高出地表 再进行钻孔孔位标定泥浆沟槽和孔位采用二四砖砌预留浇灌厚度不得小于 的 砼严格控制整个钻场水平误差不超过 在商砼基础施工完成后为防止商砼基础施工造成的孔位偏移项目部测量人员采用苏光 经纬仪再次对孔位进行复测复测结果的误差满足设计要求.冻结孔孔位复验本工程采用日产拓普康 全站测量仪对冻结孔的孔位进行精确定位复验孔位的误差为 在安放钻机的过程中采用钻机转盘中心铅垂对点法对孔位进行复验将开孔的孔位误差控制在冻结孔钻孔孔位的复验由龙祥煤矿建设项目部组织由监理单位、冻结单位和施工单位共同对每个钻孔的井心距、相邻孔间距进行复验结果显示误差在 内满足要求.冻结孔施工深度的确定冻结孔的设计深度分别为、考虑岩粉沉淀段及井口标高每个钻孔延深.冻结孔钻孔的施工深度分别为.、.测温孔与水文孔布设 测温孔布置在距离主 孔井心向外 原深度为 在施工 孔时由于测斜仪器出现误导导致 孔施工至 经过协商将 孔的孔深确定为 测温孔布置在距离主孔 与 间距均为 深度为 测温孔布置在距离主孔 与 间距均为 深度为 水文孔布置以不影响掘砌施工为原则 水 孔布置在距离井筒中心正东方向 深度 水 孔布置在距离井筒中心正西方向 深度 水文孔采用 无缝钢管内接箍的连接方式 泥浆配制及管理.泥浆站设置本项目设立了统一的泥浆站包括泥浆池、泵站等 采用砖砌方式对泥浆池及沟槽进行处理 本项目将浆沟的长度控制为大于 同一时间内每台钻机穿过地层的性质有所不同所以项目施工过程中对泥浆的要求存在差异 因此每台钻机除新浆池、废浆池共用外具有各自独立的泥浆系统以免相互影响.泥浆选择、配方与性能由于本矿区上部只有 表土层岩石层内多以砾石层为主易缩径、易坍塌必须采用优质的材料配制化学泥浆保证施工质量 施工人员应根据不同的地层情况采用无公害处理剂处理泥浆调配出满足不同施工需求的化学泥浆.泥浆 泥浆的黏度较低、失水量少且流变性较好表现出较强的护壁能力 因此此类泥浆能够有效控制固相含量.泥浆 泥浆由聚丙烯腈钙盐、腐殖酸钾组成此类泥浆的抗污染能力较强稳定性能好、失水量少.泥浆的日常维护管理在本项目泥浆测定仪的配备过程中综合运用了比重计、含砂量测筒、黏度计等为有效维护泥浆提高泥浆的质量在本项目施工过程中设置了两名现场泥浆技术管理人员指导泥浆的使用检验泥浆质量切实做到了每天检查一次泥浆指标 各钻机由机长负责班长配合管理调配泥浆勤测定指标根据施工层位及时调整泥浆性能本项目在起下钻具时对循环槽内留有的沉砂进行及时清理保证了循环槽周围干净、卫生在终孔后下管期间对沉淀池进行清理确保泥浆池内不留杂物 技术保证措施.钻孔结构采用 钻头一径到底.测斜与纠斜在本项目的施工过程中始终将工程质量放在第一位切实做到了“少打勤测”测斜频率为 次/在测斜过程中对钻孔的偏斜程度进行分析加密测量达到冻结设计要求的层段冻结孔造孔施工需要严格按照规定和准则进行由于造孔穿过时的地层条件、造口操作等存在差异所以通常出现顶角、方位角偏离设计位置的情况 在施工过程中应在钻进阶段对钻孔偏斜情况进行测斜在测斜过程中将“预防为主、纠偏工作为辅”作为工作准则采用传统的纠偏方法与螺杆定向纠偏结合的方式进行纠斜方法如下:.扫孔纠偏法严格按照孔位进行开孔开孔误差控制在 在开孔过程中施工人员必须保证天轮中心、转盘中心和孔位中心三点一线保证钻机稳固与开孔质量 若出现偏斜施工人员应对孔位进行纠偏 偏斜情况多发生在黏土层需要施工人员应用钻具与三翼钻头(或多翼钻头)进行纠偏.扩孔纠偏法扩孔纠偏法是利用钻具和扩孔钻头通过开新孔进行纠偏 当钻进 测斜钻孔已被修直后才能再次转入正常钻进工作.垫、移钻塔法出现孔斜时采用垫架子、移架子是行之有效的方法 发现孔斜时应先采用垫架子的方法如果效果不理想应采用移钻塔法把钻塔朝偏斜方向移动推钻塔时做到快速、稳妥且钻具应不提离孔底 实际原理就是利用上部较直的孔段控制底部的孔斜.使用螺杆钻进行纠斜螺杆钻纠偏是钻孔较深时最为有效的纠偏措施其基本原理是利用螺杆钻与弯接头构成的弯钻具向钻孔偏斜的反方向造斜达到纠偏的目的螺杆钻的纠偏成果是否成功与纠偏的定向、纠偏的钻进、纠偏后的钻进紧密相关 为得到良好的纠偏效果本项目开展了以下工作内容:定向前对钻孔进行精确测斜认真分析钻孔的偏斜情况制定稳妥的纠偏方案 为选择合适的弯接头本项目在施工中应用了.的弯接头 本项目对陀螺定向仪进行精准定向将人为误差控制在最小范围 在纠偏钻进过程中本项目选取 的钻压、的钻进段长 本项目在纠偏后进行了测斜并根据测斜情况确定接下来的施工方案 根据钻孔偏斜情况选用合理的纠偏钻具组合为确保冻结管的下放深度满足设计要求施工时每个钻孔均在原设计深度的基础上多打 .以供岩粉沉淀 当钻孔达到设计深度后通知监理、冻结方和矿井建设项目部有关人员到现场监控终孔测斜的全过程经联合验收合格后填报下管申请单方可下冻结管 另外本项目在得出每个钻孔的测斜结果后绘制了钻孔的偏斜投影图(水平)对孔间距的合格情况进行评定并以此为依据对钻孔施工进行精准指导 结论园子沟煤矿冻结孔造孔工程是施工难度较大的特例工程在施工过程中施工人员、技术人员应在孔位、钻孔等方面严格按照施工要求与规范进行施工保证施工质量为同类工程提供必要的借鉴在灰土盘施工前对井口的地层情况进行充分了解分析 必要时应素土回填井盘再用三七灰土分层夯实回填保证复测结果的误差符合设计要求根据不同的地层选用无公害的泥浆处理剂调配不同性能的化学泥浆保护好孔壁采用传统的纠偏方法与螺杆定向纠偏结合的方式进行纠斜保证钻孔质量为确保冻结管的下放深度满足设计要求施工时每个钻孔在原设计深度的基础上多打 .供岩粉沉淀纠偏后及时测斜根据测斜情况决定施工方案参考文献:黄清丽.浅谈井筒冻结造孔工程机电设备管理工作.价值工程():.田涌泉陈鹤瑛罗桂军等.大厚度富水砂层中冻结法联络通道施工风险控制措施.建筑技术开发():.作者简介:张伟()男 陕西洋县人 本科 钻探工程师 从事钻探技术和安全管理工作 李渊()男陕西洋县人 本科 钻探工程师 从事勘探项目施工管理及钻探技术指导工作