井下鑽探高承壓水安全施工技術

1前言

　　井下鑽探是開展礦井防治水工作的關鍵手段，其優點是不受地麵條件限製，且工程量小、工期短、投資少、針對性強、水壓水量直觀、經濟合理，近幾年來，開灤礦務局部分礦井開始嚐試地麵鑽探改為井下施工。開灤廣信有限責任公司針對用水緊張狀況，為合理有效地利用地下水資源，需施工奧灰水源井。在井下鑽探工程中，因奧灰水壓高(1.7 MPa)、水量大(φ89 mm，鑽孔噴水3～4 m³/min)，遇到了許多意想不到的困難，出現過噴水、噴矸、套管失控等一係列複雜問題，一度使人身和設備安全受到了威脅。通過實踐，積累了一套防噴、控鑽等一係列安全施工技術。

2問題的提出

　　廣信公司為了滿足日益增長的工業和生活用水，合理有效地開發利用地下水資源，在井下施工2個奧灰孔，孔深設計為600 m，湧水量為7 m³/min。由於施工承壓含水層的高壓水，因此工程從設計、設備安裝、施工等各個環節都充分考慮到各種問題的預防和處理，為今後鑽探工作積累了寶貴的經驗。在井下奧灰鑽孔施工中，因水壓高、水量大，遇到了噴水、噴矸、套管失控及鑽探設施固定困難等一係列複雜的問題亟待解決，否則將影響安全生產和發生人身02manbetx.com 。

3安全施工技術

　　針對上述鑽孔施工中存在的不安全因素，在實踐中探索出了一套較完整的高承壓水鑽探安全施工技術。

　　3.1鑽窩施工

　　立孔和大角度斜孔的鑽進，需施工鑽機房(簡稱鑽窩)，其規格可視每次增減鑽杆的條數而定。當每次增減1節鑽杆時，鑽窩的總高度應為5.5 m，當每次增減2節鑽杆時的鑽窩總高度應為11 m。無論是每次增減幾節鑽杆，必須保證巷道頂板處鑽窩直徑不小於3.0 m，鑽窩頂部直徑不小於1.5 m，鑽窩掘出排除活石後，必須對鑽窩進行噴漿處理，防止風化落石。同時掘出天輪架窩，打出天輪錨杆眼和二層工作台錨杆眼。二層工作台的高度：當鑽窩高度為5.5 m時，二層工作台可搭在鑽窩兩側的支架上，但必須封牢；當鑽窩高度為11 m時，二層工作台的高度應為7.5 m左右。工作台的搭設，可在鑽窩四周打4棵錨杆，用鑽管連接固定，然後搭上木板封牢。小角度俯角孔，可根據抽出鑽杆的高度適當挑頂作鑽窩。二層工作台距離窩頂的高度應大於2.0 m，工作台的搭設，可在巷道內用鐵(或木)製長凳，上麵搭木板封牢。

　　3.2鑽探設施的安裝

　　① 天輪的安裝。在鑽窩頂部安裝天輪，要使用天輪架。天輪架可采用2條工字鋼，並在設計安設天輪處分別鑲焊天輪軸套1個。將天輪架在天輪窩安設調整後用混凝土固定。另外在鑽窩頂部下設天輪錨杆，錨杆下端彎成圓環。將圓環套在天輪架內的天輪軸上，做到雙保險。

　　② 鑽機的固定。地鞏錨杆固定在巷道底板上，然後將鑽機安裝固定在底座上。這樣，既避免了壓柱操作，又保證了鑽機的穩固性。

　　③ 在深井和噴水條件下鑽進時，要用專用小絞車升降鑽具，其固定方法是用地鞏錨杆直接連接絞車底座，並注牢。

　　3.3孔口套管的固定

　　下好孔口安全套管是有效控製高壓水的關鍵。一是要根據孔口附近的岩石強度，嚴格按《煤礦安全01manbetx 》確定套管長度，套管的層數由鑽孔的地質、水文條件而定；二是必須確保固結質量，嚴防漏水和套管鼓出。其做法是：開孔直徑大於套管直徑1～2級，鑽進深度大於套管長度0.5～1.0 m。孔口處用棉紗或黃麻纏繞後將套管砸入孔內，注入水灰比為1∶0.8～1∶1的水泥漿，當反漿管流出水泥漿液時，關閉反漿管閥門，再加壓至2.0 MPa，並穩壓10～15 min，以保證套管周的空隙和岩石裂隙全部填實。另外，還采用了以下2條措施對套管進行處理加固。

　　① 首先在孔口盤以上0.15～0.20 m處的套管外側，相向焊接2塊鋼板，當套管下入孔內後，用2條工字鋼地梁分別將上述兩塊鋼板壓住，防止套管鼓出。

　　② 套管焊筋骨。製作套管時，每條套管的兩端頭附近，分別以壁虎式焊接1組3條φ6.5～8 mm的鋼筋，鋼筋長度小於0.1 m，與套管軸向夾角為60°～70°，其作用一是端正套管的位置，防止套管貼在孔壁上；二是利用筋骨加大阻力，減少套管鼓出的危險性。

　　3.4防噴及控鑽裝置

　　① 孔口的防噴帽。為防止鑽孔噴水、噴矸，惡化勞動環境，威脅人身安全，應使用孔口防噴帽。將其底盤與高壓閥門法蘭盤用螺絲連接牢固。下鑽具時，將活動抽板向兩側拉開，擴大口經，岩心管下入後，彈簧自行將活動抽板拉緊，鑲在活動抽板內側的膠皮舌抱住鑽杆，即可繼續下鑽。當孔內噴水、噴矸時，膠皮舌將水和矸石攔住，使其向四周射，遇弧形盤後返下，沿巷道底板流出。

　　② 鑽杆控製器。鑽進中替換鑽杆時，需鬆開鑽機立軸卡瓦。為防止鑽杆外射，應使用鑽杆控製器。該控製器通過製動手把，使偏心輪上下移動，帶動自動卡瓦閉合，抱住鑽杆來控製鑽杆。使用時，岩心管、落砂管一套下入鑽孔後，將鑽杆控製器裝在孔口防噴帽上，再將鑽杆穿入卡瓦中間，連接岩心管，將鑽具下到孔底鑽進。當需替換鑽杆時，先用鑽杆控製器控製鑽杆，再鬆開鑽機立軸卡瓦，然後更換鑽杆。

　　③ 控鑽裝置。為加快高壓水條件下的下鑽速度，同時預防鑽機卡瓦突然失控造成射鑽02manbetx.com ，還應使用控鑽裝置。使用時，把偏心輪卡子套在鑽杆頂部的水接頭附近，並使卡子不隨鑽杆轉動。將鋼絲繩從地梁固定點通過偏心輪卡子換向滑輪，至另一側地梁上的換向滑輪後，與小絞車相連接。當鑽機立軸卡瓦突然失控，鑽杆外射時，偏心輪卡子立即抱住鑽杆。當提下鑽杆時，利用該裝置控製鑽杆的升降速度，做到萬無一失。

　　3.5應注意的幾個問題

　　① 孔口安全套管應選用壁厚大於4.5 mm的無縫耐壓地質鋼管。

　　② 一般不使用鋼粒和金鋼石鑽進。使用鋼粒鑽進往往會因高壓水上湧，鋼粒將鑽頭或岩心管等磨壞，造成02manbetx.com ；使用金鋼石鑽進，一般井下鑽機的給進壓力達不到要求，達不到提高鑽進速度的目的，主要是看鑽機給進壓力與孔內壓力的對比。

　　③ 孔口套管上段3～5 m，要根據水質情況進行防腐處理，並將外露套管及孔口盤用油泥膏埋藏防腐。

　　④ 鑽探結束後，根據需要安裝孔口三通及閥門。底部閥門作備用，上部三通閥門可經常啟閉，觀測水壓、水量，以防單閥門失效而難以更換。

　　⑤ 鑽杆規格應根據孔深確定。終孔φ73 mm，孔深小於150 m，終孔φ50 mm，孔深小於200 m，可采用φ42 mm×6 m的鑽杆。終孔φ73 mm，孔深小於250 m，終孔φ50 mm，孔深小於300 m，可采用φ50 mm×6 m的鑽杆。否則極易出現鑽杆劈裂現象。

　　3.6安全操作要點高承壓水鑽探與施工，是一項難度大、技術複雜的工作。不僅要在技術措施上做到安全可靠，還必須有一支技術熟練的施工隊伍，並嚴格加強現場管理，才能保證安全施工，達到安全快速鑽進的目的。實踐證明，需要遵守以下安全操作要點：

　　① 技術培訓是基礎。對鑽探工人進行鑽探技術培訓，使人人對鑽探設施的安裝使用、施工操作技術都能熟練掌握。做到分工明確，配合默契，嚴格按照01manbetx 01manbetx 和安全技術措施施工。

　　② 思想重視是關鍵。對高承壓水鑽探中易出現影響鑽進、威脅安全的問題，首先要有一個正確的認識。從鑽孔設計開始，就應向職工交待清楚出現問題的危害性和預防處理措施，做到人人保持高度警惕，杜絕馬虎、湊合思想。

　　③ 對所有鑽探設施，做到每班一檢查，發現鬆動，立即緊固處理，確保其穩固可靠。

　　④ 各種安全裝置要在預計揭露高承壓壓含水層前安設完畢，並投入正常使用，嚴防鑽孔見高壓水失控。

　　⑤ 每次進尺應較岩心管長度小0.1 m以上。防止發生燒鑽、埋鑽02manbetx.com 。

　　⑥ 鑽進中要配備專用高壓注水泵，保證停鑽不停泵。要經常用注水泵，正循環鑽進必須大於孔內水壓的壓力向孔內注水，嚴防孔底無水打幹眼。