井下钻探高承压水安全施工技术

井下钻探高承压水安全施工技术井下钻探高承压水安全施工技术 1 前言前言 井下钻探是开展矿井防治水工作的关键手段 其优点是不 受地面条件限制 且工程量小 工期短 投资少 针对性强 水压水量直观 经济合理 近几年来 开滦矿务局部分矿井开 始尝试地面钻探改为井下施工 开滦广信有限责任公司针对用 水紧张状况 为合理有效地利用地下水资源 需施工奥灰水源 井 在井下钻探工程中 因奥灰水压高 1 7 mpa 水量大 89 mm 钻孔喷水 3 4 m3 min 遇到了许多意想不到的困难 出 现过喷水 喷矸 套管失控等一系列复杂问题 一度使人身和 设备安全受到了威胁 通过实践 积累了一套防喷 控钻等一 系列安全施工技术 2 问题的提出问题的提出 广信公司为了满足日益增长的工业和生活用水 合理有效 地开发利用地下水资源 在井下施工 2 个奥灰孔 孔深设计为 600 m 涌水量为 7 m3 min 由于施工承压含水层的高压水 因此工程从设计 设备安装 施工等各个环节都充分考虑到各 种问题的预防和处理 为今后钻探工作积累了宝贵的经验 在 井下奥灰钻孔施工中 因水压高 水量大 遇到了喷水 喷矸 套管失控及钻探设施固定困难等一系列复杂的问题亟待解决 否则将影响安全生产和发生人身事故 3 安全施工技术安全施工技术 针对上述钻孔施工中存在的不安全因素 在实践中探索出 了一套较完整的高承压水钻探安全施工技术 3 1 钻窝施工 立孔和大角度斜孔的钻进 需施工钻机房 简称钻窝 其规 格可视每次增减钻杆的条数而定 当每次增减 1 节钻杆时 钻 窝的总高度应为 5 5 m 当每次增减 2 节钻杆时的钻窝总高度应 为 11 m 无论是每次增减几节钻杆 必须保证巷道顶板处钻窝 直径不小于 3 0 m 钻窝顶部直径不小于 1 5 m 钻窝掘出排除 活石后 必须对钻窝进行喷浆处理 防止风化落石 同时掘出 天轮架窝 打出天轮锚杆眼和二层工作台锚杆眼 二层工作台 的高度 当钻窝高度为 5 5 m 时 二层工作台可搭在钻窝两侧 的支架上 但必须封牢 当钻窝高度为 11 m 时 二层工作台的 高度应为 7 5 m 左右 工作台的搭设 可在钻窝四周打 4 棵锚 杆 用钻管连接固定 然后搭上木板封牢 小角度俯角孔 可 根据抽出钻杆的高度适当挑顶作钻窝 二层工作台距离窝顶的 高度应大于 2 0 m 工作台的搭设 可在巷道内用铁 或木 制长 凳 上面搭木板封牢 3 2 钻探设施的安装 天轮的安装 在钻窝顶部安装天轮 要使用天轮架 天轮架可采用 2 条工字钢 并在设计安设天轮处分别镶焊天轮 轴套 1 个 将天轮架在天轮窝安设调整后用混凝土固定 另外 在钻窝顶部下设天轮锚杆 锚杆下端弯成圆环 将圆环套在天 轮架内的天轮轴上 做到双保险 钻机的固定 地巩锚杆固定在巷道底板上 然后将钻 机安装固定在底座上 这样 既避免了压柱操作 又保证了钻 机的稳固性 在深井和喷水条件下钻进时 要用专用小绞车升降钻 具 其固定方法是用地巩锚杆直接连接绞车底座 并注牢 3 3 孔口套管的固定 下好孔口安全套管是有效控制高压水的关键 一是要根据 孔口附近的岩石强度 严格按 煤矿安全规程 确定套管长度 套管的层数由钻孔的地质 水文条件而定 二是必须确保固结 质量 严防漏水和套管鼓出 其做法是 开孔直径大于套管直 径 1 2 级 钻进深度大于套管长度 0 5 1 0 m 孔口处用棉纱 或黄麻缠绕后将套管砸入孔内 注入水灰比为 1 0 8 1 1 的水 泥浆 当反浆管流出水泥浆液时 关闭反浆管阀门 再加压至 2 0 mpa 并稳压 10 15 min 以保证套管周的空隙和岩石裂隙 全部填实 另外 还采用了以下 2 条措施对套管进行处理加固 首先在孔口盘以上 0 15 0 20 m 处的套管外侧 相向 焊接 2 块钢板 当套管下入孔内后 用 2 条工字钢地梁分别将 上述两块钢板压住 防止套管鼓出 套管焊筋骨 制作套管时 每条套管的两端头附近 分别以壁虎式焊接 1 组 3 条 6 5 8 mm 的钢筋 钢筋长度小于 0 1 m 与套管轴向夹角为 60 70 其作用一是端正套管的位置 防止套管贴在孔壁上 二是利用筋骨加大阻力 减少套管鼓出 的危险性 3 4 防喷及控钻装置 孔口的防喷帽 为防止钻孔喷水 喷矸 恶化劳动环 境 威胁人身安全 应使用孔口防喷帽 将其底盘与高压阀门 法兰盘用螺丝连接牢固 下钻具时 将活动抽板向两侧拉开 扩大口经 岩心管下入后 弹簧自行将活动抽板拉紧 镶在活 动抽板内侧的胶皮舌抱住钻杆 即可继续下钻 当孔内喷水 喷矸时 胶皮舌将水和矸石拦住 使其向四周射 遇弧形盘后 返下 沿巷道底板流出 钻杆控制器 钻进中替换钻杆时 需松开钻机立轴卡 瓦 为防止钻杆外射 应使用钻杆控制器 该控制器通过制动 手把 使偏心轮上下移动 带动自动卡瓦闭合 抱住钻杆来控 制钻杆 使用时 岩心管 落砂管一套下入钻孔后 将钻杆控 制器装在孔口防喷帽上 再将钻杆穿入卡瓦中间 连接岩心管 将钻具下到孔底钻进 当需替换钻杆时 先用钻杆控制器控制 钻杆 再松开钻机立轴卡瓦 然后更换钻杆 控钻装置 为加快高压水条件下的下钻速度 同时预 防钻机卡瓦突然失控造成射钻事故 还应使用控钻装置 使用 时 把偏心轮卡子套在钻杆顶部的水接头附近 并使卡子不随 钻杆转动 将钢丝绳从地梁固定点通过偏心轮卡子换向滑轮 至另一侧地梁上的换向滑轮后 与小绞车相连接 当钻机立轴 卡瓦突然失控 钻杆外射时 偏心轮卡子立即抱住钻杆 当提 下钻杆时 利用该装置控制钻杆的升降速度 做到万无一失 3 5 应注意的几个问题 孔口安全套管应选用壁厚大于 4 5 mm 的无缝耐压地质 钢管 一般不使用钢粒和金钢石钻进 使用钢粒钻进往往会 因高压水上涌 钢粒将钻头或岩心管等磨坏 造成事故 使用 金钢石钻进 一般井下钻机的给进压力达不到要求 达不到提 高钻进速度的目的 主要是看钻机给进压力与孔内压力的对比 孔口套管上段 3 5 m 要根据水质情况进行防腐处理 并将外露套管及孔口盘用油泥膏埋藏防腐 钻探结束后 根据需要安装孔口三通及阀门 底部阀 门作备用 上部三通阀门可经常启闭 观测水压 水量 以防 单阀门失效而难以更换 钻杆规格应根据孔深确定 终孔 73 mm 孔深小于 150 m 终孔 50 mm 孔深小于 200 m 可采用 42 mm6 m 的钻杆 终孔 73 mm 孔深小于 250 m 终孔 50 mm 孔深小于 300 m 可采用 50 mm6 m 的钻杆 否则极易出现钻杆劈裂现象 3 6 安全操作要点高承压水钻探与施工 是一项难度大 技 术复杂的工作 不仅要在技术措施上做到安全可靠 还必须有 一支技术熟练的施工队伍 并严格加强现场管理 才能保证安 全施工 达到安全快速钻进的目的 实践证明 需要遵守以下 安全操作要点 技术培训是基础 对钻探工人进行钻探技术培训 使 人人对钻探设施的安装使用 施工操作技术都能熟练掌握 做 到分工明确 配合默契 严格按照操作规程和安全技术措施施 工 思想重视是关键 对高承压水钻探中易出现影响钻进 威胁安全的问题 首先要有一个正确的认识 从钻孔设计开始 就应向职工交待清楚出现问题的危害性和预防处理措施 做到 人人保持高度警惕 杜绝马虎 凑合思想 对所有钻探设施 做到每班一检查 发现松动