井下钻探高承压水安全施工技术规程

1、井下钻探高承压水安全施工技术规程 1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急状况,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(1.7mpa)、水量大(89mm,钻孔喷水34m3/min),遇到了很多意想不到的困难,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逼。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 广信公司为了满意日益增长

2、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600m,涌水量为7m3/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珍贵的经验。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 针对上述钻孔施工中存在的担心全因素,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

3、定。当每次增减1节钻杆时,钻窝的总高度应为5.5m,当每次增减2节钻杆时的钻窝总高度应为11m。无论是每次增减几节钻杆,必需保证巷道顶板处钻窝直径不小于3.0m,钻窝顶部直径不小于1.5m,钻窝掘出排解活石后,必需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5.5m时,二层工作台可搭在钻窝两侧的支架上,但必需封牢;当钻窝高度为11m时,二层工作台的高度应为7.5m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,可依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.

4、0m,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掌握高压水的

5、关键。一是要依据孔口四周的岩石强度,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;二是必需确保固结质量,严防漏水和套管鼓出。其做法是:开孔直径大于套管直径12级,钻进深度大于套管长度0.51.0m。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10.811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2.0mpa,并稳压1015min,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0.150.20m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

6、出。 套管焊筋骨。制作套管时,每条套管的两端头四周,分别以壁虎式焊接1组3条6.58mm的钢筋,钢筋长度小于0.1m,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,削减套管鼓出的危急性。 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,威逼人身安全,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,即可连续下钻。当孔内喷水、喷矸时,胶皮舌将水和矸石挡住,使其向四周射,遇弧形盘后返

7、下,沿巷道底板流出。 钻杆掌握器。钻进中替换钻杆时,需松开钻机立轴卡瓦。为防止钻杆外射,应使用钻杆掌握器。该掌握器通过制动手把,使偏心轮上下移动,带动自动卡瓦闭合,抱住钻杆来掌握钻杆。使用时,岩心管、落砂管一套下入钻孔后,将钻杆掌握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,先用钻杆掌握器掌握钻杆,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四周,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

8、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,偏心轮卡子马上抱住钻杆。当提下钻杆时,利用该装置掌握钻杆的升降速度,做到万无一失。 3.5应留意的几个问题 孔口安全套管应选用壁厚大于4.5mm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35m,要依据水质状况进行防腐处理,并将外露套管及孔口盘用油泥膏埋藏防腐。 钻探结束后,依据需要安装孔口三通及阀门。底部阀门作备用,上部三通

9、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。 钻杆规格应依据孔深确定。终孔73mm,孔深小于150m,终孔50mm,孔深小于200m,可采用42mm×6m的钻杆。终孔73mm,孔深小于250m,终孔50mm,孔深小于300m,可采用50mm×6m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牢靠,还必需有一支技术娴熟的施工队伍,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、施工操作技术都能娴熟把握。做到分工明确,协作默契,严格根据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、威逼安全的问题,首先要有一个正确的熟悉。从钻孔设计开始,就应向职工交待清晰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。 对全部钻探设施,做到每班一检查,发觉松动,马上紧固处理,确保其稳固牢靠。 各种安全装置要在估计揭露高承压压含水层前安设完毕,并投入正常