某煤矿水文孔施工方案设计Word格式.docx

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厚度300m左右。

李家崖组（施工段）：

煤上3、泥灰岩、煤上2、泥岩夹泥灰岩互层及泥岩组成。

也是施工段主要标志层之一，厚度61m左右。

泥灰岩含水层为长期水文观测层，厚度15m左右。

4.1.3钻孔预想柱状图（见梁家煤矿观9号水文地质观测孔预想柱状图）。

4.2地质构造

钻孔施工段无有断层，构造简单，地层走向南西西－北东东，倾向南东，倾角6－10O。

4.3水文地质条件

观9号孔施工段内含水层有第四砂砾层和煤系含水层主要有泥灰岩、泥岩夹泥灰岩互层。

各含水层之间的粘土层及泥岩和粉砂岩等为隔水层。

4.4影响施工的地质因素

观9施工层段主要在第四系砂层、粘土层、砂砾层和煤系中的泥岩，钙质泥岩，泥灰岩，泥岩泥灰岩互层中。

岩性比较松软，局部比较破碎，泥灰岩、互层中的岩溶比较发育，在钻孔施工中容易缩径、卡钻、护壁泥浆流失，地质条件较差，而成孔时间较长，很容易造成坍孔等困难。

在施工中，必须熟悉有关技术标准，了解地质钻探资料，根据工艺并结合具体情况，选择适宜的施工方法，以保证工程质量和钻孔的顺利进行。

5施工目的

施工观9泥灰岩含水层长期水文观测孔的主要目的是为梁家煤矿做好矿井水文地质工作，掌握矿井水文地质规律，研究和解决矿井生产建设中的水文地质问题，防治水害的发生，保证煤矿煤矿安全生产建设。

基本目的是：

利用钻探手段在地面施工一个钻孔，以查明第四系结构及第四系底界深度，第三系地层的岩层深度及厚度。

同时对泥灰岩含水层进行抽水试验，确定该孔泥灰岩含水层涌水量与降深关系，概略取得泥灰岩含水层渗透系数，并进行水质化验，确定其含水性及水质类型。

最终，利用该孔对泥灰岩层水位进行长期观测

6.钻孔结构设计及要求

6.1钻孔位置：

梁家煤矿副井工业广场院内，副井西北（见观9水文地质观测孔位置示意图）。

其坐标：

6.2设计工程量：

终孔深度400米，终孔位置泥灰岩底板以下20m。

6.3钻孔结构：

第四系Ф172mm钻具钻进；

第四系以下至终孔Ф127mm钻具钻进。

（见观9水文孔结构示意图）

6.4自第四系底界以上10m开始至终孔全孔取芯。

岩层采取率80%以上。

6.5全孔进行简易水文观测，查明各含水层的含水情况。

6.6进行近似稳态测温。

6.7对泥灰岩含水层进行抽水试验。

为保证泥灰岩含水层裂隙连通性，抽水试验前必须进行CO2洗井。

6.8第四系地层要下Ф168套管，套管底部要下在稳定的第三系岩层中，并在套管外用水泥浆永久止住第四系含水层水。

6.9从泥灰岩层底界之下5m到孔底用水泥砂浆封闭，并取样检查。

水泥砂浆凝固后，下入Ф108套管，在泥灰岩段内下Ф108花管，花管孔隙率为28%，花管上、下进行永久止水。

6.10经发包单位检查止水效果合格后进行冲冼孔、CO2洗井、抽水试验和长期水位观测工作。

7.施工组织设计及拟进场设备

7.1施工组织

本次施工工艺复杂，技术要求高，观测内容多，专业性强，施工难度大，为圆满完成施工任务，确保工程质量，确定施工组织如下：

施工机台一个，分班作业，每班人，项目负责1人，技术员1人，机电维修1人，计人。

施工过程中，要做到分工明确，各负其责，相互协同，协调运作。

7.2拟进场设备及机具

根据该区以往施工经验及“设计说明书”中的具体要求，本着“足够”、“适用”的原则，拟进场设备、机具清单如下：

8.施工技术要求

8.1钻具组合

无芯钻具组合：

取芯钻具组合：

扩孔钻具组合：

8.2设备安装

8.2.1钻塔安装要求

8.2.1.1水文观测孔一经测放确定，不得擅自改动。

8.2.1.2钻塔安装要根据现场地层情况进行地基处理，防止施工中钻塔下沉。

a）如为坚硬地层，可直接在地面上铺设钻塔方木或钢架底梁；

b）如为松散地层，应浇铸混凝土地基。

其用料规格为石料（4cm～6cm）、粗砂、普通水泥（标号525）；

质量比例为水泥：

砂：

石料=1：

2：

3。

8.2.1.3起塔前的准备工作和注意事项：

a）安放塔梁应使起塔架铰链对称并靠向内侧；

b）有梯子的塔腿应在同一侧；

c）二层台在塔腿下部，支撑在塔腿上部；

d）首先要检查钻塔各部位的螺丝销子是否牢固，有无松动情况；

e）检查起塔架和塔腿的绷绳、紧绳器各部是否安装可靠，地锚是否牢固，地锚坑是否夯实。

8.2.1.4地锚与地锚坑的规格和要求：

a）起塔地锚：

圆木、坚硬之木，2000mm×

φ300mm；

b）钻塔地锚：

方木四个，2000mm×

250mm×

250mm（长×

宽×

高）；

c）起塔地锚坑：

2000mm×

500mm×

2000mm（长×

深）；

d）钻塔地锚坑：

1800mm（长×

深）。

8.2.1.5地锚绳（钻塔拉绳）长度和规格：

a）起塔地锚绳：

3/4″绳，25m一根（双股用）；

b）钻塔地锚绳（绷绳）：

1/2″，45m～50m四根。

8.2.1.6起钻塔操作及要求：

a）两根副腿丝杠均松至最长，并有专人负责做好紧固副腿的准备，钻塔起来后应首先固定副腿；

b）在起塔前，应先用吊车把钻塔吊离地面3m左右，用方木支好，以减轻起塔时起塔架的受力。

同时要把前地锚绳穿入地锚紧绳器内，边起塔边松绳，防止钻塔后倒；

c）在起塔时要先试起一下，钻塔离开支撑方木后，要认真检查卷扬刹车、起塔架、地锚的情况，确认正常无误后，方可继续起塔；

d）在起塔过程中，操作要稳、慢，不应急刹、急起，以防损坏起塔地锚。

起塔地锚应有专人看护，注意变化；

e）钻塔起到接近90°

时，负责前地锚绳的人员应与操作钻机人员密切配合，听从指挥，不应松绳太多，并应随时紧固地锚绳并固定副腿螺丝，然后慢慢找正，不应急于将钻塔拉正；

f）钻塔地锚绳（绷绳）都固定好后，再松去起塔绳。

8.2.1.7落塔要求：

a）先把起塔地锚固定好；

b）用副卷扬机慢慢将钻塔向前拉，等钻塔自动滑倒时，要停机检查地锚的牢固情况，如确认地锚没有变化，方可稳稳放塔；

c）在放塔过程中，不应放得太快，不能急刹车，接近地面时要缓缓放下，以防钻塔变形。

8.2.2钻塔附属设施安装

8.2.2.1绷绳

a）绷绳采用直径大于或等于12rnm的钢丝绳；

b）18m以下钻塔安装四根绷绳；

18m以上钻塔应分两层，安装八根绷绳。

绷绳设置应均匀、对称分布，与水平面夹角不大于45°

；

c）所采用的地锚，长度大于1m。

如是方木、钢管，其直径应大于15cm；

如是混凝土桩，其直径大于30cm。

埋深应大于1m，复土应夯实。

受地形限制利用地物固定时，应保证固定牢靠；

d）绷绳与地锚连接采用紧绳器拉紧，紧绳器的负荷应小于30kN。

绷绳的端部应采用两只以上同径绳卡固定牢固。

8.2.2.2避雷装置

a）雷雨季节，钻塔应安装避雷针，其高度应高出塔顶1．5m以上，接闪器应采用高压瓷瓶固定，并与钻塔绝缘；

b）避雷针的接地极应距钻塔、绷绳3m以外，接地电阻应小于15Ω，并定期进行检测；

c）引下线与钻塔绷绳间距应大于1m。

8.2.2.3活动工作台

a）活动工作台要安装牢固、灵活、制动可靠。

其围栏高度不应低于1．2m，门、锁等部件应完整齐全，符合要求；

b）活动工作台应安装防坠防窜装置，并安全可靠；

c）活动工作台的提引绳、导向绳采用直径大于9mm的钢丝绳，钢丝绳的端部用两只同径绳卡固定。

活动工作台中应配置φ30mm以上麻绳作为手拉绳，不准用导向绳代替手拉绳；

d）平衡重锤要安装在塔外，重锤应制成牢固的容器，在容器内调整配重，不准散挂它物。

重锤下落范围应设防护围栏；

8.2.2.4工作台板

a）塔上严禁使用腐朽或断裂的工作台板，其厚度不应小于50mm，并铺设严密，用螺栓或夹板固定牢固，严禁用铁丝捆绑；

b）塔上工作台设有不低于1．2m的防护栏杆，并固定牢靠；

c）塔梯在不靠塔身的一侧或两侧设置护栏，并固定牢靠。

塔梯坡度不大于70°

。

梯阶间距应小于40cm。

d）提引器或提引梁（钩）应有安全闸锁装置。

在升降机前方第一层横梁上，安放直径不小于12mm的钢丝绳。

8.2.3机械设备安装

8.2.3.1机械设备安装必须稳固、水平、周正。

钻塔天车轮前缘、立轴轴线（转盘圆心）与钻孔中心必须在同一条直线上。

座式天车应设置安全挡板。

吊式天轮应安装有保险绳。

8.2.3.2钻机、水泵与动力机等各传动轮之间要对线。

机座与基台之间用螺栓连接牢固。

8.2.3.3绳索取芯专用绞车应安设在操作者易于观测孔口处，并固定牢靠。

塔上安设导引定滑轮。

打捞钢丝绳在每一固定长度及打捞矛附近处，均应有明显标志。

8.3冲洗液循环系统

8.3.1泥浆池规格：

3m×

2m×

1.5m（长×

沉淀池规格：

0.6m×

0.8m（长×

8.3.2泥浆循环池1个，岩粉沉淀池2个。

泥浆循环沟长度不小于15m，其宽度为400mm，深度为300mm，坡度1/100-1/80,并每2m设一挡砂板，利于岩屑沉淀。

8.4钻进工艺

8.4.1钻具组合

8.4.1.1无芯钻具组合

Ф91mm无芯钻头+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆+Ф89mm立轴

8.4.1.2取芯钻具组合

Ф91mm取芯钻头+Ф89mm取芯管+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆+Ф89mm立轴

8.4.1.3扩孔钻具组合

（Ф108mm、Ф127mm、Ф146mm、Ф168mm）扩孔钻头+扩孔管（带同径导向）+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆+Ф89mm立轴。

8.4.2钻进规程

梁家煤矿为第三系井田，地层较软，参考以往施工经验，设计钻进规程参考如下表：

地层

参数

第四系

第三系

钻压（Kg）

400-500

500-800

转速（r/min）

75-150

泵量（L/min）

150-250

150

在破碎地层及扩孔时，应适当降低钻压，以较慢转速钻进。

8.4.3泥浆配制与维护

由于井田内地层较软，结构较松散，施工中应加强泥浆管理，确保施工安全。

8.4.3.1基本配合比（1立方米基浆）

膨润土（40-50Kg）+Na2CO3（6-7Kg）

基浆性能参数如下：

漏斗粘度

（S）

失水量

（ml/30min）

泥皮厚度

（mm）

胶体率

（%）

PH值

含砂量

密度

（g/cm3）

21-22

≤15

1.0-1.5

>

96

8-9

<

2

1.05-1.08

8.4.3.2泥浆维护与调整

根据井田地层特点，在第四系孔段，应坚持快速施工，尽量减少孔壁裸露时间，泥浆漏斗粘度不宜大于23秒，下入表层套管前，应逐步调整泥浆性能，严格控制失水量及泥皮厚度，泥浆粘度控制在22-23秒；

下入表层套管后，泥浆粘度可降至21-22秒，按基本配合比例调整泥浆性能，并加强除砂，保持泥浆性能的稳定。

8.4.3.3泥浆液的日常管理

8.4.3.3.1施工现场配置野外漏斗测试仪器一套，加强泥浆的测试、检查工作，专职泥浆管理员管理。

每班检查测试不低于2次。

8.4.3.3.2严格控制泥浆性能参数符合要求，发现偏差，立即纠正，但泥浆调整要勤调、慢调，以保持孔内泥浆在一段时间内相对稳定性，严禁忽稀忽稠。

8.4.3.3.3每班设专人负责清理循环系统的沉砂，清出的泥砂的处理。

清出的泥砂、岩粉各班必须装袋码垛整齐，然后装车运走，且不能拖泥带水，保证运输道路整洁。

8.4.3.3.4钻进中，对地层造浆，或雨后等情况，导致泥浆性能变化，应予及时排除，同时补充合乎要求的新泥浆。

排除的泥浆严禁进入下水道。

8.5简易水文地质观测

8.5.1每观测回次中，在提钻后、下钻前各测量水位一次，间隔时间大于5min。

8.5.2每个钻进回次要从泥浆池浆液变化和补充的浆液量计算出浆液的消耗量。

8.5.3钻进过程中遇到涌水、漏水、涌砂、掉块、坍塌、缩径、逸气、裂隙、溶洞及钻具掉落等异常情况时，必须及时记录其深度。

8.5.4孔内水自流至孔口时，接高孔口管或安装水压表测量水头高度和涌水量。

8.5.5严格按照设计要求，及时观测水位及其他应测项目。

8.5.6水位观测的基准点一致，读数准确。

8.5.7禁止随意割接水文测绳。

8.5.8每次观测数据及时记录，不得漏记、补记。

字迹工整、清晰，数字不得涂改。

8.6钻探质量

8.6.1岩芯采取与整理

8．6.1.1根据合同要求该水文地质观测孔从Q底界以上10m开始取芯钻进至终孔，岩芯采取率80%以上。

8.6.1.2退出岩芯时要仔细，防止造成岩芯人为二次破碎。

岩芯取出后，丈量岩芯长度，将岩芯清洗干净，然后按自上而下、由左向右顺序装箱，按规定给岩芯编号及填写内容，放好岩芯次票（岩芯票放在塑料袋中）。

8.6.1.3回次进尺长度不得超过岩芯管有效容纳长度。

禁止使用已弯曲的粗径钻具。

8.6.1.4钻进取芯困难的岩层时，必须适当控制转速、压力、小泵量，要限制回次进尺长度。

8.6.1.5严格执行“见软就提钻”和“进尺缓慢就提钻”打捞岩芯的原则，防止因出现岩心堵塞而把煤层打丢、打薄的情况。

同时切实做好判层记录工作，准确记录见软、见硬的孔深。

煤层第一回次进尺，控制在0．5m以内。

8.6.2预防钻孔弯曲措施

8.6.2.1在重要标志层中，岩（煤）芯没有取上来时应专程捞取。

需要钻进时，回次进尺长度严格控制在0.5m以内。

8.6.2.2开孔前的设备安装，确保设备的安装质量，“天轮、立轴、孔口”三点一线。

严禁使用旷动的立轴导管及弯曲的立轴钻杆。

8.6.2.3开孔时，应选用锋利的钻头；

随孔深加长岩心管，直至正常长度（一般为5m左右）；

随孔深增加钻铤，直至钻铤总质量超过所需钻压的20％～30％为止。

回次结束前，钻头切削具已磨钝时，严禁加压强行钻进。

8.6.2.4换径时，应采用外导向钻具，其长度不短于5m。

第一次钻进时，小径岩心管要短（不长于1m）；

扩孔时应采用内导向器，并增加粗径钻具长度。

应保证换径、扩孔钻具的同心度。

8.6.3降低孔深误差的措施

8.6.3.1机场使用的铁尺应保持两端平齐，刻度准确、清晰，并注意经常校正。

8.6.3.2丈量机上余尺时应停止立轴回转，基准点应一致，准确读取，及时记录。

8.6.3.3只能使用钢卷尺丈量下入孔内的钻具长度，任何情况下禁止估算。

8.6.3.4校正孔深丈量钻具长度时只能使用钢卷尺，丈量结果应逐根记录在班报表上。

8.6.3.5处理孔内事故后必须校正孔深。

8.6.4做好原始记录的措施

8.6.4.1记录员必须在现场及时、认真地填写好各项数据，禁止下班后追记、补记。

8.6.4.2班长、机长要及时校对原始记录，发现错误及时修正。

8.6.5数字测井

工作量约400m，其测井内容：

电阻率、聚焦电阻率、电位、伽码、伽码－伽码、中子、声速、井径、井斜、产状、井温。

（测井对钻孔的要求）

8.7抽水试验及成井工艺

8.7.1井管

8.7.1.1成井管柱结构：

管柱由井壁管、过滤管和沉淀管等三部分组成，相互相合和要求符合以下各条规定。

8.7.1.1.1井壁管内径应满足抽水设备的安装和正常抽水要求。

8.7.1.1.2过滤管安装长度：

与含水层厚度大体一致。

8.7.1.1.3沉淀管：

应与相连的过滤管同径，安装长度一般为4～6m，底部应封闭，顶部在0.5m范围内应加工成过滤管结构，顶端内壁处加工成阻流座的内台阶，能使冲孔阻流塞坐落在此台阶上。

若阻流座在底部时，沉淀管上部则不必加工成过滤管结构。

8.7.1.1.4井管采用丝扣连接成管柱后，轴心线应一致。

8.7.1.1.5管柱底端和过滤管部位应装设扶正器，确保管柱处在井孔中心位置。

8.7.2过滤管技术参数

8.7.2.1骨架孔隙率：

地质无疑无缝钢管孔隙率28%；

钢筋骨架45%。

8.7.2.2过滤管的缠丝必须焊牢，不得有错动；

管的两端紧靠缠丝处必须焊有挡圈。

8.7.3成孔后冲孔、排渣、换浆与探孔

8.7.3.1应将冲孔钻杆下放到孔底，用大泵量冲孔排碴，待孔内岩碴排净为止。

8.7.3.2冲孔、排渣、换浆结束后，在下管前应进行探孔，经探孔确认钻孔圆直、畅通无阻后，才可下管。

8.7.4下管

8.7.4.1下管准备和基本要求：

8.7.4.1.1下管前要校正孔深，确定下管深度、过滤管长度和安装位置，按下管先后次序将井管逐根丈量、排列、编号、试扣，确保下管深度和过滤管安装位置准确无误。

8.7.4.1.2对井管逐根检查，不符合质量要求者不得下入孔内，过滤管的缠绕丝有错动者应进行修理使符合要求。

8.7.4.1.3对下管设备和工具进行检查，不符合安全要求者不准使用。

8.7.4.1.4下管作业应统一指挥，互相配合，操作要稳要准，井管下放速度不宜太快，中途遇阻时不准猛墩硬提，可适当地上下提动和缓慢地转动井管，仍下不去时，应将井管提出，扫除孔内障碍后再下。

8.7.4.1.5下管期间应保持孔内液面到达孔口，若有下降要及时灌满。

8.7.4.1.6井管下完后，要用升降机将管柱吊直，并在孔口将其扶正、固定。

8.7.4.2下管方法

？

（下管要求？

采用什么方法）

8.7.4.3下管工艺

丝扣要涂油，连接螺纹要上满拧紧，若螺纹配合不好，丝扣上歪或丝扣损坏时，不得勉强紧扣，要卸开重上或更换。

8.7.5止水

泥灰岩含水层为水文观测段，对该层上，下段进行永久性止水，上段位置，下段位置。

封止厚度，采用止水材料（水泥、粘土球）。

下止水器前，应先进行探孔，确认无障碍时才可下入，中途遇阻时，不准强行下入，应提出止水器，排除孔内障碍后再下。

止水效果检验

8.7.6洗井

8.7.6.1液态二氧化碳洗井工艺操作要求

8.7.6.1.1洗井器具安装要求：

a.液瓶、输液管汇和管道、控制阀、安全阀、压力表等，要求密封性能良好，不得泄漏；

耐压强度不得小于10MPa。

b.液瓶要安设在距孔口20～30m处，洗井时，液瓶要倒放并将瓶的底端垫高，使瓶身倾斜20°

～30°

8.7.6.1.2二氧化碳用量：

预计用二氧化碳20～30瓶，根据孔径和含水层被堵塞程度适当增减。

8.7.6.1.3洗井工艺、操作要求：

a.输液管应下至含水层中部，洗井时，要先将输液管道和管汇的阀门打开，然后再开瓶阀，待井喷后即可将瓶阀关闭，至井口停喷并待孔内水位上升一定高度时，再将瓶阀打开，再次造成井喷，连续数次，直至洗好为止。

b.洗井结束或洗井过程中管道堵塞，要拆除洗井设备时，要先将瓶阀关闭，并把管汇和管道的泄气阀打开，将管道内的余气放尽后，才可拆除设备。

8.7.7抽水试验

8.7.7.1基本要求：

抽水试验工作在洗井质量达到要求并经建设单位后进行，（抽水时间，抽水降深，抽水稳定时间呆定。

是否进行试抽水试验）

8.7.7.2水量观测器具选择和要求：

三角堰箱结构要求：

三角堰口开成60°

，堰口旁设垂直刻度标尺，其零点应与堰口最低点对正，堰板刃口厚度不得超过1mm，刃口坡面应地水流跌落的方向；

堰箱内要设挡水板；

抽水时，堰口最低点距溢水跌落面的距离应大于20mm。

8.7.7.3抽水时，排水渠道应畅通无阻，不得渗漏。

8.7.7.4在抽水时，试验稳定时间内，不得任意改变抽水设备的转速。

8.7.7.5抽水试验期间，出现水位、水量突然变化、水质变浑时，要立即查明原因和详细记录，并采取措施使恢复正常后再继续抽水。

8.7.7.6在抽水期间内，沉淀物不得淤至过滤管内，要将井管内的沉淀物排净。

8.7.7.7抽水试验时，应在现场及时绘制钻孔涌水量（Q）和水位降深（S）关系曲线，以鉴别抽水试验曲线是否正确。

8.7.7.8及时按《煤炭资料地质勘探地表水、地下水长期观测及水样采取规程》要求取水样，送样化验。

8.7.7.9抽水结束后及时进行室内资料整理工作。

9.工程结束后提供的资料

9.1梁家煤矿水文地质观测孔成果总结报告

9.1.1阐述对本次工程钻孔的质量、简易水文地质观测、抽水试验、水样化验情况及测井等分析成果资料。

9.1.2对泥灰岩含水层及渗透系数进行总结分析。

9.1.3对本次工程中存在问题及对今后工作的建议。

9.2钻探施工勘探成果附图

9.2.1钻孔测井综合成果图

9.2.2钻孔柱状图（提供CAD电子图件、比例尺1：

200）

9.2.3水文地质相关图件

9.2.3.1Q、S-t过程曲线图

9.2.3.2Q＝f（S）关系曲线图

9.2.3.3q＝f（S）关系曲线图

9.2.4其他相关附图：

施工技术（花