完整版许疃煤矿北风井冻结造孔工程施工组织设计.docx
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完整版许疃煤矿北风井冻结造孔工程施工组织设计
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许疃煤矿北风井冻结造孔工程
施
工
组
织
设
计
中煤第三建设（集团）有限责任公司
钻井工程处
二0一三年九月二十二日
二工程概况-5-
1矿井概况-5-
2地质特征-5-
2.1地层-5-
2.2风氧化带-6-
3水文地质特征-6-
3.1含、隔水层（组、段）划分-6-
3.2地下水补给、径流、排泄条件及水力联系-8-
4钻孔工作量-8-
5主要技术要求-8-
5.1冻结孔质量控制要求-8-
5.2冻结钻孔设计-9-
三施工部署-10-
1施工供水、供电-10-
1.1供水-10-
1.2供电-10-
2大临工程-10-
3钻场平面布置-10-
四施工技术方案-11-
1设备机具选型-11-
1.1钻塔的选型-11-
1.2钻机的选型-11-
1.3泥浆泵选型-11-
1.4钻具选配-12-
1.5纠偏钻具-12-
1.6废浆排放系统-13-
1.7测斜仪器与定向仪器-13-
2钻场施工及泥浆系统-13-
2.1钻场基础-13-
2.2泥浆系统-13-
五施工技术措施-17-
1钻孔施工技术措施-17-
1.1开钻前准备-17-
1.2开孔-17-
1.3钻进-17-
1.4钻孔防斜、测斜与纠斜-18-
2造孔质量要求与保证措施-20-
2.1质量要求-20-
3下管措施-20-
3.1下管流程-20-
3.2试压-21-
4保证措施-21-
六拟投入的主要施工机械设备表-22-
七施工进度-23-
1组织建设-25-
2职工培训-25-
3施工管理组织机构-26-
4劳动力组织安排-27-
八施工总平面图-28-
九文明施工措施-28-
十冬、雨季施工措施-30-
十一临时供配电设计及安全用电措施-32-
1编制依据-32-
2供配电方式-32-
3主要负荷统计、计算-32-
4施工电源容量的选择-32-
5配电线路-34-
5.1低压配电线路-34-
5.2配电系统-35-
5.3配电柜的安装-35-
5.4接地装置-35-
6安全用电技术措施-35-
6.1接地与防雷-35-
6.2电气设备设置-35-
6.3漏电保护器设置-36-
6.4电气设备的安装-36-
6.5电气设备防护的控制措施-37-
6.6安全用电-37-
6.7防护措施-38-
一编制依据
⑴许疃煤矿北风井检查孔综合柱状图；
⑵中煤第三建设（集团）有限责任公司冻结工程处《曹家滩煤矿进、回风立井冻结造孔工程、许疃煤矿北风井冻结造孔工程、巴拉素矿井中央回风立井冻结造孔工程招标邀请函、招（议）标文件》；
⑶《煤矿井巷工程质量检验评定标准》（MT5009－94）；
⑷《煤矿井巷工程质量验收规范》（GB50213-2010）；
⑸《煤矿井巷工程施工规范》（GB50511-2010）；
⑹《煤矿井巷工程质量验收规范》（GB50213-2010）等有关规程规范。
⑺《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005；
二工程概况
1矿井概况
许疃煤矿位于位于安徽省濉溪县与蒙城县的交界处，在许疃镇东南，行政区划属于蒙城县。
距宿州市西南约37km、距蒙城县东北约28km，交通较为便利。
2地质特征
2.1地层
北风井检查孔揭露地层自上而下有：
第四系、新近系、二叠系下石盒子组和山西组。
其中松散层底界为348.2m。
2.1.1第四系（Q）
该系厚度为92.30m，可分为，为全新统和更新统。
主要由灰黄色细砂、粘土质砂及粘土组成，砂层结构松散，连续性较好，含水性丰富；粘土具可塑性及粘结性，膨胀较性大。
表2-1检查孔地层统计一览表
地层
深度（m）
厚度（m）
第四、新近系（Q+N）
第四系（Q）
92.30
92.30
新近系（N）
348.20
255.90
二叠系（P）
下石盒子（P1x）
371.90
23.70
山西组（P1s）
481.40
109.50
石炭系（C）
太原组（C3t）
501.00
19.60
2.1.2新近系（N）
新近系，即上第三系，厚度为255.90m。
本段粘土厚度较大，上部粘土可塑性较好，膨胀性大。
2.1.3二叠系（P）
检查孔揭露二叠系段348.20～481.40m，厚度133.20m，,为二叠系下石盒子组下部及山西组地层。
岩性主要以浅灰色灰色细砂岩为主，其余为灰色、深灰色粉砂岩和浅灰色泥岩。
2.1.4石炭系（C）
检查孔底端未穿过三灰底板，所揭露的石炭系层段埋深为481.40～501.00m，总厚19.60m，均为石炭系太原组地层。
该系所揭露的岩层岩性主要浅灰色局部灰色灰岩为主，夹深灰色、灰色粉砂岩和泥岩及薄煤层。
2.2风氧化带
根据检查孔资料显示，钻探揭露松散层底界为348.2m，基岩段强风化带底界352.87m，厚度4.67米；弱风化带底界365.45m，厚度12.58米。
表2-2检查孔风氧化带深度一览表
强风氧化带
弱风氧化带
合计
底界深度（m）
垂厚（m）
底界深度（m）
垂厚（m）
352.87
4.67
365.45
12.58
17.25
3水文地质特征
3.1含、隔水层（组、段）划分
3.1.1新生界松散层含、隔水层（组、段）划分
检查孔穿过新生界松散层厚度为348.20m。
层自上而下可划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。
表2-3新生界松散层含、隔水层（组、段）划分情况一览表
地层
底板深度（m）
厚度（m）
含、隔水层有效岩性
系
统
代号
含、隔水层名称
简称
厚度（m）
百分比（%）
第
四
系
（Q）
全新统
Q4
第一含水层（组）
一含
30.95
30.95
17.50
56.54
更新统
Q1～3
第一隔水层（组）
一隔
51.55
20.60
20.60
100
第二含水层（组）
二含
92.30
40.75
8.05
19.75
新
近
系
（N）
上新统
N2
第二隔水层（组）
二隔
106.40
14.10
14.10
100
第三含水层（组）
三含
190.00
83.60
47.15
56.40
中新统
N1
第三隔水层（组）
三隔
337.95
147.95
131.65
88.98
第四含水层（组）
四含
348.20
10.25
9.65
94.15
⑴第一含水层（组）
检查孔该含水层（组）底板埋深为30.95m，总厚30.95m，主要由灰黄色、浅黄色细砂、粘土质砂组成，下部发育，富水性中等～强。
⑵第一隔水层（组）
埋深30.95～51.55m，总厚20.60m，全层为粘土层，具可塑性及粘结性，膨胀较性大，隔水性能较好，能起到一定的隔水作用。
⑶第二含水层（组）
埋深51.55～92.30m，总厚40.75m，其中含水类砂层4层，总厚8.05m，占总厚度19.75%。
该含水层（组）含砂层4层，为该含水层（组）的主要含水域，富水性较强。
⑷第二隔水层（组）
埋深92.30～106.40m，总厚14.10m隔水类粘土层。
但当下部为较厚的砂层时，可将具有弱透水性，从而构成二、三含水层之间的越流补给。
⑸第三含水层（组）
埋深106.40～190.00m，总厚83.60m，其中含水类砂层占总厚度56.40%。
该含水层（组）分布稳定，砂层结构以块状为主，局部松散，富水性较强。
⑹第三隔水层（组）
埋深190.00～337.95m，总厚147.95m，该层（组）分布稳定，厚度大，粘土类质纯，致密，可塑性好，膨胀性大，隔水性良好，是区域及矿井内重要的隔水层（组）。
由于该隔水层（组）的存在，使其以上各含水层（地下水、地表水、大气降水）与其下的煤系水失去水力联系。
⑺第四含水层（组）
埋深337.95～348.20m，总厚10.25m。
渗透性较差，补给条件差，一般富水性较弱，与上覆第一、第二、第三含水层（组）则无直接水力联系。
3.1.2二叠系含、隔水层（段）
新主井和北风井二叠系含水层以储存量为主，岩层中泥岩、粉砂岩视为隔水层。
3.2地下水补给、径流、排泄条件及水力联系
3.2.1新生界松散层含水层（段）地下水
第一含水层（组）上部属潜水，下部属弱承压水。
第一、二、三含水层（组），以区域层间径流补给为主。
由于第三隔水层（组）的存在，使第一、第二、第三含水层（组）与第四含水层（组）及煤系水失去水力联系。
第四含水层（组）直接覆盖在煤系地层上，在自然条件下，水平径流条件差，区域补给微弱，处于滞缓状态，其补给量不大。
根据《许疃煤矿北风井检查孔地下水流向与流速测试报告》，许疃煤矿东风井130m以浅地下水流向为S41°E，流速为1.84md。
3.2.2二叠系煤系砂岩裂隙含水层（段）地下水
二叠系下石盒子组与山西组砂岩裂隙含水层（段）局部裂隙稍发育，渗透性弱，以储存为主。
垂向上各含水层（段）之间都有相应的隔水层，正常情况下无直接水力联系。
4钻孔工作量
北风井钻孔共计33239m，5台套钻机，钻井工程处承接其中2台钻机。
5主要技术要求
5.1冻结孔质量控制要求
⑴钻孔靶域半径：
防片帮孔≤0.5m，主排孔、辅助孔：
0~300m≤0.6m，300~410m≤0.7m。
⑵径向内偏值：
防片帮孔≤0.4m，主排孔、辅助孔≤0.5m。
⑶主排孔最大终孔间距：
0~200m≤1.9m，200~360m≤2.2m，360~410m≤3.2m。
5.2冻结钻孔设计
钻孔布置参数见表1
表2-4钻孔布置参数表
序号
项目名称
东风井
1
井筒净直径（m）
6.5
2
最大荒径（m）
10.356
3
表土层的厚度（m）
348.2
4
冻结深度（m）
410
5
主
排
孔
布置圈径（m）
19.5
开孔间距（m）
1.224
孔数（个）
2525
孔深（m）
360410
6
辅
助
孔
布置圈径（m）
15.2
开孔间距（m）
1.905
孔数（个）
25
孔深（m）
360
7
防
片
帮
孔
布置圈径（m）
11.8
开孔间距（m）
2.824
孔数（个）
13
孔深（m）
250
8
测温孔（m个）
2501、3601、4102
9
水文孔（m个）
231、941、1921
10
冻结孔工程量（m）
31500
11
钻孔总工程量（m）
33239
12
钻孔工期（d）
68
三施工部署
1施工供水、供电
1.1供水
甲方引水送至钻场。
1.2供电
风井井盘2台（套）钻机和泥浆泵的用电约为555KW。
其中：
TSJ—2000钻机：
2台×110KW台=220KW
TBW—85050型泥浆泵：
3台×90KW台=270KW
泥浆净化系统：
22KW+3KW=25KW
电焊机：
20KW
生活区：
20KW
2大临工程
打钻工程的临时建筑，考虑到打钻工期较短及用途的不同，要求布局合理，统一规划。
现场办公室、测斜房、配电室、仓库等均用活动板房。
3钻场平面布置
钻场布置原则以甲方要求为准。
具体布置时，钻场边缘距离泥浆池应留有足够长的回浆槽。
根据施工需要，在泥浆泵房后面围护好排放废浆的地方。
严禁乱排废浆，达到环保要求，保护施工现场整洁。
四施工技术方案
1设备机具选型
本工程选用以下设备
1.1钻塔的选型
钻塔是冻结孔施工的重要设备之一，对钻塔的要求是：
即要有足够的承载力，以承担钻具提升负荷，又要有足够的高度，以便缩短冻结管的下放时间。
在承载力方面，应不小于30t；在高度上，一般应满足下放单根冻结管18m的需要；经分析对比，该工程选择27m人字钻塔，其参数见表2-5。
TSJ2000435型竖井钻机主机外形尺寸：
钻机平台长×宽：
5800×5200（mm）
高：
27000mm
1.2钻机的选型
用于冻结孔施工的钻机，要求具有提升功率大、转速高、大扭矩、速比宽的特点。
我们选用石家庄矿井机械厂生产的TSJ2000435型。
TSJ2000435型钻机的性能，完全满足该工程的施工需要，钻机参数见表4-1。
表4-1钻机参数表
名称
型号
钻进深度（m）
转盘直径（mm）
转盘转速（正反）（rmin）
提升能力（kn）
转盘扭矩（kn-m）
TSJ2000435
1350
435
48、69、110、190
80
18
1.3泥浆泵选型
泥浆泵用于输送钻进过程的冲洗液，以保证在快速钻进条件下的孔底清洁，避免重复破碎。
在钻孔孔壁与钻具之间的环状间隙一定的情况下，要保证冲洗液具有高的上返流速，就必须提高泵量。
另外，泥浆泵作为井下动力钻具的动力源，也必须具有足够的流量和较高的压力。
综合考虑，所选用的泥浆必须满足冲洗液上返流速0.50m秒，经计算，上返流速达到0.5m秒时所需泵量为650Lmin，因随着钻孔深度加深和钻具加长，泥浆液在输送过程中会有一定量的泄漏，因此，泵量的取值应再乘以系数1.1，即：
715Lmin。
根据以上条件，风井拟选用TBW—85050型泥浆泵。
该型号的泥浆泵性能完全满足该工程的施工需要，其性能参数见表4-2。
表4-2泥浆泵参数表
技术参数
型号
公称流量（Lmin）
公称压力（Mpa）
配用动力（kw）
TBW—85050
850
5
90
1.4钻具选配
钻杆：
钻杆是将地面钻机的动力传给地下钻头的主要部件之一。
所用钻杆必须满足两项要求：
一是传递足够的扭矩，二是满足陀螺仪和陀螺定向仪测斜及定向的需要。
本工程采用采用美国休斯公司的φ89mm钻杆。
钻铤：
钻铤是实现孔底加压、预防孔斜，保证钻具工作的稳定和垂直的重要部件，以减少孔斜发生。
本工程拟选用φ165mm钻铤。
钻头：
新地层钻进选用MP型钢牙轮钻头，基岩钻进选用XMP型球齿钻头。
1.5纠偏钻具
为了满足冻结孔各深度段孔间距的要求，在冻结孔的施工中，必须要有有效的定向、纠偏手段，否则，冻结孔将无法保证质量。
因此，纠偏技术、纠偏机具显得尤为重要。
为提高纠偏效率，本工程选用邹城市东远石油机械有限公司生产的5LZ120螺杆钻具作为纠偏钻具，螺杆钻参数见表4-3。
表4-3螺杆钻具参数表
型号
马达流量（ls）
钻头转速（rmin）
输出扭矩（N.m）
输出功率（Kw）
马达压降（Mp）
5LZ120
16—30
95—180
3200
35—65
2.4
纠偏钻具配合：
108×108mm主动钻杆→φ89mm钻杆→稳定器→弯接头→螺杆钻具→φ190mm牙轮钻头。
1.6废浆排放系统
风井井盘布置一台TBW—85050型泥浆泵及一条排浆管路构成排浆系统。
1.7测斜仪器与定向仪器
根据冻结工程质量要求，本工程选用北京建井研究所生产的JDT—6A型陀螺测斜仪，定向仪选用陀螺定向仪。
陀螺测斜仪性能参数，见表4-4。
表4-4陀螺测斜仪参数表
型号
测量范围
精度误差
陀螺漂移
测量方式
静漂
动漂
JDT—6A
0～6º
≤±3'
12ºh
15ºh
连续测量
2钻场施工及泥浆系统
2.1钻场基础
为保证钻塔整体稳定性，扩大承截面积。
拟设计采用C30砼结构基础，整个钻场水平误差不超过±5mm。
砼下方的基础必须用三七土夯实压好，砼厚度为300mm。
2.2泥浆系统
2.2.1泥浆站
每个井筒均统一设立泥浆站。
泥浆池集中一起，池及沟均采用砖砌。
泥浆槽沟长度不少于50米。
由于每台钻机在同一时间内穿过的地层性质不同，因而对泥浆的要求也不相同，因此，每台钻机除新浆池、清水池、泥浆搅拌机共用外，应具有各自独立的泥浆系统，以免相互影响。
2.2.2泥浆选择
使用性能适宜的泥浆对于冻结孔的施工是至关重要的。
施工中它不仅起到携带岩粉和护壁作用，而且其性能变化会对钻进效率和钻孔偏斜产生较大的影响。
反映泥浆性能的最主要的指标有三个：
一是粘度，二是含砂量，三是失水量。
粘度过低，护壁效果差，易造成砂层坍塌；且会因大颗粒钻屑长时间携带不上来，在孔底累积，而造成孔斜和孔内事故。
粘度过高，会明显影响钻进效率。
泥浆中含砂量较高时，会加快泥浆泵有关部件的磨损，增加修泵时间，影响总体效率。
泥浆失水量过大时，会加剧膨胀层段的钻孔缩径现象，造成施工上的困难。
因而，施工中要采用优质低固相化学泥浆，且加强对泥浆性能的测试，一旦发现泥浆性能变差时，应立即进行调整，在基岩段的钻进过程中，要切实做好泥浆的管理工作，以确保施工安全和冻结管的顺利下放。
根据本地区地层，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。
将根据初期施工找到适应本矿井的泥浆组合，达到安全、优质、高效的目的。
⑴PHP—HPAN泥浆
该泥浆具有粘度低、失水量小、流变性好和护壁能力强等特点，而且可有效地控制泥浆中的固相含量。
表4-5PHP-HPAN泥浆的配方与性能表
地层
泥浆配方（Kgm3）
泥浆性能指标
密度
粘度（s）
失水量ml30min
含砂量（%）
PH值
胶体率（%）
表土层
水+膨润土+Na2CO3+HPAN+PHP=1000+30+2+3（110浓度）+4~6（1%浓度）
1.02～1.04
18～20
≤10
<4
8～9
≥97
基岩
水+膨润土+Na2CO3+HPAN+PHP=1000+50+3+5（10%浓度）+5~10（1%浓度）
1.03～1.05
20～23
≤10
<4
8～9
≥98
注：
使用螺杆钻具钻进施工时，泥浆含砂量应≤1%。
⑵C-PAN-KHm泥浆
这是由聚丙烯腈钙盐与腐植酸钾相配合组成的泥浆，有一定的抗钙污染能力，具有泥浆性能稳定、失水量小、流变性好的特点。
表4-6C-PAN-KHm泥浆的配方与性能表
泥浆配方（Kgm3）
泥浆性能指标
密度
粘度（s）
失水量ml30min
含砂量（%）
PH值
胶体率（%）
水+膨润土+Na2CO3+C-PAN+KHm=1000+60+3.6+1+1
1.03～1.04
20～23
≤12
≤4
8～9
≥98
（3）泥浆材料
使用的各种泥浆材料均要求有产品合格证书或出厂检验报告。
膨润土：
200目、造浆率≥12m3T；
HPAN（聚丙烯腈）：
粉剂，分子量10~20万。
作用增粘、降失水；
C-PAN（聚丙烯腈钙盐）：
粉剂，降失水剂，抗盐能力强；
PHP（水解聚丙烯酰胺）：
粉剂，分子量300~500万，水解度30%，选择性絮凝剂；
KHm（腐植酸钾）：
粉剂，防塌剂，抑制泥、页岩的水化膨胀；
Na2CO3（纯碱）：
粉状，对粘土进行改型，调节泥浆PH值。
⑷泥浆配制程序
将HPAN、PHP分别按10%和1%在各自的容器内浸泡、搅拌溶解后待用。
配制泥浆可用水力喷射搅拌法和机械搅拌法。
配制程序：
先在泥浆池中放入清水，按比例加入纯碱，然后徐徐加入膨润土粉，搅拌均匀进行预水化，配成原浆。
使用时再分别加入稀释好的HPAN（或C-PAN）搅拌15分钟，加入稀释好的PHP（或KHm）再搅拌15分钟，搅拌均匀后，进行性能测试，符合使用要求后，再放入泥浆池内施工使用。
（5）泥浆管理
泥浆的净化
泥浆循环系统中，循环槽断面尺寸高500mm，宽400mm，长度≥50米，坡度在1100左右，及时清除沉淀池中的泥砂等杂物。
泥浆的日常维护管理
①钻机现场配备泥浆测定仪器。
主要有粘度计、比重计、失水量测定仪、含砂量测筒、PH值试纸等。
②项目部现场设泥浆管理技术人员，指导、检查、管理各钻机的泥浆使用。
各钻机由机长负责，班长配合调泥浆和管理，做到勤测定指标并记录在原始班报上。
③正常情况下，每班测定泥浆指标。
根据钻进地层情况，合理调整泥浆性能。
④起下钻时要常清理循环槽内的沉砂。
保持循环槽周围清洁卫生、场地平坦，泥浆池内无杂物。
⑤发现泥浆性能有突然变化时，要分析、查找原因，制订处理方案。
⑥现场应备锯末、棉籽壳等堵漏材料，钻进中如孔内发生漏失，应尽快制订堵漏措施。
废泥浆处理
为了加强环保意识，最大限度的减少污染，废泥浆集中排入指定的废浆池中。
五施工技术措施
1钻孔施工技术措施
1.1开钻前准备
1.1.1开钻准备工作很多，其中主要有设备的安装及检验、技术交底及复核、设备检修和维护、各种钻具及材料的准备等。
1.1.2开钻前要对钻机认真找正，安装稳固、校正，使转盘中心、钻孔中心和游动滑车提升中心重合，确保开孔垂直度。
开孔前要制备一定数量的优质泥浆。
1.1.3开钻前，项目部应组织有关人员对钻探设备、材料、砼基础、滑动底盘、钻塔安装、电气设备安装、泥浆池、钻场安全设施与防护以及钻具的质量、数量进行验收，验收完毕后方可开工。
1.2开孔
开孔是保证钻孔垂直度的关健。
为确保开孔的垂直度，开孔钻进过程中应以轻压、慢转、大泵量为宜。
一般控制在转速48～69rmin，钻压500kg，泵量500～800Lmin左右。
1.3钻进
1.3.1钻孔结构的选择
按冻结方提供的冻结管规格要求，依据管径大小和我队近年冻结孔的施工经验，选择孔径为φ190mm一钻到底的方式。
以保证顺利下放冻结管材和水文孔、测温孔管材。
1.3.2钻进参数的采用
采用合理的钻进参数不仅能保持钻进的高效率，而且能效地减少钻孔偏斜。
在该工程施工中，我们将采用表5-1中的钻进参数。
表5-1钻进参数表
岩性
钻头类型
钻头直径（mm）
钻压（KN）
转速（rmin）
泵量（Lmin）
软、中软
粘土、砂
MP
190
35～44
69～110
600～850
中
泥岩、粉砂岩、砂岩
XMP4
190
40～50
48～69
600～850
钻进中要精心操作，根据进尺速度和钻孔柱状图准确判层，换层钻进时要合理使用压力，软变硬时，降低钻压，待钻进0.5m后再恢复到该地层应使用的正常压力；当硬变软时，适当减小压力，降低转速。
钻进时给压均匀。
并根据地层情况合理掌握钻压、转速和泵量。
砂层中转速快给进，粘土层中转
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