许疃煤矿北风井冻结造孔工程施工组织设计.docx

1、许疃煤矿北风井冻结造孔工程施工组织设计许疃煤矿北风井冻结造孔工程施工组织设计一 编制依据 许疃煤矿北风井检查孔综合柱状图； 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； 煤矿井巷工程质量检验评定标准（MT500994）； 煤矿井巷工程质量验收规范（GB50213-2010）； 煤矿井巷工程施工规范（GB50511-2010）； 煤矿井巷工程质量验收规范（GB50213-2010）等有关规程规范。 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

2、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)92.3092.30新近系(N)348.20255.90二

3、叠系(P)下石盒子(P1x)371.9023.70山西组（P1s）481.40109.50石炭系(C)太原组(C3t)501.0019.602.1.2 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348.20481.40 m，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481.40501.00 m，总厚19.60m，均为石炭系太原组地层。该

4、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)352.874.67365.4512.5817.253 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

5、(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30.9530.9517.5056.54更新统Q13第一隔水层(组)一隔51.5520.6020.60100第二含水层(组)二含92.3040.758.0519.75新近系(N)上新统N2第二隔水层(组)二隔106.4014.1014.10100第三含水层(组)三含190.0083.6047.1556.40中新统N1第三隔水层(组)三隔337.95147.95131.6588.98第四含水层(组

6、)四含348.2010.259.6594.15 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。 第一隔水层(组)埋深30.9551.55m，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。 第二含水层(组)埋深51.5592.30m，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。 第二隔水层(组)埋深92.30106.40m，总厚14.10m隔水类粘土层

7、。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。 第三含水层(组)埋深106.40190.00m，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。 第三隔水层(组)埋深190.00337.95m，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。 第四含水层(组)埋深337.95348.20m，总厚10.25m。渗

8、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

9、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S41E，流速为1.84m/d。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 钻孔靶域半径：防片帮孔0.5m，主排孔、辅助孔：0300m0.6m，300410m0.7m。 径向内偏值：防片帮孔0.4m，主排孔、辅助孔0.5m。 主排孔最大终孔间距：02

10、00m1.9m，200360m2.2m，360410m3.2m。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)6.52最大荒径(m)10.3563表土层的厚度(m)348.24冻结深度(m)4105 主 排 孔布置圈径(m)19.5开孔间距(m)1.224孔数(个)25/25孔深(m)360/4106辅助孔布置圈径(m)15.2开孔间距(m)1.905孔数(个)25孔深(m)3607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)2508测温孔(m/个)250/1、360/1、410/29水文孔(m/个)23

11、/1、94/1、192/110冻结孔工程量(m)3150011钻孔总工程量(m)3323912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：TSJ2000钻机：2台110KW/台=220KWTBW850/50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：20KW2 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。

12、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。TSJ2000/435型竖井钻机主机外形尺寸：钻机平台长宽：58005200（mm）高：27000mm 1.2 钻机的

13、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TSJ2000/435型。TSJ2000/435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）（r/min）提升能力（kn）转盘扭矩（kn-m）TSJ2000/435135043548、69、110、19080181.3 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

14、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650L/min，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：715L/min。根据以上条件，风井拟选用TBW850/50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（L/min）公称压力（Mpa）配用动力（kw）TBW850/508505901.4 钻具选配钻杆：钻杆是将地

15、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89mm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165mm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

16、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（l/s）钻头转速(r/min)输出扭矩(N.m)输出功率(Kw)马达压降(Mp)5LZ120163095180320035652.4纠偏钻具配合：108108mm主动钻杆89mm钻杆稳定器弯接头螺杆钻具190mm牙轮钻头。1.6 废浆排放系统风井井盘布置一台TBW850/50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JDT6A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

17、 号测量范围精度误差陀螺漂移测量方式静 漂动 漂JDT6A06312/h15/h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

18、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

19、，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。 PHPHPAN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4-5 PHP-HPAN泥浆的配方与性能表地层泥浆配方（Kg/m3）泥 浆 性 能 指 标密度粘度（s）失水量ml/30min含砂量（%）PH值胶体率（%）表土层水+膨润土+Na2CO3+HPAN+PHP=1000+30+2+3（1/10浓度）+46（1%浓度）1.021.0418201048997基岩水+

20、膨润土+Na2CO3+HPAN+PHP=1000+50+3+5（10%浓度）+510（1%浓度）1.031.0520231048998注：使用螺杆钻具钻进施工时，泥浆含砂量应1%。 C-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4-6 C-PAN-KHm泥浆的配方与性能表泥浆配方（Kg/m3）泥 浆 性 能 指 标密度粘度（s）失水量ml/30min含砂量（%）PH值胶体率（%）水+膨润土+Na2CO3+C-PAN +KHm =1000+60+3.6+1+11.031.0420231248998（3）泥浆

21、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12m3/T；HPAN（聚丙烯腈）：粉剂，分子量1020万。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300500万，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。 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

22、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1/100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 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。 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

23、始班报上。 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。 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。 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。 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

24、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4869r/min，钻压500kg，泵量500800L/min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190mm一钻到底的方式。以保证顺

25、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 (r/min)泵 量 (L/min)软、中软粘土、砂MP190354469110600850中泥岩、粉砂岩、砂岩XMP419040504869600850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

26、。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，粘土层中转速慢给进，防止快进时泥包钻头；基岩应高钻压低转速。控制孔底钻压为钻铤在孔内总重量的7580%，采用悬吊钻进。下钻接近孔底时，要慢放，严禁墩钻，用新钻头时应轻压慢转30分钟后，再逐步加大钻压正常钻进，起钻时应及时向孔内补充泥浆，预防塌孔。1.4 钻孔防斜、测斜与纠斜钻孔偏斜必须遵循“以防为主，纠偏为辅”的方针，增强施工人员的责任心及严格按有关技术要求施工，加强技术监督的力度，杜绝蛮干行为。施工时，工程技术人员应充分研究易偏地层，分析易偏原因，找到适合该地区施工的防偏方法和措施。及时指导施工人员防偏纠偏。1.4.

27、1 钻孔防斜 确保设备的安装质量，把好开孔关； 钻进中地层由软变硬时，压力要适当减轻、转速要降低，地层由硬变软时，压力要减少到正常值的三分之一到三分之二； 开孔使用的粗径钻具要直，正确选择钻具组合，增强钻具的导向性和稳定性，减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。 不得使用弯曲、变形的钻具，钻具连接后同心度要好。粗径钻具应有足够的长度。1.4.2 钻孔测斜 陀螺测斜：30m以下段测斜选用JDT-6A型陀螺仪测斜。正常钻进每3040米置一个测点，根据具体情况，测点可适当调整。易偏地段增加测点。发现疑点要重新测量，必须上下复测，确保测斜资料的可靠性。 单孔成孔后用陀螺仪测斜，原则上每30米一个进行测斜，测

28、斜成果由电脑打印输出，由打钻、冻结、监理、甲方四方在现场认可签字后，方可下冻结管。 随时接受甲方单位组织的复测。1.4.3 钻孔纠斜 传统方法垫、扫、扩。1）扫孔纠偏法一般在表土层中发生孔偏，可利用原有钻具，更换三翼钻头或多翼钻头进行扫孔纠偏。这种方法是从喷嘴出来的泥浆直接冲刷翼层外刃与孔壁接触的地方，可使钻头的翼片，特别是底外刃不产生泥包现象，始终保持锋利状态，便于和孔壁接触扫出新的台阶把孔纠直。2）扩孔纠偏法使用原有钻具，换用比原来钻头大的钻头扩大孔经，钻至原深度时更换原钻头，开钻前应将钻具吊离孔底约1m左右，然后慢速给进开出一个新孔，当钻进2m，钻孔已修直后，再转入正常钻进。3）垫、移钻

29、塔法出现孔斜时，采用垫架子、移架子是一种行之有效的方法。发现孔斜时，应先采用垫架子方法，如行不通时，应采用移架子法。推架子时应不起钻具，把架子朝孔斜方位上的方向移，要做到快速、稳妥。实际原理就是利用上部孔段较直，控制底部孔斜。但必须保证孔口孔位不超规定 采用井下动力钻具（螺杆）作定向纠偏。定向纠斜钻具组合：钻头螺杆钻具弯接头钻铤扶正器钻杆立轴。 下钻前认真检查钻具，根据测斜所得数据进行准确定向，打印记号。 选择合适的钻头和喷嘴直径，动力钻具在孔口试运转，正常后下入孔内。 用螺杆钻具纠斜前，应充分循环并调整好泥浆性能，含砂量1%。 下螺杆钻具中，应将每根钻具用双钳加力紧扣。 安装防反转器，防止定向纠斜钻进中钻具转动。