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S形鉆孔井筒地面預(yù)注漿技術(shù)研究
摘要：潘北礦井由合肥煤炭設(shè)計研究院設(shè)計，生產(chǎn)能力400萬噸，淮南礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司投資建設(shè)，其中風(fēng)井井筒地面預(yù)注漿工程由安徽兩淮地質(zhì)基礎(chǔ)工程公司第一工程處承包施工，唐山開灤工程建設(shè)監(jiān)理有限公司監(jiān)理。關(guān)鍵詞：注漿 S形鉆孔
0 引言
風(fēng)井井筒地面預(yù)注漿工程，設(shè)計注漿孔10個，其中5個直孔，圈徑12m，孔深520m；5個S孔，圈徑40m，520m處圈徑12m，終孔深度712m。直孔完成巖帽及一、二段的注漿任務(wù)，由S孔完成巖帽、導(dǎo)斜段、三、四、五、六段的注漿任務(wù)。歷時175天，共完成鉆探進(jìn)尺6160m，注漿方量14526m3，成功地運(yùn)用3YSJ-25型隨鉆定向儀施工S孔，提高了注漿鉆探的科技含量。
1 注漿施工條件
潘北礦井位于走向近EW，傾向N的不完整背斜構(gòu)造，井筒穿過的地層為：346m左右的新生界松散層，30m左右的基巖風(fēng)化帶及二迭系含煤地層。新生界地層以粘土為主，其次為砂層，基巖主要巖層為泥巖、砂巖和煤。井筒基巖穿過的主要含水層為基巖風(fēng)化帶含水層及13-1煤、11-2煤、8煤頂?shù)装迳皫r含水層。
風(fēng)化帶：起止深度為347.95～385.30m，厚度為37.35m，多為花斑狀泥巖、砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖，上部風(fēng)化較強(qiáng)烈，整層巖芯較破碎，砂巖鈣泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育。
斷層：從井筒檢查孔柱狀圖可見2個構(gòu)造帶：①605.70～607.70米，616.00～623.80m，有受力跡象，多見角礫狀破碎砂巖，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，垂直裂隙發(fā)育，巖芯破碎。②634.20～635.60m，整層均有受力跡象，多為糜棱狀、磷片的泥巖，巖芯松軟、破碎。
該斷裂帶上下界的影響帶裂隙發(fā)育，上部、中部為砂巖多為鈣質(zhì)膠結(jié)，巖芯成角礫狀，破碎，下部為破碎泥巖多為糜棱狀、磷片狀。斷裂上盤影響帶巖石裂隙發(fā)育，連通性好，是地下水儲存和富集的場所。
風(fēng)井注漿孔在深度585m，640m處巖粉極多、坍塌掉塊嚴(yán)重，多次發(fā)生埋鉆、埋止?jié){塞，掉膠筒事故，主要原因是斷層帶破碎所致。
裂隙：根據(jù)井筒檢查孔提供的資料和區(qū)域裂隙發(fā)育特征，井筒巖層裂隙多為高角度近垂直裂隙，其中風(fēng)化帶裂隙發(fā)育；斷層影響帶裂隙發(fā)育，受構(gòu)造應(yīng)力影響局部地層裂隙發(fā)育。
注漿中，風(fēng)井與主井注漿孔多次發(fā)生串漿，而風(fēng)井與副井很少串漿，這說明風(fēng)井和主井裂隙連通性，近南北向和北東向的漲性裂隙發(fā)育。
2 施工方案及設(shè)計要求
根據(jù)潘北礦井風(fēng)井井筒水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件，風(fēng)井井筒治水方案采用，上部沖積層及風(fēng)化帶凍結(jié)，下部基巖段采用地面預(yù)注漿法，采用了上部5個直孔圈徑Φ12.0m和5個外圍圈徑40m的S型孔，S孔經(jīng)定向鉆進(jìn)增斜、降斜、穩(wěn)斜于510m左右進(jìn)入設(shè)計靶域而后變?yōu)橹笨住?
5個直孔竣工后轉(zhuǎn)入施工凍結(jié)孔。凍結(jié)孔和S注漿孔同時平行作業(yè)，縮短了工期，贏得時間。
2.1 注漿深度
直孔0～380m為固管段 380～520m為注漿段
S孔0～405m為固管段 405～712m為注漿段
風(fēng)井注漿深度為712m
2.2 段高及注漿壓力 根據(jù)風(fēng)井的水文工程地質(zhì)特征注漿段高及注漿壓力設(shè)計如表2-1
2.3 注漿方式 井筒地面預(yù)注漿的注漿方式有分段下行、分段上行和上行下行混合方式，這決定井壁條件和裂隙的串漿干擾等因素。本次注漿多采用上行式，無論上行還是下行，當(dāng)巖層破碎、坍塌掉塊嚴(yán)重時，均可先行注漿加固后再都進(jìn)行鉆進(jìn)。巖帽注單液水泥漿，巖帽以下段注粘土水泥漿。
2.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn) 巖帽段：①達(dá)到或超過設(shè)計終壓值②泵量60～100l/min③穩(wěn)定時間不小于20min。
粘土水泥漿段：①達(dá)到或超過設(shè)計終壓值②泵量不大于250l/min③穩(wěn)定時間不小于20min。
2.5 注漿范圍 本次注漿擴(kuò)散半徑為9m，注漿范圍是以井筒中心為圓心以井筒半徑加9m，即12m為半徑的大圓柱體的帷幕。 2.6 孔斜要求 直孔終孔偏斜不大于1%
S孔經(jīng)定向?qū)庇?10～520m進(jìn)入靶域，經(jīng)穩(wěn)斜段進(jìn)入直孔段與設(shè)計圈徑的偏斜不大于1%，并且保證鉆孔水平落點(diǎn)大致均布。
S孔在孔深395m圈徑≥30.8m
2.7 注漿材料及注入量 設(shè)計注漿材料，巖帽選用單液水泥漿，注漿段選用粘土水泥漿。
風(fēng)井設(shè)計注入量13546m3，其中單液水泥漿1068m3，粘土水泥漿12478m3。
2.8 定向鉆進(jìn) 定向鉆進(jìn)原則上從300m上下合適層位起，定向鉆進(jìn)有兩點(diǎn)關(guān)健技術(shù)要求①在395m深度(即凍結(jié)管深度)S孔圈徑≥30.4m。②S孔500～510m進(jìn)入靶域，即12m圈徑上各自靶心為原點(diǎn)，直徑4米的范圍。S孔定向孔分為直孔段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段，直孔段與5個直孔在500～520米接茬銜接，接續(xù)井筒直孔段以下注漿施工，完成全井筒整體注漿工作。
定向鉆進(jìn)時，鉆孔傾角變化應(yīng)控制在0.5°/m以內(nèi)，不應(yīng)在短距離內(nèi)使傾角突變，以保證定向鉆孔軌跡光滑、平緩，達(dá)到下管順利，上下止?jié){塞及鉆具順暢。
定向采用JDT陀螺定向儀，YSJ-25隨鉆定向儀，DST隨鉆定向儀。定向鉆進(jìn)，第四系地層采用φ165mm螺桿鉆具、牙輪鉆頭、多翼鉆頭，基巖使用φ95mm螺桿鉆具，LF型螺桿鉆隨鉆定向工藝。固管段定向鉆進(jìn)后擴(kuò)孔至φ191mm、φ245mm，以順利下放套管。套管以下采用φ110mm、φ130mm鉆進(jìn)。
3 注漿施工技術(shù)參數(shù)
3.1 注漿深度 注漿上限深度的確定，直孔原則上高于風(fēng)化帶底深5m，風(fēng)井注漿的起止深度為直孔380～520m，注漿段長140m，S孔405～712m，注漿段長307m。
3.2 注漿鉆孔布置 根據(jù)潘北礦建設(shè)項目部要求，井筒水文地質(zhì)資料及工期需要，注漿孔分布5個直孔，圈徑12m，5個S孔地面圈徑40m，直孔完成后施工凍結(jié)孔，實現(xiàn)凍結(jié)與注漿孔平行作業(yè)其位置詳見潘北礦北風(fēng)井注漿鉆孔平面布置圖
3.3 注漿段的劃分 依據(jù)風(fēng)井井檢孔資料和風(fēng)井井筒預(yù)計柱狀圖中的含水層，隔水層、煤層的深度、厚度、富水性、裂隙發(fā)育程度等劃分段高，盡量把含水層、煤層放在段高的上部，以保證堵水或封堵煤層瓦斯的效果，段高的具體劃分如下表。
3.4 注漿壓力 風(fēng)井注漿壓力，巖帽段為靜水壓力的1.5倍，注漿1～6段為靜水壓力的2.5倍，施工中嚴(yán)格按設(shè)計壓力值施工，嚴(yán)把注漿終壓這一關(guān)。從上表可以看出1～6段平均終壓值分別為2.81 2.73 2.73 2.66 2.70 2.6風(fēng)井各注漿段注漿壓力均超過設(shè)計終壓值，說明漿液有足夠的擴(kuò)散動力，在重點(diǎn)含水層和煤層和煤層提高注漿壓力。穩(wěn)定時間均在20mim以上，保證了注漿質(zhì)量。
3.5 注入量 注入量是保證注漿質(zhì)量的關(guān)鍵，是注漿施工中時刻都關(guān)注、算計的數(shù)值。注漿中一抓壓力，二抓注入量，而且根據(jù)注前壓水試驗所得單位吸水率進(jìn)行調(diào)整。
風(fēng)井總注入量14531m3，設(shè)計13546m3，超過985m3，平均每米井筒注漿量43.77m3/m井。根據(jù)注漿檢查孔壓水資料分析，風(fēng)井注入量是充足的。
直孔注入量4979m3，1～5#孔注入量分別為880m3，964m3，947m3，1177m3，1011m3
S孔注入量9546m3，1～5#孔注入量分別為 2093m3，2071m3，1840m3，1840m3，1715m3
4 結(jié)束語
風(fēng)井地面預(yù)注漿工程經(jīng)半年來的精心施工，嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計進(jìn)行，鉆孔的軌跡、注漿的工藝參數(shù)和各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計要求，合理的施工、優(yōu)質(zhì)的材料、充足的注漿量、較高的注漿壓力、較小的吸水量、良好的平面交圈，風(fēng)井井筒注漿質(zhì)量是可靠的，堵水效果明顯，為順利鑿井創(chuàng)造了條件。
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