1前言
井下鉆探是開展礦井防治水工作的關(guān)鍵手段，其優(yōu)點(diǎn)是不受地面條件限制，且工程量小、工期短、投資少、針對(duì)性強(qiáng)、水壓水量直觀、經(jīng)濟(jì)合理，近幾年來，開灤礦務(wù)局部分礦井開始嘗試地面鉆探改為井下施工。開灤廣信有限責(zé)任公司針對(duì)用水緊張狀況，為合理有效地利用地下水資源，需施工奧灰水源井。在井下鉆探工程中，因奧灰水壓高(1.7 MPa)、水量大(φ89 mm，鉆孔噴水3～4 m3/min)，遇到了許多意想不到的困難，出現(xiàn)過噴水、噴矸、套管失控等一系列復(fù)雜問題，一度使人身和設(shè)備安全受到了威脅。通過實(shí)踐，積累了一套防噴、控鉆等一系列安全施工技術(shù)。
2問題的提出
廣信公司為了滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)和生活用水，合理有效地開發(fā)利用地下水資源，在井下施工2個(gè)奧灰孔，孔深設(shè)計(jì)為600 m，涌水量為7 m3/min。由于施工承壓含水層的高壓水，因此工程從設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)都充分考慮到各種問題的預(yù)防和處理，為今后鉆探工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在井下奧灰鉆孔施工中，因水壓高、水量大，遇到了噴水、噴矸、套管失控及鉆探設(shè)施固定困難等一系列復(fù)雜的問題亟待解決，否則將影響安全生產(chǎn)和發(fā)生人身事故。
3安全施工技術(shù)
針對(duì)上述鉆孔施工中存在的不安全因素，在實(shí)踐中探索出了一套較完整的高承壓水鉆探安全施工技術(shù)。
3.1鉆窩施工
立孔和大角度斜孔的鉆進(jìn)，需施工鉆機(jī)房(簡(jiǎn)稱鉆窩)，其規(guī)格可視每次增減鉆桿的條數(shù)而定。當(dāng)每次增減1節(jié)鉆桿時(shí)，鉆窩的總高度應(yīng)為5.5 m，當(dāng)每次增減2節(jié)鉆桿時(shí)的鉆窩總高度應(yīng)為11 m。無論是每次增減幾節(jié)鉆桿，必須保證巷道頂板處鉆窩直徑不小于3.0 m，鉆窩頂部直徑不小于1.5 m，鉆窩掘出排除活石后，必須對(duì)鉆窩進(jìn)行噴漿處理，防止風(fēng)化落石。同時(shí)掘出天輪架窩，打出天輪錨桿眼和二層工作臺(tái)錨桿眼。二層工作臺(tái)的高度：當(dāng)鉆窩高度為5.5 m時(shí)，二層工作臺(tái)可搭在鉆窩兩側(cè)的支架上，但必須封牢；當(dāng)鉆窩高度為11 m時(shí)，二層工作臺(tái)的高度應(yīng)為7.5 m左右。工作臺(tái)的搭設(shè)，可在鉆窩四周打4棵錨桿，用鉆管連接固定，然后搭上木板封牢。小角度俯角孔，可根據(jù)抽出鉆桿的高度適當(dāng)挑頂作鉆窩。二層工作臺(tái)距離窩頂?shù)母叨葢?yīng)大于2.0 m，工作臺(tái)的搭設(shè)，可在巷道內(nèi)用鐵(或木)制長(zhǎng)凳，上面搭木板封牢。
3.2鉆探設(shè)施的安裝
?、?天輪的安裝。在鉆窩頂部安裝天輪，要使用天輪架。天輪架可采用2條工字鋼，并在設(shè)計(jì)安設(shè)天輪處分別鑲焊天輪軸套1個(gè)。將天輪架在天輪窩安設(shè)調(diào)整后用混凝土固定。另外在鉆窩頂部下設(shè)天輪錨桿，錨桿下端彎成圓環(huán)。將圓環(huán)套在天輪架內(nèi)的天輪軸上，做到雙保險(xiǎn)。
?、?鉆機(jī)的固定。地鞏錨桿固定在巷道底板上，然后將鉆機(jī)安裝固定在底座上。這樣，既避免了壓柱操作，又保證了鉆機(jī)的穩(wěn)固性。
?、?在深井和噴水條件下鉆進(jìn)時(shí)，要用專用小絞車升降鉆具，其固定方法是用地鞏錨桿直接連接絞車底座，并注牢。
3.3孔口套管的固定
下好孔口安全套管是有效控制高壓水的關(guān)鍵。一是要根據(jù)孔口附近的巖石強(qiáng)度，嚴(yán)格按《煤礦安全規(guī)程》確定套管長(zhǎng)度，套管的層數(shù)由鉆孔的地質(zhì)、水文條件而定；二是必須確保固結(jié)質(zhì)量，嚴(yán)防漏水和套管鼓出。其做法是：開孔直徑大于套管直徑1～2級(jí)，鉆進(jìn)深度大于套管長(zhǎng)度0.5～1.0 m?？卓谔幱妹藜喕螯S麻纏繞后將套管砸入孔內(nèi)，注入水灰比為1∶0.8～1∶1的水泥漿，當(dāng)反漿管流出水泥漿液時(shí)，關(guān)閉反漿管閥門，再加壓至2.0 MPa，并穩(wěn)壓10～15 min，以保證套管周的空隙和巖石裂隙全部填實(shí)。另外，還采用了以下2條措施對(duì)套管進(jìn)行處理加固。
?、?首先在孔口盤以上0.15～0.20 m處的套管外側(cè)，相向焊接2塊鋼板，當(dāng)套管下入孔內(nèi)后，用2條工字鋼地梁分別將上述兩塊鋼板壓住，防止套管鼓出。
② 套管焊筋骨。制作套管時(shí)，每條套管的兩端頭附近，分別以壁虎式焊接1組3條φ6.5～8 mm的鋼筋，鋼筋長(zhǎng)度小于0.1 m，與套管軸向夾角為60°～70°，其作用一是端正套管的位置，防止套管貼在孔壁上；二是利用筋骨加大阻力，減少套管鼓出的危險(xiǎn)性。
3.4防噴及控鉆裝置
?、?孔口的防噴帽。為防止鉆孔噴水、噴矸，惡化勞動(dòng)環(huán)境，威脅人身安全，應(yīng)使用孔口防噴帽。將其底盤與高壓閥門法蘭盤用螺絲連接牢固。下鉆具時(shí)，將活動(dòng)抽板向兩側(cè)拉開，擴(kuò)大口經(jīng)，巖心管下入后，彈簧自行將活動(dòng)抽板拉緊，鑲在活動(dòng)抽板內(nèi)側(cè)的膠皮舌抱住鉆桿，即可繼續(xù)下鉆。當(dāng)孔內(nèi)噴水、噴矸時(shí)，膠皮舌將水和矸石攔住，使其向四周射，遇弧形盤后返下，沿巷道底板流出。
?、?鉆桿控制器。鉆進(jìn)中替換鉆桿時(shí)，需松開鉆機(jī)立軸卡瓦。為防止鉆桿外射，應(yīng)使用鉆桿控制器。該控制器通過制動(dòng)手把，使偏心輪上下移動(dòng)，帶動(dòng)自動(dòng)卡瓦閉合，抱住鉆桿來控制鉆桿。使用時(shí)，巖心管、落砂管一套下入鉆孔后，將鉆桿控制器裝在孔口防噴帽上，再將鉆桿穿入卡瓦中間，連接巖心管，將鉆具下到孔底鉆進(jìn)。當(dāng)需替換鉆桿時(shí)，先用鉆桿控制器控制鉆桿，再松開鉆機(jī)立軸卡瓦，然后更換鉆桿。
?、?控鉆裝置。為加快高壓水條件下的下鉆速度，同時(shí)預(yù)防鉆機(jī)卡瓦突然失控造成射鉆事故，還應(yīng)使用控鉆裝置。使用時(shí)，把偏心輪卡子套在鉆桿頂部的水接頭附近，并使卡子不隨鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)。將鋼絲繩從地梁固定點(diǎn)通過偏心輪卡子換向滑輪，至另一側(cè)地梁上的換向滑輪后，與小絞車相連接。當(dāng)鉆機(jī)立軸卡瓦突然失控，鉆桿外射時(shí)，偏心輪卡子立即抱住鉆桿。當(dāng)提下鉆桿時(shí)，利用該裝置控制鉆桿的升降速度，做到萬無一失。
3.5應(yīng)注意的幾個(gè)問題
① 孔口安全套管應(yīng)選用壁厚大于4.5 mm的無縫耐壓地質(zhì)鋼管。
?、?一般不使用鋼粒和金鋼石鉆進(jìn)。使用鋼粒鉆進(jìn)往往會(huì)因高壓水上涌，鋼粒將鉆頭或巖心管等磨壞，造成事故；使用金鋼石鉆進(jìn)，一般井下鉆機(jī)的給進(jìn)壓力達(dá)不到要求，達(dá)不到提高鉆進(jìn)速度的目的，主要是看鉆機(jī)給進(jìn)壓力與孔內(nèi)壓力的對(duì)比。
③ 孔口套管上段3～5 m，要根據(jù)水質(zhì)情況進(jìn)行防腐處理，并將外露套管及孔口盤用油泥膏埋藏防腐。
?、?鉆探結(jié)束后，根據(jù)需要安裝孔口三通及閥門。底部閥門作備用，上部三通閥門可經(jīng)常啟閉，觀測(cè)水壓、水量，以防單閥門失效而難以更換。
?、?鉆桿規(guī)格應(yīng)根據(jù)孔深確定。終孔φ73 mm，孔深小于150 m，終孔φ50 mm，孔深小于200 m，可采用φ42 mm×6 m的鉆桿。終孔φ73 mm，孔深小于250 m，終孔φ50 mm，孔深小于300 m，可采用φ50 mm×6 m的鉆桿。否則極易出現(xiàn)鉆桿劈裂現(xiàn)象。
3.6安全操作要點(diǎn)高承壓水鉆探與施工，是一項(xiàng)難度大、技術(shù)復(fù)雜的工作。不僅要在技術(shù)措施上做到安全可靠，還必須有一支技術(shù)熟練的施工隊(duì)伍，并嚴(yán)格加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，才能保證安全施工，達(dá)到安全快速鉆進(jìn)的目的。實(shí)踐證明，需要遵守以下安全操作要點(diǎn)：
?、?技術(shù)培訓(xùn)是基礎(chǔ)。對(duì)鉆探工人進(jìn)行鉆探技術(shù)培訓(xùn)，使人人對(duì)鉆探設(shè)施的安裝使用、施工操作技術(shù)都能熟練掌握。做到分工明確，配合默契，嚴(yán)格按照操作規(guī)程和安全技術(shù)措施施工。
?、?思想重視是關(guān)鍵。對(duì)高承壓水鉆探中易出現(xiàn)影響鉆進(jìn)、威脅安全的問題，首先要有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。從鉆孔設(shè)計(jì)開始，就應(yīng)向職工交待清楚出現(xiàn)問題的危害性和預(yù)防處理措施，做到人人保持高度警惕，杜絕馬虎、湊合思想。
③ 對(duì)所有鉆探設(shè)施，做到每班一檢查，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)，立即緊固處理，確保其穩(wěn)固可靠。
?、?各種安全裝置要在預(yù)計(jì)揭露高承壓壓含水層前安設(shè)完畢，并投入正常使用，嚴(yán)防鉆孔見高壓水失控。
?、?每次進(jìn)尺應(yīng)較巖心管長(zhǎng)度小0.1 m以上。防止發(fā)生燒鉆、埋鉆事故。
?、?鉆進(jìn)中要配備專用高壓注水泵，保證停鉆不停泵。要經(jīng)常用注水泵，正循環(huán)鉆進(jìn)必須大于孔內(nèi)水壓的壓力向孔內(nèi)注水，嚴(yán)防孔底無水打干眼。
