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摘 要：花草滩煤矿副井井筒冻结深度460m，冻结造孔总工程量18110m，通过对冻结的布置以及施工过程中钻进、测斜、防偏与纠偏等各个环节进行了论述，提高了冻结孔的施工质量，对今后在该地区冻结造孔施工积累经验。
关键词：冻结造孔；测斜；纠偏；技术
中图分类号：TF549+.3
1 工程概况
花草滩煤矿副井位于甘肃省张掖市山丹县城东南42公里处的老军乡，海拔2050米左右，南距312国道、连霍高速公路5公里，北临兰新铁路尖山站17公里，矿区交通、通讯便利。矿井年设计生产能力90万吨，井筒采用立井开拓，冻结法施工，是目前国内西部穿过砾石层最深的矿井。
副井冻结造孔工程于2011年8月29日开钻施工，至2011年11月 7日工程施工结束，历时70天。副井共完成各类钻孔41个，总工程量18110m。
2 地质简况
本工程冻结段钻孔穿过和揭露的地层自上而下分别为：第四系、上第三系、石炭系和寒武系，其第四系（Q）厚109.75m，不整合于上第三系之上，为河湖相冲积洪积地层，主要由砾石、砂砾石组成，夹中厚层的黄土层。砾石、砂砾石层总厚99.44m，占该段地层厚度的90.6%。上第三系（N）厚275.55m，不整合于下伏基岩之上，为河湖相冲积洪积地层，主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩、砾岩组成。泥岩、砂质泥岩、粉砂岩土黄色，厚～巨厚层，半固结，硬度不高，含砂不均一，其粘性、膨胀性均较强。，钻进过该层段后，经常因孔壁膨胀缩径而造成提钻困难，绝大多数孔内事故就发生在该层段。砂岩、砂砾岩、砾岩共4层，总厚101.81m，占该段地层的36.9%。
3 施工技术方案
3.1 冻结孔布置及工程量
根据《张掖市宏能煤业有限公司花草滩煤矿副井冻结工程施工组织设计》，副井采用冻结孔插花布置的冻结方式。副井共布孔41个，其中冻结孔36个，测温孔3个，水文孔2个，设计各类钻孔总工程量18110m。
3.2钻孔结构
根据冻结管、测温管及水文管规格，同时考虑到上部多砾石层，施工难度大，为保证冻结管、测温管、水文管的顺利下放以及施工效率，确定钻孔孔径：整个冻结段均为Φ190mm。钻孔偏斜应满足以下几个方面：①径向内偏值：0～280m≤0.45m，280～460m≤0.6m。②按靶域控制：0～280m≤0.65m，280～460m≤0.8m。③最大相邻孔间距：≤2.9m。
4 冻结孔施工
4.1施工设备
施工用的主要设备有：①采用22m四角钻塔（配铁底盘）6套。②采用TSJ-2000A型钻机5台。③采用 TBW-850/5型泥浆泵6台。④采用Φ89mm钻杆和Φ165mm钻铤。⑤采用Φ190mm复合片钻头、Φ190mm三牙轮钢齿钻头及镶齿钻头。
4.2测斜、定向仪器
采用煤炭科学研究总院北京建井研究所生产的JDT-5A型陀螺测斜仪和TDJ6E型经纬仪为测斜仪器；采用煤炭科学研究总院北京建井研究所生产的JDT-6A型陀螺测斜定向仪和TDJ6E型经纬仪为定向仪器。
4.3正常钻进
在正常钻进过程中一要防止孔斜，二要提高钻进效率。要实现这两个目的，主要的技术工作有： ①正确选用钻头，钻进过程中在表土段（第四系、上第三系）应选用三牙轮钢齿钻头。由于表土段未成岩，地层松软，选用的三牙轮钢齿钻头齿长，而且耐磨性能较好，不仅钻进速度快，而且提钻次数少，综合效率高。该钻头与刮刀钻头相比具有较好的防斜性能。在基岩段应选用三牙轮镶齿钻头。基岩段地层坚硬，如选用三牙轮钢齿钻头钻进，钢齿很快被磨平，不但效率低下，而且成本高。用三牙轮镶齿钻头，其球齿坚硬，而且耐磨性能较好，它能将孔底和孔壁上的基岩切碾碎，同时具有较好的防斜性能。②采用合理的钻进参数，采用合理的钻进参数不仅能保持钻进的高效率，而且能有效地减少钻孔偏斜。钻进中要精心操作，根据进尺速度参考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。③使用性能适宜的泥浆，采用优质的化学泥浆作冲洗液，以携带岩粉、冷却钻头和保护孔壁。泥浆的主要成分是膨润土，添加剂主要為纯碱、火碱和水解聚丙烯晴铵盐等。泥浆粘度过低，护壁效果差，易造成砂砾层坍塌；且会因大颗粒岩粉长时间携带不上来，在孔底累积而造成孔斜和孔内事故。泥浆粘度过高、泥浆失水量过大时，不但会明显影响钻进效率，而且会加剧膨胀粘土层（泥岩）段的钻孔缩径现象，造成施工上的困难。
4.4防偏与纠偏
施工过程中以防偏为主，纠偏为辅。在防偏方面，除了采用合理的钻具组合外，首先力求开直孔；第二，采用合理的钻进技术参数，特别注意变层时的操作；第三，使用性能适宜的泥浆；第四，使用高硬度的三牙轮钢齿钻头和镶齿钻头。在钻孔测斜过程中，一旦发现孔斜有超限的趋势就应立即进行纠偏。常采用的纠偏方法有垫钻塔纠偏和螺杆钻纠偏两种。
4.5终孔测斜
测斜前，首先校准孔位，经复测，在孔位满足设计要求后，才进行终孔测斜工作。测斜原始方位均以井筒中心与钻孔的连线为基准，采用经纬仪定向。我们施工的所有钻孔终孔测斜后，冻结单位对我们施工的每个钻孔都进行了复测。终孔测斜成果资料真实客观，保证了钻孔的施工质量。
4.6终孔下管
冻结管下放是冻结孔施工的最后一道工序。为保证冻结管安全、顺利、快速地下放到设计深度，应做好以下工作：①为保证冻结管能下放到设计深度，钻孔终孔深度均比设计深度深0.5m左右。②为保证孔深的正确无误，终孔后都进行了钻具丈量。③为减少孔底岩粉的沉淀量，确保冻结管下放到设计孔深，下管前冲孔时间都不少于半小时。④为防止泥浆吸卡冻结管，保证下管的安全，下管前将泥浆调稀，其粘度不大于20s。⑤钻孔下管前提供下管通知单，内容包括孔号、孔深、测斜深度、偏率、偏值、偏向等。
5 施工体会
施工体会有：①钻孔施工难度大：第四系地层砂砾层、砾石层厚，易坍塌和孔斜；上第三系地层顶部泥岩膨胀性强、钻孔极易缩径造成提钻困难和孔内事故；基岩地层岩石倾角大，硬度高，很容易造成孔斜。在纠偏时选用了性能较好的化学泥浆，这大大加大了施工成本。围绕提高钻进效率，做了很多的尝试，试验了多种钻头和大量的钻进参数比较，也积累了较多的数据，后购买使用了高强度镶齿牙轮钻头，取得了较好效果。②采用新的钻进工艺与传统的施工工艺相结合；采用科学合理的钻孔护壁工艺和合理的劳动组织；采用有效的防偏、纠偏措施，并掌握钻孔偏斜规律，合理选择钻进参数，配合有效的定向纠偏技术手段，是保证钻孔质量、加快施工进度的有效途径。
6 结论
花草滩煤矿副井冻结造孔工程，经全体施工人员的共同努力，安全、优质、高效地完成了冻结造孔施工任务，冻结孔各项技术指标均满足设计和《规范》要求，对今后在该地区冻结孔造孔的施工由一定的借鉴意义。
参考文献
[1] GBJ50511-2010.煤矿井巷工程施工规范[S]
[2] 吴康宁.周油坊铁矿1#措施井快速冻结施工分析与研究[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2010，30（2）：13-16.
[3] AQ2004-2005.地质勘探安全规程[S]
[4] 吴康宁.钱营孜煤矿西风井冻结施工技术[J].建井技术，2012，33（5）：7-9，6.
[5] GB50213-2010.煤矿井巷工程质量验收规范[S]
关键词：冻结造孔；测斜；纠偏；技术
中图分类号：TF549+.3
1 工程概况
花草滩煤矿副井位于甘肃省张掖市山丹县城东南42公里处的老军乡，海拔2050米左右，南距312国道、连霍高速公路5公里，北临兰新铁路尖山站17公里，矿区交通、通讯便利。矿井年设计生产能力90万吨，井筒采用立井开拓，冻结法施工，是目前国内西部穿过砾石层最深的矿井。
副井冻结造孔工程于2011年8月29日开钻施工，至2011年11月 7日工程施工结束，历时70天。副井共完成各类钻孔41个，总工程量18110m。
2 地质简况
本工程冻结段钻孔穿过和揭露的地层自上而下分别为：第四系、上第三系、石炭系和寒武系，其第四系（Q）厚109.75m，不整合于上第三系之上，为河湖相冲积洪积地层，主要由砾石、砂砾石组成，夹中厚层的黄土层。砾石、砂砾石层总厚99.44m，占该段地层厚度的90.6%。上第三系（N）厚275.55m，不整合于下伏基岩之上，为河湖相冲积洪积地层，主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩、砾岩组成。泥岩、砂质泥岩、粉砂岩土黄色，厚～巨厚层，半固结，硬度不高，含砂不均一，其粘性、膨胀性均较强。，钻进过该层段后，经常因孔壁膨胀缩径而造成提钻困难，绝大多数孔内事故就发生在该层段。砂岩、砂砾岩、砾岩共4层，总厚101.81m，占该段地层的36.9%。
3 施工技术方案
3.1 冻结孔布置及工程量
根据《张掖市宏能煤业有限公司花草滩煤矿副井冻结工程施工组织设计》，副井采用冻结孔插花布置的冻结方式。副井共布孔41个，其中冻结孔36个，测温孔3个，水文孔2个，设计各类钻孔总工程量18110m。
3.2钻孔结构
根据冻结管、测温管及水文管规格，同时考虑到上部多砾石层，施工难度大，为保证冻结管、测温管、水文管的顺利下放以及施工效率，确定钻孔孔径：整个冻结段均为Φ190mm。钻孔偏斜应满足以下几个方面：①径向内偏值：0～280m≤0.45m，280～460m≤0.6m。②按靶域控制：0～280m≤0.65m，280～460m≤0.8m。③最大相邻孔间距：≤2.9m。
4 冻结孔施工
4.1施工设备
施工用的主要设备有：①采用22m四角钻塔（配铁底盘）6套。②采用TSJ-2000A型钻机5台。③采用 TBW-850/5型泥浆泵6台。④采用Φ89mm钻杆和Φ165mm钻铤。⑤采用Φ190mm复合片钻头、Φ190mm三牙轮钢齿钻头及镶齿钻头。
4.2测斜、定向仪器
采用煤炭科学研究总院北京建井研究所生产的JDT-5A型陀螺测斜仪和TDJ6E型经纬仪为测斜仪器；采用煤炭科学研究总院北京建井研究所生产的JDT-6A型陀螺测斜定向仪和TDJ6E型经纬仪为定向仪器。
4.3正常钻进
在正常钻进过程中一要防止孔斜，二要提高钻进效率。要实现这两个目的，主要的技术工作有： ①正确选用钻头，钻进过程中在表土段（第四系、上第三系）应选用三牙轮钢齿钻头。由于表土段未成岩，地层松软，选用的三牙轮钢齿钻头齿长，而且耐磨性能较好，不仅钻进速度快，而且提钻次数少，综合效率高。该钻头与刮刀钻头相比具有较好的防斜性能。在基岩段应选用三牙轮镶齿钻头。基岩段地层坚硬，如选用三牙轮钢齿钻头钻进，钢齿很快被磨平，不但效率低下，而且成本高。用三牙轮镶齿钻头，其球齿坚硬，而且耐磨性能较好，它能将孔底和孔壁上的基岩切碾碎，同时具有较好的防斜性能。②采用合理的钻进参数，采用合理的钻进参数不仅能保持钻进的高效率，而且能有效地减少钻孔偏斜。钻进中要精心操作，根据进尺速度参考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。③使用性能适宜的泥浆，采用优质的化学泥浆作冲洗液，以携带岩粉、冷却钻头和保护孔壁。泥浆的主要成分是膨润土，添加剂主要為纯碱、火碱和水解聚丙烯晴铵盐等。泥浆粘度过低，护壁效果差，易造成砂砾层坍塌；且会因大颗粒岩粉长时间携带不上来，在孔底累积而造成孔斜和孔内事故。泥浆粘度过高、泥浆失水量过大时，不但会明显影响钻进效率，而且会加剧膨胀粘土层（泥岩）段的钻孔缩径现象，造成施工上的困难。
4.4防偏与纠偏
施工过程中以防偏为主，纠偏为辅。在防偏方面，除了采用合理的钻具组合外，首先力求开直孔；第二，采用合理的钻进技术参数，特别注意变层时的操作；第三，使用性能适宜的泥浆；第四，使用高硬度的三牙轮钢齿钻头和镶齿钻头。在钻孔测斜过程中，一旦发现孔斜有超限的趋势就应立即进行纠偏。常采用的纠偏方法有垫钻塔纠偏和螺杆钻纠偏两种。
4.5终孔测斜
测斜前，首先校准孔位，经复测，在孔位满足设计要求后，才进行终孔测斜工作。测斜原始方位均以井筒中心与钻孔的连线为基准，采用经纬仪定向。我们施工的所有钻孔终孔测斜后，冻结单位对我们施工的每个钻孔都进行了复测。终孔测斜成果资料真实客观，保证了钻孔的施工质量。
4.6终孔下管
冻结管下放是冻结孔施工的最后一道工序。为保证冻结管安全、顺利、快速地下放到设计深度，应做好以下工作：①为保证冻结管能下放到设计深度，钻孔终孔深度均比设计深度深0.5m左右。②为保证孔深的正确无误，终孔后都进行了钻具丈量。③为减少孔底岩粉的沉淀量，确保冻结管下放到设计孔深，下管前冲孔时间都不少于半小时。④为防止泥浆吸卡冻结管，保证下管的安全，下管前将泥浆调稀，其粘度不大于20s。⑤钻孔下管前提供下管通知单，内容包括孔号、孔深、测斜深度、偏率、偏值、偏向等。
5 施工体会
施工体会有：①钻孔施工难度大：第四系地层砂砾层、砾石层厚，易坍塌和孔斜；上第三系地层顶部泥岩膨胀性强、钻孔极易缩径造成提钻困难和孔内事故；基岩地层岩石倾角大，硬度高，很容易造成孔斜。在纠偏时选用了性能较好的化学泥浆，这大大加大了施工成本。围绕提高钻进效率，做了很多的尝试，试验了多种钻头和大量的钻进参数比较，也积累了较多的数据，后购买使用了高强度镶齿牙轮钻头，取得了较好效果。②采用新的钻进工艺与传统的施工工艺相结合；采用科学合理的钻孔护壁工艺和合理的劳动组织；采用有效的防偏、纠偏措施，并掌握钻孔偏斜规律，合理选择钻进参数，配合有效的定向纠偏技术手段，是保证钻孔质量、加快施工进度的有效途径。
6 结论
花草滩煤矿副井冻结造孔工程，经全体施工人员的共同努力，安全、优质、高效地完成了冻结造孔施工任务，冻结孔各项技术指标均满足设计和《规范》要求，对今后在该地区冻结孔造孔的施工由一定的借鉴意义。
参考文献
[1] GBJ50511-2010.煤矿井巷工程施工规范[S]
[2] 吴康宁.周油坊铁矿1#措施井快速冻结施工分析与研究[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2010，30（2）：13-16.
[3] AQ2004-2005.地质勘探安全规程[S]
[4] 吴康宁.钱营孜煤矿西风井冻结施工技术[J].建井技术，2012，33（5）：7-9，6.
[5] GB50213-2010.煤矿井巷工程质量验收规范[S]