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摘 要:本文主要介绍超深冻结深度、深厚表土层、强风化带冻结钻孔施工方案设计及施工技术。
关键词:布孔方案设计 测斜纠偏 焊接打压 泥浆管理
中图分类号:U2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0058-01
1 工程概况
杨村煤矿设计生产能力5.0MT/a,采用立井开拓方式,在工业场地内布置主、副、风三个井筒,均采用冻结法施工。副井井筒净直径为Ф7.5m,冻结深度为725m,表土层埋深为536.65m,强风化带埋深为674.95m,弱风化带埋深为703.55m。第四系松散层以砂质粘土、砂层为主其中土层累计厚度183.37m占34%,砂层累计厚度353.28m占66%。
2 水文地质
新生界松散层主要有4层含水层和3层隔水层组成。
第一含水层32.70m,第一隔水层32.80m～59.10m;
第二含水层59.10～85.30m,第二隔水层85.30～96.85m;
第三含水层96.85m～320m,第三隔水层320.00m～445.35m;
第四含水层底界埋深445.35～536.65m。
下第三系砂砾岩含水层厚度为133.9m,二叠系基岩强风化带厚4.4m,弱风化带厚28.60m。
3 设计方案
3.1 钻孔布置
杨村煤矿副井设计采用三圈孔加防片帮孔冻结。
各圈孔冻结深度确定如下:
(1)防片帮孔10/10个:孔深为210/420m,差异、插花冻结方式。
(2)内圈孔25个:孔深为660m,为加强冻结孔。
(3)中圈孔26/26个:孔深为687/725m,为主冻结孔,差异冻结方式。
(4)外圈孔56个:孔深为681m,为加强冻结孔。
(5)布置测温孔5个,水文孔4个。
(6)布置热循环孔32个,为防止冻结影响井架基础质量,在四个井架基础方向设计4组共32个热循环孔,每组分内外两排,内排4个孔距相对应的中圈孔距离为1.8m,外排4个孔,中间两孔距相应的外圈孔距离为882mm,另两个孔呈不对称分布。
(7)补充取芯孔1个,深度为1011.9m,位置为w29孔孔位,该孔施工后下部进行封闭,上部仍然下入冻结管,作为正常冻结孔使用。
设计各类钻孔总工程量为103351m。
3.2 冻结管结构
(1)防片帮孔:300m以上采用140×6mm无缝钢管,300m以下采用140×7mm无缝钢管,采用内接箍连接方式。
(2)内圈孔、中圈孔:300m以上为159×6mm无缝钢管,300m以下为159×7mm无缝钢管,采用内接箍连接方式。
(3)外圈孔:300m以上采用168×6mm无缝钢管;300m以下采用140×7mm无缝钢管,300m以上外采用外接箍连接,300m以下内接箍连接方式。4个井架基础附近的18个钻孔,300m以上采用108×5mm无缝钢管,40m以上采用保温材料保温,300m以上外采用外接箍连接,300m以下内接箍连接方式。
(4)测温孔、水文孔、隔热孔:测温管采用127×5mm无缝钢管,外接箍连接。
3.3 质量标准和要求
偏斜要求:冻结孔300m以上不大于2‰,300m以下采用靶域控制,表土层靶域不大于1000mm,基岩段不大于1500mm;防片孔内偏不大于400mm,外圈孔内偏不大于800mm。
孔间距要求:防片孔,210m≤4800mm,420m≤6100mm;内圈孔,表土段孔间距≤4200mm,基岩段≤4800mm;中圈孔,表土段孔间距≤3000mm,基岩段≤4100mm/4800mm;外圈孔,表土段孔间距≤3700mm,基岩段≤4200mm。
4 工程施工情况
4.1 基础施工
为保证钻孔垂直度和便于钻机移位,施工了牢固、平整的灰土盘。灰土盘的施工规格及技术要求:a、三七灰土盘直径48m,砼灰土盘直径42m,能满足钻机安装和移位要求。b、在三七灰土盘之上建造厚度0.40m的砼灰土盘,并预留出钻孔位和泥浆循环沟槽。c、砼灰土盘采用C30砼,表面平整、光洁,允许误差小于5mm。
4.2 钻孔结构
a、防片帮孔、内圈孔、中圈孔、测温孔、水文孔孔径根据冻结管规格均钻孔孔径为190mm。
b、外圈孔根据冻结管规格:0～300m孔径为215mm;300以下孔径为190mm。
4.3 孔位
布孔时先将经纬仪支在井心,以正北的井心十字桩为起点,按照计算好的数值顺序拨角,用钢尺量出径向距离和孔间距,对每一圈孔都必须进行闭合。
4.4 孔深
在钻进过程中随时丈量孔深,一般都在钻孔结束前起钻丈量全长,打够深度时测斜提钻下管。为确保冻结管下放深度,下管前按设计要求规格对冻结管逐根进行丈量、检查配管,配好管后通知监理、矿方进行验管,经检验合格后才准许运至钻机进行下放。冻结钻孔施工结束后,冻结方又进行了冻结管下放深度复测,下管深度均符合设计要求。
4.5 偏斜及孔间距
在施工过程中,0～100m采用经纬仪灯光测斜,其特点是比较直观、经济、省时、测量准确。100m以下采用JDT-5型陀螺测斜仪,基本测点间距为60m左右特殊地层加密测斜。
钻孔施工结束后,根据钻孔实际孔位,对各水平冻结孔最大孔间距进行了统计,各水平冻结孔最大孔间距均符合设计及规范要求。
4.6 泥浆管理
本工程采用低固相泥浆作冲洗液,以携带岩粉、冷却钻具和保护孔壁。
泥浆的主要成分是膨润土,添加剂主要有纯碱(添加量为膨润土用量0.5%～1.5%),纤维素(添加量为膨润土用量的0.3%～0.5%),腐植酸甲(添加量为膨润土用量的0.1%～0.3%)。
泥浆的主要性能指标为:粘度18-25S,密度1.15～1.25t/m3,含砂量≤4%,胶体率≥97%。
钻进过程中,用振动筛进行除砂,以保证泥浆密度、粘度、含砂量等指标符合钻进要求。对泥浆的调配使用设专人管理,对相关参数进行专项测试。
4.7 冻结管焊接、打压
冻结管焊接时管材、管箍、焊条材质一致,焊接厚度不低于冻结管壁厚,无砂眼,无裂纹,管端对正,保证同心度,焊接按焊接工艺进行焊接。
施工中每个钻孔下冻结管结束后,都按设计要求进行了打压试漏,全部冻结孔打压试漏结果都符合设计及规范要求。施工后期,对已完工的冻结孔进行了二次打压,所有冻结孔打压均合格。
5 结语
杨村矿副井冻结造孔工程是目前我国冻结造孔深度较深,地层条件极复杂,施工难度较大的特例工程。在施工中,施工方对孔位、孔深、孔斜、下管深度、钻孔打压等方面严格按施工组织设计及规范要求施工,工程质量优良,满足下一步施工要求,为同类工程施工提供了有力借鉴。
关键词:布孔方案设计 测斜纠偏 焊接打压 泥浆管理
中图分类号:U2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0058-01
1 工程概况
杨村煤矿设计生产能力5.0MT/a,采用立井开拓方式,在工业场地内布置主、副、风三个井筒,均采用冻结法施工。副井井筒净直径为Ф7.5m,冻结深度为725m,表土层埋深为536.65m,强风化带埋深为674.95m,弱风化带埋深为703.55m。第四系松散层以砂质粘土、砂层为主其中土层累计厚度183.37m占34%,砂层累计厚度353.28m占66%。
2 水文地质
新生界松散层主要有4层含水层和3层隔水层组成。
第一含水层32.70m,第一隔水层32.80m～59.10m;
第二含水层59.10～85.30m,第二隔水层85.30～96.85m;
第三含水层96.85m～320m,第三隔水层320.00m～445.35m;
第四含水层底界埋深445.35～536.65m。
下第三系砂砾岩含水层厚度为133.9m,二叠系基岩强风化带厚4.4m,弱风化带厚28.60m。
3 设计方案
3.1 钻孔布置
杨村煤矿副井设计采用三圈孔加防片帮孔冻结。
各圈孔冻结深度确定如下:
(1)防片帮孔10/10个:孔深为210/420m,差异、插花冻结方式。
(2)内圈孔25个:孔深为660m,为加强冻结孔。
(3)中圈孔26/26个:孔深为687/725m,为主冻结孔,差异冻结方式。
(4)外圈孔56个:孔深为681m,为加强冻结孔。
(5)布置测温孔5个,水文孔4个。
(6)布置热循环孔32个,为防止冻结影响井架基础质量,在四个井架基础方向设计4组共32个热循环孔,每组分内外两排,内排4个孔距相对应的中圈孔距离为1.8m,外排4个孔,中间两孔距相应的外圈孔距离为882mm,另两个孔呈不对称分布。
(7)补充取芯孔1个,深度为1011.9m,位置为w29孔孔位,该孔施工后下部进行封闭,上部仍然下入冻结管,作为正常冻结孔使用。
设计各类钻孔总工程量为103351m。
3.2 冻结管结构
(1)防片帮孔:300m以上采用140×6mm无缝钢管,300m以下采用140×7mm无缝钢管,采用内接箍连接方式。
(2)内圈孔、中圈孔:300m以上为159×6mm无缝钢管,300m以下为159×7mm无缝钢管,采用内接箍连接方式。
(3)外圈孔:300m以上采用168×6mm无缝钢管;300m以下采用140×7mm无缝钢管,300m以上外采用外接箍连接,300m以下内接箍连接方式。4个井架基础附近的18个钻孔,300m以上采用108×5mm无缝钢管,40m以上采用保温材料保温,300m以上外采用外接箍连接,300m以下内接箍连接方式。
(4)测温孔、水文孔、隔热孔:测温管采用127×5mm无缝钢管,外接箍连接。
3.3 质量标准和要求
偏斜要求:冻结孔300m以上不大于2‰,300m以下采用靶域控制,表土层靶域不大于1000mm,基岩段不大于1500mm;防片孔内偏不大于400mm,外圈孔内偏不大于800mm。
孔间距要求:防片孔,210m≤4800mm,420m≤6100mm;内圈孔,表土段孔间距≤4200mm,基岩段≤4800mm;中圈孔,表土段孔间距≤3000mm,基岩段≤4100mm/4800mm;外圈孔,表土段孔间距≤3700mm,基岩段≤4200mm。
4 工程施工情况
4.1 基础施工
为保证钻孔垂直度和便于钻机移位,施工了牢固、平整的灰土盘。灰土盘的施工规格及技术要求:a、三七灰土盘直径48m,砼灰土盘直径42m,能满足钻机安装和移位要求。b、在三七灰土盘之上建造厚度0.40m的砼灰土盘,并预留出钻孔位和泥浆循环沟槽。c、砼灰土盘采用C30砼,表面平整、光洁,允许误差小于5mm。
4.2 钻孔结构
a、防片帮孔、内圈孔、中圈孔、测温孔、水文孔孔径根据冻结管规格均钻孔孔径为190mm。
b、外圈孔根据冻结管规格:0～300m孔径为215mm;300以下孔径为190mm。
4.3 孔位
布孔时先将经纬仪支在井心,以正北的井心十字桩为起点,按照计算好的数值顺序拨角,用钢尺量出径向距离和孔间距,对每一圈孔都必须进行闭合。
4.4 孔深
在钻进过程中随时丈量孔深,一般都在钻孔结束前起钻丈量全长,打够深度时测斜提钻下管。为确保冻结管下放深度,下管前按设计要求规格对冻结管逐根进行丈量、检查配管,配好管后通知监理、矿方进行验管,经检验合格后才准许运至钻机进行下放。冻结钻孔施工结束后,冻结方又进行了冻结管下放深度复测,下管深度均符合设计要求。
4.5 偏斜及孔间距
在施工过程中,0～100m采用经纬仪灯光测斜,其特点是比较直观、经济、省时、测量准确。100m以下采用JDT-5型陀螺测斜仪,基本测点间距为60m左右特殊地层加密测斜。
钻孔施工结束后,根据钻孔实际孔位,对各水平冻结孔最大孔间距进行了统计,各水平冻结孔最大孔间距均符合设计及规范要求。
4.6 泥浆管理
本工程采用低固相泥浆作冲洗液,以携带岩粉、冷却钻具和保护孔壁。
泥浆的主要成分是膨润土,添加剂主要有纯碱(添加量为膨润土用量0.5%～1.5%),纤维素(添加量为膨润土用量的0.3%～0.5%),腐植酸甲(添加量为膨润土用量的0.1%～0.3%)。
泥浆的主要性能指标为:粘度18-25S,密度1.15～1.25t/m3,含砂量≤4%,胶体率≥97%。
钻进过程中,用振动筛进行除砂,以保证泥浆密度、粘度、含砂量等指标符合钻进要求。对泥浆的调配使用设专人管理,对相关参数进行专项测试。
4.7 冻结管焊接、打压
冻结管焊接时管材、管箍、焊条材质一致,焊接厚度不低于冻结管壁厚,无砂眼,无裂纹,管端对正,保证同心度,焊接按焊接工艺进行焊接。
施工中每个钻孔下冻结管结束后,都按设计要求进行了打压试漏,全部冻结孔打压试漏结果都符合设计及规范要求。施工后期,对已完工的冻结孔进行了二次打压,所有冻结孔打压均合格。
5 结语
杨村矿副井冻结造孔工程是目前我国冻结造孔深度较深,地层条件极复杂,施工难度较大的特例工程。在施工中,施工方对孔位、孔深、孔斜、下管深度、钻孔打压等方面严格按施工组织设计及规范要求施工,工程质量优良,满足下一步施工要求,为同类工程施工提供了有力借鉴。