地面大直徑應(yīng)急救援鉆孔成孔工藝設(shè)計(jì)

摘要：文章針對(duì)某礦區(qū)采空區(qū)域持續(xù)性坍塌、過溶洞含水層、過易斜地層等地質(zhì)條件，探討了大直徑應(yīng)急救援鉆孔成孔工藝在防范地層坍塌、工作管變形中的應(yīng)用作用。

關(guān)鍵詞：地面大直徑;應(yīng)急救援鉆孔成孔;工藝

地面大直徑救生孔是在礦井出現(xiàn)重大災(zāi)難事故，導(dǎo)致礦井井筒、大巷內(nèi)部出現(xiàn)災(zāi)難性破壞，難以繼續(xù)打通而不得不采取的應(yīng)急救援措施。地面大直徑救生孔是開辟礦工再生通道的重要措施。為了能夠保證這項(xiàng)措施的有效性，需要地面大直徑救生孔的通道足夠大，在使用的時(shí)候要能夠直接到達(dá)井下礦工所在的巷口。因此決定了地面大直徑救生孔和一般性的大直徑鉆孔相比要額外使用更加特殊的施工工藝和施工技術(shù)。

一、某礦產(chǎn)工程事故情況概述

文章所研究地區(qū)位于蒙山西南部，區(qū)域范圍內(nèi)的地貌類型是十分多樣的，具有鮮明的山區(qū)特點(diǎn)。該礦區(qū)是一個(gè)狹長的斷陷盆地，盆地內(nèi)部擁有豐富的石膏礦山，埋藏比較淺，出現(xiàn)塌陷事故的玉榮石膏礦處于平邑縣下轄保太鎮(zhèn)萬莊村南，距離縣城的距離是10km。大直徑救生孔所在的位置是原始地層60度到70度的基本走向上，傾斜角為25度，淺表在0m到1m的位置上存在松散的表層土，在1m到130m的位置上是灰色的巖層，在130m到200m的位置上是紅色砂泥巖，在200m到220m的位置上是石膏層。灰色巖層呈現(xiàn)出薄狀，之間的灰?guī)r會(huì)發(fā)育溶洞，并伴隨出現(xiàn)大量的砂沖填物和松散的泥沙。在距離地表24m深度上存在2m的溶洞，距離地表46.5m到48m為水泥、黃泥的充填物?；?guī)r含水層蘊(yùn)含了數(shù)萬立方米的灰?guī)r水體，在130m以下的地層是紅色砂巖，遇到水之后很容易土崩瓦解。文章所研究地區(qū)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件是十分復(fù)雜的，從區(qū)域構(gòu)造角度來看，灰?guī)r層是由古老灰?guī)r推送到紅層上形成的。經(jīng)過初步判斷了解到灰?guī)r地段地層剪切程度、變形程度會(huì)超過下部泥巖段地層，呈現(xiàn)出非均衡的變形?！?】

二、大直徑救生孔技術(shù)方法

（一）施工技術(shù)方案

大直徑救生孔施工方案的實(shí)施深受礦區(qū)條件的限制，在具體實(shí)施操作的時(shí)候鉆孔施工需要經(jīng)過持續(xù)塌陷的不穩(wěn)定地層、多層溶洞發(fā)育起來的灰?guī)r含水層，并在這個(gè)過程中還需要克服鉆孔偏斜?；谝陨系囊?，在施工的時(shí)候需要設(shè)計(jì)出多層工作套，借助多層工作套封閉灰?guī)r含水層和塌陷地層，并采取有效的措施預(yù)防孔斜。在施工期間，大直徑救生鉆孔施工技術(shù)方案的實(shí)施要能夠滿足大直徑救生孔特殊工藝、技術(shù)的使用要求，在實(shí)施操作的時(shí)候不能夠使用水泥砂漿來完成鉆進(jìn)操作，目的是不對(duì)井下礦工帶來二次傷害。

（二）施工裝備

在施工過程中所使用到的裝備包含德國RB-T90大孔徑救生鉆機(jī)和美國雪姆T200XD大孔徑救生鉆機(jī)，美國壽力雙工況900XHH/1150XH空壓機(jī)，美國阿特拉斯增壓機(jī)，中國219mm雙壁鉆桿。

（三）施工人員管理

為了能夠確保大直徑救生孔順利施工，在施工現(xiàn)場需要打造出一個(gè)專業(yè)的大直徑鉆孔救援團(tuán)隊(duì)，安排一線員工來參與施工，每個(gè)班組至少需要配備一名高級(jí)工程師，一名地質(zhì)水文工程師和正班長、副班長。在人員到位之后成立專門的現(xiàn)場技術(shù)專家小組，小組成員由地質(zhì)、水文、鉆探、機(jī)械制造等專家構(gòu)成，在小組成員的密切配合下能夠隨時(shí)隨地的處理鉆孔施工中的技術(shù)問題。除了必要的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在施工現(xiàn)場還需要成立專門的后勤保障小組，由后勤保障小組負(fù)責(zé)各個(gè)材料的供應(yīng)管理，并為作業(yè)人員提供必要的后勤保障支持。【2】

三、礦山事故救援鉆孔技術(shù)

（一）解決松散層問題的技術(shù)方法

在文章所研究的礦山事故搶險(xiǎn)救援工作中，救援現(xiàn)場的地表擁有5m左右的黃土泥砂層和3m左右的基巖分化層。一開施工的時(shí)候，受上部地層松散的影響，礦產(chǎn)開采不順利就很容易誘發(fā)一系列的塌陷問題，加劇了泥漿鉆井的滲漏，成孔操作困難。針對(duì)地層的不穩(wěn)定，對(duì)地層地質(zhì)條件下的鉆孔設(shè)計(jì)做出了變更。一方面，加大開孔直徑，開孔直徑需要保持在1250mm左右，深度不低于8m，安裝直徑1200mm護(hù)壁管，進(jìn)而保證終孔口徑。另一方面，開孔首次使用旋挖鉆機(jī)，有效保障松散層大孔徑的成孔率和施工效率，為后續(xù)的施工贏得時(shí)間。

（二）空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)

空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在實(shí)施的時(shí)候會(huì)以空氣作為重要的循環(huán)介質(zhì)，借助雙壁鉆桿環(huán)狀間隙來將高壓空氣輸送到孔底，同時(shí)驅(qū)動(dòng)孔底的鉆頭去沖擊碎巖。在操作中所使用的壓縮空氣既可以作為洗井的循環(huán)介質(zhì)，也可以作為破巖動(dòng)力來源，其利用驅(qū)動(dòng)孔底鉆頭氣體來攜帶巖石細(xì)屑，在經(jīng)過雙壁鉆桿的管路之后會(huì)重新返回到地表，最終完成鉆進(jìn)。【3】

（三）氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝

在空氣反循環(huán)鉆井工藝的支持下，鉆井的速度得到提升，每小時(shí)鉆井達(dá)到了4m。但是受地層不穩(wěn)定的影響，在鉆孔鉆進(jìn)達(dá)到174m的時(shí)候，礦井會(huì)出現(xiàn)大面積的塌陷，在鉆孔160m 的位置上會(huì)出現(xiàn)縫隙的坍塌。對(duì)于這個(gè)問題可以選擇使用氣舉反循環(huán)工藝技術(shù)來予以處理。從實(shí)際應(yīng)用操作上來看，氣舉反循環(huán)技術(shù)會(huì)將壓縮空氣沿著輸氣管線進(jìn)入到具備一定深度的鉆孔中，經(jīng)過混合器之后會(huì)進(jìn)入到排渣管的內(nèi)部和循環(huán)液混合在一起。井筒和管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)壓力差，在井筒液體壓力大作用下管內(nèi)的混合氣體、液體會(huì)以較快的速度向上流動(dòng)，這個(gè)時(shí)候會(huì)將孔底內(nèi)部的巖屑帶出地表，經(jīng)過沉淀后為井筒內(nèi)外部液體的壓差維護(hù)提供支持。

結(jié)束語

綜上所述，在大直徑救生鉆孔施工操作中，711mm潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)、空氣反循環(huán)技術(shù)是成孔的關(guān)鍵技術(shù)形式。在施工中采用分級(jí)分套的管護(hù)壁是確保大直徑救生鉆孔施工過程中坍塌、封閉灰?guī)r水的重要技術(shù)保障。在具體實(shí)施操作的時(shí)候通過擴(kuò)大鉆孔裸徑，并在工作套四周使用高標(biāo)號(hào)、高密度的水泥砂漿，能夠達(dá)到強(qiáng)化固管的和增加工作套管厚度的作用，最終會(huì)有效提升工作管遭受坍塌移動(dòng)時(shí)地層的擠壓變形能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝世俊， 莫海濤. 地面大直徑應(yīng)急救援鉆孔成孔工藝設(shè)計(jì)與分析[J]. 煤田地質(zhì)與勘探， 2021， 49（1）：8.

[2] 劉慶修. 大直徑深孔載人救援提升裝備關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 煤炭科學(xué)研究總院.

作者簡介：張曉華（1988—08）男、漢族、河北省、張家口市、北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司、工程師、鉆探工程/礦山事故鉆孔救援。