许疃煤矿基岩标施工技术探讨

许疃煤矿基岩标施工技术探讨

赵希伟

淮北矿业集团许疃煤矿 安徽蒙城 233500

摘要：基岩标是埋设在稳定基岩上的水准点。在覆盖有松散地层的区域内为更准确测定地面沉降量，穿过覆盖层埋设在稳定基岩上的标杆直通地面，经过保护处理作为相对稳定的基岩水准点。许疃煤矿在施工基岩标过程中，全程阶段跟踪测斜保直钻进、标杆安装滑轮扶正器、基岩面以上20m至终孔全程取芯；钻杆烧结固定在粗砂岩层位内等施工措施，对基岩标施工技术具有一定参考作用。

关键字：基岩标；滑轮扶正器；钻杆烧结。

引言：

煤矿长期生产过程中，持续地开发利用地下矿产和疏排地下水等资源均能引起地面高程变化，矿区工业广场地面沉降会造成井筒井壁灾害、危害矿井安全运行。根据多期大范围精密水准测量证实：淮北矿区在长期生产过程中受大面积的持续地表沉降影响，已有多对井筒遭受井壁病害，位于矿区和邻近矿区的地表水准点受到影响扰动而失稳、失真、失效。

基岩标是采用金属标杆穿过松软覆盖层，埋设在坚硬岩石(基岩)上的地面水准观测标志，标杆外设单层或多层保护套管，经过保护处理作为相对稳定的基岩水准点，是矿井能够长期保存利用的较为稳定的永久性基点。

1 基岩标施工背景

许疃矿区第四纪冲洪积层厚达 350m ，属于厚松散层覆盖的矿区之一。近期通过与矿区国家高等级水准点大刘家联测，矿井工业广场已有约300mm的下沉。为了精确测量矿井生产活动造成地面沉降绝对量值和掌握地面沉降的时空发展规律，为研究和防治地面沉降引发的矿井地质灾害和更精准地服务矿井精密测量项目，必须设立长期稳定可靠的高程基准点。

2基岩标施工主要技术要求

2.1基岩标钻孔技术要求：

1、下φ127×6.5mm护壁套管，其底口必须固结在基岩风化带以下的坚硬岩石上，固结深度不得小于1m。套管底口及套管与φ170mm孔孔璧之间的环状间隙，用速凝水泥浆（水灰比1：0.6）全封闭。套管连接处均加缠棉线、涂抹铅油。

2、钻孔中心标杆采用φ50mm厚壁钻杆，其底口（深度390m）烧结在粗砂岩上，（护壁套管和标杆落底深度根据实际施工岩性确定）。

3、标杆上安装有滑轮扶正器，扶正器为黄铜材质，最下面一个扶正器距孔底5m左右，最上面一个扶正器距孔口0.5m，其余每个扶正器的间隔不得大于10m。

4、标杆与护管上口分别焊接有主、副点标志。标志采用黄铜材质，标志及标座结构参见附图。标杆与护管之间灌注蓖麻油或豆油，标杆管内灌注篦油或水泥砂浆。

5、取芯要求：基岩面以上20m开始取芯至终孔。取芯率：新生界地层：粘土大于70%、砂层及砂砾层大于60%，基岩段大于70%。

6、孔斜：最大孔斜天顶角要控制在20′/50m以内，每钻进50m跟踪测斜,终孔后必须进行常规测井，以检查是否满足要求。

7、钻孔封孔止水要求：套管下至设计目的层位并固孔后进行止水质量检查，使之达到钻探规范要求（4小时小于20mm）。

8、简易水文观测：钻进过程中如发现掉钻、耗漏水等异常情况，应严格记录起止深度，漏失量及漏失层位等。

2.2基岩标钻孔结构及孔口装置

一开0～370m（基岩硬盘）孔径为φ170mm，下φ127×6.5mm护壁套管。

二开370～390m孔径为φ91 mm，其中389～390m为烧结深度（详见钻孔结构图），具体烧结层位视岩性情况。

图1 基岩标钻孔结构示意图

3采取的主要施工技术措施

3.1钻探工艺

1、根据地质设计要求，确定取芯段以合金取芯为主要钻进工艺； 覆盖层、岩层采用硬质合金、PDC钻头钻进。烧结钻头为φ73mm。取芯选用Φ91mm取芯钻头；扩孔选用Φ170mm扩孔钻头。

2、以泥浆进行护壁；以优质低固相泥浆作为冲洗液，根据地层情况和工艺需求，合理优选类型和配方，使其性能指标满足施工要求，并保持性能稳定。

3、开孔钻进覆盖层，钻速快，钻粉多，易糊钻；自然造浆率高，泥浆粘度大，钻头所受阻力大。无芯钻进时保持轻压、中速、大泵量。

4、取芯钻进，钻头为复合片式，钻杆内外管间隙、钻头与卡簧座间隙较小，钻进时容易造成堵塞，且钻速快、岩粉多，易埋钻。钻进时应保持中压、中速、较大泵量。

3.2冲洗液与护壁堵漏

1、 冲洗液的选用

根据本矿区煤田钻进的特点，冲洗液应选用优质低固相膨润土，并根据地层情况合理加入相应的泥浆处理剂进行调整。

石炭系冲洗液不漏时采用稀泥浆（17s左右）钻进,漏失时采用清水钻进。

2、冲洗液的循环、净化与管理

冲洗液的循环方式为正循环；冲洗液应经旋流除砂器进行净化，每班要清理循环槽2—3次，清理沉淀池1次，机场设有2m³的泥浆储备，并有专人管理。

3、钻孔护壁与堵漏

钻孔采用泥浆及化学处理剂结合套管进行护壁；钻进中如遇小的漏失，根据实际情况调整冲洗液配方或填加化学处理剂进行防漏；漏失较大，采用用堵漏材料或水泥浆液进行堵漏。

3.3钻孔测斜和纠偏

1、钻孔防斜及其技术措施

设备安装：地梁，要求找平；其上再安装25a工字钢底盘及钻塔。要求天车、立轴、孔口三者中心在同一垂直线上。

优化钻具组合，采用加重钻铤实行孔底提吊减压钻进，以增强钻具的稳定性及钻具刚性，其中加重钻铤不少于80米，预防孔斜。

优化钻进规程参数，由技术熟练的工人操作钻机，钻进过程中轻压慢钻，严禁盲目加压，而追求进尺。

2、钻孔测斜

孔斜测量采用JJX—3D型测斜仪进行，每50m进行一次，准确掌握钻孔弯曲度，做好记录，发现孔斜超标时及时采取措施。

钻孔轨迹严格监控，按规定延伸进行测量，每次测斜成果均与上次反复校核，偏斜过大的钻孔，在施工过程中适当增加测点，适时纠偏，控制钻铤顶角，确保轨迹趋势。

3、钻孔纠偏

钻孔施工前应认真找好“三点一线”，并将钻机垫实，不得颤动。钻孔上部纠偏采用传统的垫、顶、铲、扫、扩等方法，中深部采用井下动力头螺杆钻具纠斜。

3.4基岩面层位判断

1. 收集准确可靠地质资料。

基岩标钻孔布置在矿工业广场内，与新主井检查孔所处的地质条件基本一致，提前预判基岩面位置，为钻孔施工提供了详实的地质参考资料。

2. 认真做好钻探班报表原始记录，详细记录各层位的准确位置和水文观测情况。

3、基岩面以上20m开始取芯至终孔。

取芯层段所有采取的岩芯，应按顺序摆放在岩芯箱内，规范填写岩芯票；并作好岩芯编录及裂隙发育等描述工作，岩芯要保存。根据岩芯资料，施工单位与矿井技术人员联合与新主井地质资料进行比对，准确判定基岩面层位。

3.5关键工序

1. 测井。

按规定进行常规的数字测井。

2、套管安装与下入

（1）丝扣涂抹铅油加盘根线拧紧，丝扣连接，要求周正，拧牢上满扣。

（2）下管前，检查套管质量，套管质量要符合有关规范要求，杜绝不合格的套管下入孔内；准确丈量钻具，校正孔深，配备井管，编号，按顺序下入；有专人对提引系统进行严格检查，发现隐患，及时更换处理。

（3）下管前应先清理井底沉淀物和循序渐进地稀释孔内泥浆，孔底沉淀物不大于0.2m。

（4）在提吊井管时，要稳拉、慢放，下管遇阻不得猛墩。

3. 止水方法与要求

（1）止水方法：套管要求坐在致密完整基岩硬盘中。

（2）止水检查：采用水位差法，管内加满水先检查套管接口漏水情况，符合要求后再下钻具将孔内凝固水泥浆透开，透孔深度过管口0.3～0.5m，提钻后将管内加满水，观测管内水为升降变化，连续四小时管内水位升降≤20mm，即为止水合格。

3.6标杆设置和孔口保护装置

1. 钻杆中心标杆采用Φ50mm厚壁钻杆，其底口（深度390m）烧结在细砂岩上。（护壁套管和标杆落底深度根据实际施工岩性确定）。

本次基岩标施工过程中，采用了钻杆烧结固定方式。钻杆底口必须固结在基岩风化带以下的坚硬岩石上，固结深度不得小于1m。烧结时不带水钻进，利用钻头钻进过程摩擦产生的高温将钻杆与稳定基岩融化固结在一起。烧结后经过15分钟冷凝过程，孔口进行固结拉力试验，保证杆体固定效果，

2. 标杆上安装有滑轮扶正器，扶正器为黄铜材质，最下面一个扶正器距孔底5m左右，最上面一个扶正器距孔口0.5m，其余每个扶正器的间隔不得大于10m。

采用自制滚轮卡环式扶正器，内圆环与钻杆焊接固定。外圆环设置三个滑轮，滑轮通

过轴与外圆环外侧支架连接，保证杆体居中。

图2扶正器与基岩标孔口装置

3、标杆与护管上口分别焊接有主、副点标志。标志采用黄铜材质，标志及标座结构见附图。标杆与护管之间灌注蓖麻油或豆油，标杆管内灌注蓖麻油或水泥浆。

4、孔口保护装置：基岩标建好后，在地面上施工混凝土地坪，在标体的外部固定Φ325mm的圆筒状保护筒，保护筒埋入砼地坪200mm，地坪施工500mm（长）×500mm（宽）×300mm（高）混凝土保护墩。

4结束语

1.许疃煤矿基岩标采用钻杆烧结的固定方式，保证了钻杆杆体与基岩牢固固结在一起，通过拉力试验验证，大大提高了基岩标杆体稳定性，提高了施工效率及固结强度。

2.基岩标杆体全程加装扶正器。扶正器结构简单，合理，扶正器焊接固定在杆体上，支撑强度高；扶正器具有较好的灵活性，能实现杆体铅直，扶正效果较好。