專利名稱：礦山豎井井筒一鉆成井鉆井法鑿井工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦山井巷施工中，采用鉆井法鑿井的施工工藝，具體的說是一種用于 礦山豎井井筒一鉆成井鉆井法鑿井工藝。
背景技術(shù)：
鉆井法鑿井是一種全機(jī)械化綜合鑿井工藝，工作人員在地面工作，實(shí)現(xiàn)打井不下 井。施工工藝包括①地層巖土破碎、攜帶、輸送和分離；②逐級擴(kuò)井；③井幫臨時(shí)支護(hù)；④永 久支護(hù)包括井壁制做、懸浮下沉、壁后充填、注漿等。利用在地面布置的大直徑鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤驅(qū) 動鉆桿，鉆桿帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，鉆頭上的滾刀實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，對地層產(chǎn)生沖擊、擠壓、刮削綜 合作用，實(shí)地層破碎；當(dāng)鉆孔達(dá)到深度后，再經(jīng)過多次擴(kuò)井鉆進(jìn)并修正井偏及井斜，達(dá)到設(shè) 計(jì)直徑時(shí)再將地面上預(yù)制好的鋼筋混凝土井壁或鋼板混凝土復(fù)合井壁，用鋼法蘭盤逐節(jié)連 接，在充滿泥漿的井孔中，懸浮下沉至井底作永久支護(hù)。最后在井壁外圍用水泥漿或其它材 料，根據(jù)地層條件分段進(jìn)行置換泥漿的充填固井?，F(xiàn)有的鉆井法鑿井工藝由于包含多次擴(kuò) 孔鉆進(jìn)環(huán)節(jié)，多次擴(kuò)孔雖然可以相對有效的利用鉆機(jī)能力，但也存在許多問題需要多個(gè)擴(kuò) 孔鉆頭，設(shè)備占用量大，工程成本高；輔助工作時(shí)間長、工效低，成井速度慢，不能滿足快速 建井需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低施工成本，減少鉆進(jìn)時(shí)間，加快成井速度，本發(fā)明提供一種礦山豎井井筒 “一鉆成井”鉆井法鑿井工藝。該工藝采用一次超前孔鉆進(jìn)的方法，大大提高鉆井法鑿井的 成井速度，安全、可靠、施工成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案是1、一種礦山豎井井筒一鉆成井鉆井法鑿井工藝，主要包括 下列步驟①井筒鉆進(jìn)、②井壁預(yù)制、③下沉井壁④壁后充填。①井筒鉆進(jìn)鉆孔采用一次超前孔終孔成井的形式；鉆機(jī)采用洛陽礦山機(jī)械設(shè)計(jì) 研究院和中煤特殊鑿井公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的型號為AD130-1000型鉆機(jī)，滾刀或刮刀按地 質(zhì)條件可以選擇球齒滾刀或者楔齒滾刀；由動力頭驅(qū)動主動鉆桿和普通鉆桿，帶動鉆頭旋 轉(zhuǎn)；鉆頭上裝有球齒滾刀或者楔齒滾刀，在一定壓力下旋轉(zhuǎn)破巖，使巖石破碎為巖屑，然后 通過鉆桿中的風(fēng)管送入壓縮空氣，用壓氣升液法將含有巖屑的泥漿高速排至地面，含巖屑 的泥漿經(jīng)過地面沉淀凈化處理后返回井中；期間鉆機(jī)轉(zhuǎn)速為0-18r/min，鉆頭壓力小于鉆 頭在泥漿中重量的60%，在各地層交接帶和風(fēng)化帶鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓在原有的基礎(chǔ)上再適當(dāng)減 小 5-10T。為監(jiān)控鉆孔的垂直度，當(dāng)鉆進(jìn)到一定深度或鉆孔結(jié)束時(shí)，采用超聲波測井儀，對鉆 孔進(jìn)行測斜，符合標(biāo)準(zhǔn)后可繼續(xù)施工，否則，采用糾偏處理；②井壁預(yù)制鉆進(jìn)的同時(shí)，在地面上預(yù)制井壁，井壁為鋼筋混凝土井壁或鋼板復(fù)合 井壁，在地面上經(jīng)抄平后的基礎(chǔ)上逐節(jié)制作；
③下沉井壁利用泥漿對井壁的浮力然后向井內(nèi)加配重水，使井壁緩緩下沉，并控 制其在泥漿中的懸浮高度，而井壁接長時(shí)經(jīng)找正后，進(jìn)行焊接，井壁下沉到底后進(jìn)行扶正， 合格后將上口固定；④壁后充填是向井壁與巖幫之間的環(huán)形空間充填注漿，由下而上分若干段高進(jìn) 行，采用水泥漿和碎石交替充填，第一充填段采用充填水泥漿液，碎石充填由井口均勻地填 入，然后固結(jié)成井。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在由于采用上述工藝，將鉆孔及分級擴(kuò)孔改為一次鉆孔成井，原來多次擴(kuò)孔成井速度25 30m/月，改后成井速度可達(dá)30 40m/月，成井速 度提高20 %左右；由于縮短了鉆井時(shí)間，泥漿排放量減少約20 %，減少大量泥漿存放場地 面積，降低對環(huán)境的污染；由于采用了大功率鉆機(jī)和特殊的鉆具及合理的技術(shù)參數(shù)，使鉆井 終孔的有效斷面滿足井壁懸浮下沉的安裝要求，成井偏斜率小于0. 04%。


圖1為超前孔示意圖；圖2為鉆孔施工的示意圖。圖中1-主油缸，2-鉆架，3-滑架，4-動力頭，5-液壓、電氣系統(tǒng)，6-鉆機(jī)平臺，7-封 口平車，8-鉆桿，9-鉆頭，11-排漿槽，13-排漿管，15-地面泥漿池，16-泥漿溝槽，17-泥漿， 18-井孔，19-鎖口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明由圖1至圖2所示，該礦山豎井井筒一鉆成井鉆井法鑿井工藝，主要包括下列步 驟①井筒鉆進(jìn)、②井壁預(yù)制、③下沉井壁④壁后充填；首先①井筒鉆進(jìn)鉆孔采用一次超前孔終孔成井的形式，如圖1所示，圖中2為鉆 架，17為泥漿，9為超前孔終孔鉆頭；鉆孔采用動力頭式液壓缸提升的立井鉆井機(jī)，由洛陽 礦山機(jī)械設(shè)計(jì)研究院和中煤特殊鑿井公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造，型號為AD130-1000型鉆機(jī)；鉆具 根據(jù)地質(zhì)條件可以選擇球齒滾刀或者楔齒滾刀，表土層一般用楔齒滾刀，基巖段一般用球 齒滾刀；鉆進(jìn)如附圖2所示，鉆機(jī)平臺6安裝在地面鎖口 19上，鎖口 19的內(nèi)止口處安裝封 口平車7，鉆機(jī)平臺6裝有液壓、電氣系統(tǒng)5 ；過程如下主油缸1通過鉆架2導(dǎo)向，推動動力 頭4沿滑架3下移，下移的過程中驅(qū)動普通鉆桿和主動鉆桿8，帶動鉆頭9旋轉(zhuǎn)，鉆頭9上裝 有球齒滾刀或者楔齒滾刀，在一定壓力下旋轉(zhuǎn)破巖，使巖石破碎為巖屑的同時(shí)形成井孔18， 然后通過鉆桿8中的風(fēng)管送入壓縮空氣，用壓氣升液將含有巖屑的泥漿17通過鉆桿8和排 漿管13經(jīng)排漿槽11高速排至地面泥漿池15，含巖屑的泥漿經(jīng)過地面沉淀凈化處理后通過 泥漿溝槽16返回井中。期間技術(shù)參數(shù)為鉆機(jī)扭矩600kNm，動力頭轉(zhuǎn)速0-18r/min ；鉆頭壓 力小于鉆頭在泥漿中重量的60%，在各地層交接帶和風(fēng)化帶鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓在原有的基礎(chǔ)上 再適當(dāng)減小5-10T。為監(jiān)控鉆孔的垂直度，當(dāng)鉆進(jìn)到一定深度或鉆孔結(jié)束時(shí)，采用超聲波測井儀，對鉆 孔進(jìn)行測斜，符合標(biāo)準(zhǔn)后可繼續(xù)施工，否則，采用糾偏處理；
②井壁預(yù)制鉆進(jìn)的同時(shí)，在地面上預(yù)制井壁，井壁為鋼筋混凝土井壁和鋼板復(fù)合 井壁，在地面上經(jīng)抄平后的基礎(chǔ)上逐節(jié)制作；③下沉井壁是利用泥漿對井壁的浮力然后向井內(nèi)加配重水，使井壁緩緩下沉，并 控制其在泥漿中的懸浮高度，而井壁接長時(shí)經(jīng)找正后進(jìn)行焊接，找正方法一般采用的是在 井壁中心拴米字線，然后拴垂線與米字線中心點(diǎn)對中；井壁下沉到底后進(jìn)行扶正，井筒的扶 正，一般采用兩個(gè)20-30T千斤頂頂正，注意需要保證千斤頂?shù)耐叫?，合格后將上口固定；④壁后充填是向井壁與巖幫之間的環(huán)形空間充填注漿，由下而上分若干段高進(jìn) 行，采用水泥漿和碎石交替充填，第一充填段采用內(nèi)管注漿法，充填水泥漿液，既在井筒內(nèi) 布置了 5條內(nèi)注漿管路，其中4條用于第一段高的充填，剩下一條用于壁后檢查二次補(bǔ)注 漿；碎石充填由井口均勻地填入，然后固結(jié)成井。實(shí)施礦山豎井井筒“一擴(kuò)成井”鉆井法鑿井工藝時(shí)，主要工藝技術(shù)要求如下(1)井筒偏斜的控制鉆頭在鉆進(jìn)前均保證其自由狀態(tài)下對準(zhǔn)鉆孔中心，其偏差 控制在5mm以內(nèi)；各級鉆孔所使用的鉆壓均小于鉆頭在泥漿中重量的60% ；在各地層交接 帶和風(fēng)化帶鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓在原有的基礎(chǔ)上再適當(dāng)減小5-10T ；采用SKD-I型超聲波測井儀， 對各級鉆孔的垂直度和井徑進(jìn)行及時(shí)的測量，以便及時(shí)采取糾偏措施，一般是要提鉆進(jìn)行 掃孔，直到偏斜率和井徑達(dá)到要求。(2)井幫的穩(wěn)定嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，鉆壓小于鉆頭在泥漿中重量的60%，超前孔 一般轉(zhuǎn)速5r/min，扭矩為鉆機(jī)最大扭矩的40%~60%,擴(kuò)孔一般3r/min，扭矩為鉆機(jī)最大能 力的80%，并綜合考慮泥漿性能參數(shù)，①抑制造漿采用高分子聚合物化學(xué)藥劑，利用其特 殊結(jié)構(gòu)優(yōu)先占據(jù)巖屑表面的可吸附區(qū)域，在其表面形成保護(hù)層，有效地阻止與泥漿中自由 水的接觸，抑制泥漿水對鉆屑的水化，使破碎的巖屑基本保持原樣，從而抑制土塊在鉆進(jìn)中 的完全造漿。②降低含砂率利用沉淀池靠重力作用沉降粒徑較大的巖屑；再用旋流器排 出較小巖屑；進(jìn)而用三聚磷酸鈉絮凝沉降較細(xì)小巖屑及粉砂。③降低失水量若泥漿粘度 超過24s，先加水稀釋至24s以下(失水量可能會升高，但泥皮已形成，不會造成太大危害) 再加CMC，把失水量降下來。④泥漿參數(shù)控制原則以控制失水量、放寬密度值為手段，以形 成孔壁內(nèi)側(cè)液柱壓力大于孔壁外側(cè)的液柱壓力，保證井幫穩(wěn)定。(3)泥包鉆頭的處理采取各種幾種措施，如降低泥漿黏度，控制失水量，嚴(yán)格控 制鉆進(jìn)參數(shù)，開設(shè)側(cè)吸收口，加大泥漿吸收量。該工藝由于采用一次超前孔成井的工藝，成井速度提高20%左右；泥漿排放量減 少約20%，降低對環(huán)境的污染；由于采用了大功率鉆機(jī)和特殊的鉆具及合理的技術(shù)參數(shù)， 使成井偏斜率小于0.04%。該工藝不但應(yīng)用煤炭工業(yè)，也可以在其它類似的地下礦山工程 應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種礦山豎井井筒一鉆成井鉆井法鑿井工藝，主要包括下列步驟①井筒鉆進(jìn)、②井壁預(yù)制、③下沉井壁④壁后充填，①井筒鉆進(jìn)鉆孔采用超前孔終孔，鉆機(jī)采用洛陽礦山機(jī)械設(shè)計(jì)研究院和中煤特殊鑿井公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的型號為AD130-1000型鉆機(jī)，滾刀或刮刀按地質(zhì)條件可以選擇球齒滾刀或者楔齒滾刀，由動力頭驅(qū)動主動鉆桿和普通鉆桿，帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)；鉆頭上裝有球齒滾刀或者楔齒滾刀，在一定壓力下旋轉(zhuǎn)破巖，使巖石破碎為巖屑，然后通過鉆桿中的風(fēng)管送入壓縮空氣，用壓氣升液法將含有巖屑的泥漿高速排至地面，含巖屑的泥漿經(jīng)過地面沉淀凈化處理后返回井中；期間鉆機(jī)轉(zhuǎn)速為0-18r/min，鉆頭壓力小于鉆頭在泥漿中重量的60％，在各地層交接帶和風(fēng)化帶鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓在原有的基礎(chǔ)上再適當(dāng)減小5-10T。為監(jiān)控鉆孔的垂直度，當(dāng)鉆進(jìn)到一定深度或鉆孔結(jié)束時(shí)，采用超聲波測井儀，對鉆孔進(jìn)行測斜，符合標(biāo)準(zhǔn)后可繼續(xù)施工，否則，采用糾偏處理；②井壁預(yù)制鉆進(jìn)的同時(shí)，在地面上預(yù)制井壁，井壁為鋼筋混凝土井壁或鋼板復(fù)合井壁，在地面上經(jīng)抄平后的基礎(chǔ)上逐節(jié)制作；③下沉井壁利用泥漿對井壁的浮力然后向井內(nèi)加配重水，使井壁緩緩下沉，并控制其在泥漿中的懸浮高度，而井壁接長時(shí)經(jīng)找正后，進(jìn)行焊接，井壁下沉到底后進(jìn)行扶正，合格后將上口固定；④壁后充填是向井壁與巖幫之間的環(huán)形空間充填注漿，由下而上分若干段高進(jìn)行，采用水泥漿和碎石交替充填，第一充填段采用充填水泥漿液，碎石充填由井口均勻地填入，然后固結(jié)成井。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦山豎井井筒一鉆成井鉆井法鑿井工藝。主要解決現(xiàn)有礦山豎井井筒成井工藝中設(shè)備占用量大，工程成本高，工效低，成井速度慢的問題。主要包括下列步驟①井筒鉆進(jìn)、②井壁預(yù)制、③下沉井壁、④壁后充填；在①井筒鉆進(jìn)中僅采用一次超前孔和一次終擴(kuò)孔的方式成井，該工藝可大大提高鉆井法鑿井的成井速度，將提高20％左右；并且由于只采用一次超前孔鉆進(jìn)，減少了設(shè)備占用量，并使泥漿排放量減少約20％，降低了對環(huán)境的污染；由于采用了大功率鉆機(jī)和特殊的鉆具及合理的技術(shù)參數(shù)，使成井偏斜率小于0.04％。
文檔編號E21D5/04GK101818644SQ20101017217
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者丁明, 劉志強(qiáng), 孫建榮, 廖衛(wèi)勇, 張清, 曹新宇, 李文增, 李英全, 楊道召, 王新, 趙時(shí)運(yùn), 趙立新, 鄭翔鯤, 陳遠(yuǎn)坤, 陶余榮, 馬進(jìn) 申請人:北京中煤礦山工程有限公司;淮北礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司;華煤建設(shè)特殊工程技術(shù)有限公司;中煤特殊鑿井(集團(tuán))有限責(zé)任公司