液动潜孔锤在冻结钻孔施工中的应用

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摘要：本文简述马鞭山铁矿措施井筒一次冻全深的硬岩冻结孔快速钻进施工的一些做法和措施, 并在现场取得了良好的施工效果。目前在国内硬岩冻结孔造孔施工采用液动潜孔锤尚属首次，本次施工也为类似地质条件下钻孔施工提供了参考。

关键词：硬岩；冻结孔；快速钻进；施工；液动潜孔锤

1 概况

马鞭山铁矿措施井设计冻结深度610m，下部岩石硬度达到14，属硬岩地层，我单位 2009年4月进场施工，采用水井2000和冻注钻机施工，进度缓慢，单台钻机日进尺最高仅达41m，后经调研试验，选用新型的YZXCD系列高冲击功液动潜孔锤，取得良好效果。随着岩层冻结工程的增多，冻结钻孔工期和质量直接影响到工期，液动潜孔锤的应用不仅打破了钻孔施工的瓶颈，也为冻结法施工在新市场的成功应用，奠定了扎实的基础。

2 钻进施工工艺

马鞭山铁矿矿区地质条件复杂，岩石硬度大，对冻结钻孔施工十分不利，因冻结深度大，业主对冻结钻孔质量要求高，增加了冻结造孔施工难度。在选取施工工艺各环节都进行了充分考虑，并优化施工设计，保证高质量和快速钻进。

2.1 钻进设备

钻孔设备：YZX146高冲击功液动潜孔锤2台套；

TBW850/50型泥浆泵2台套。

测斜、纠偏设备：冻结钻孔使用先进的JDT-5A型陀螺测斜定向仪测井，该仪器还用于井下动力钻具纠偏时定向。

2.2钻进泥浆

根据井筒地层的变化施工中配制不同性能的泥浆，为提高泥浆质量，采用泥浆添加剂（如纤维素、钾盐等） 和泥浆剂，同时要配套高效的泥浆净化系统，对泥浆系统进行设备化改造。通过多次试验配比，收到了较好的效果，提高潜孔锤的使用寿命。

2.3 钻进施工

2.3.1 钻压的选择

钻进时要确保液动潜孔锤的花键轴与花键套的端面闭合，液动潜孔锤处于工作状态，如果是配套牙轮钻头使用，钻压应该在大于基本工作所需钻压的基础上取牙轮钻头工作钻压的60-80%为佳。经过现场的不断试验确定最佳给进钻压为5吨。

2.3.2 转速的选择

转速的选择以钻头的布齿与冲击频率及冲击功综合考虑为原则。根据配用钻头的情况，直径98-150mm液动潜孔锤用于全面钻进时回转速度25-40rpm；直径165-273mm液动潜孔锤用于全面钻进时回转速度18-30rpm。当转速较高时，对提高钻进效率没有太大意义，反而对钻头的磨损却成倍的增加，所以必须限制回转速度。经过现场的不断试验确定最佳回转转速为40 rpm。

2.3.3 流量和泵压的选择

一般来说在液动潜孔锤内部参数一定的条件下，流量越大泵压越高，液动潜孔锤的冲击功和冲击频率也越高。但是在实际使用中，如果泵压过高超过了钻具的安全使用要求，就会导致孔内事故或者地表设备因负荷过重而经常维修。

施工过程中根据实际情况对泵量的使用范围进行调节，泵压的适用范围为1.0-5.0Mpa。因此，可以通过在适应孔内其他钻进因素的要求的情况下，随着井深的增加，同样的地层钻进所需的冲击功也会增加，所以在进行深部井段的施工中尽量使液动潜孔锤的泵压保持在推荐工作范围的上限。经过现场的不断试验确定最佳泵压压为3.2 Mpa。

3 实现快速钻进的其他途径

为了提高硬岩冻结孔造孔速率，现场选用了新型的YZXCD系列液动潜孔锤取代TSJ-2000钻机施工，取得了良好的效果。冻结孔钻进创该地区多项纪录：单钻机日进尺最高72m，单钻机月进尺最高1450m。实现硬岩钻孔施工高效、优质、快速钻进。现总结以下几点途径。

3.1 合理安排钻孔区域和钻孔开孔顺序

合理安排钻孔区域和钻孔顺序是能否缩短钻进工期的重要因素，钻进后期按钻孔编排钻进更是决定因素，要尽可能达到剩余孔数能够容纳最大钻机台数平行作业，从而缩短钻孔施工工期。

3.2优化钻进施工工艺

根据地质资料和施工现场情况，及时调整泥浆参数、液动潜孔锤的钻压和回转速度，及时收集完成孔资料和进行经验交流，预测周边孔情况。

3.3 充分发挥监理作用

监理前期准备过程中，监理提出许多条宝贵意见，对钻进少走弯路打下良好的基础，监理积极参与分析现场资料，组织召开每周二次工地例会，探讨硬岩冻结造孔经验。

监理工程师全面系统地考虑质量控制，进度控制、投资控制、正确处理好三者的关系，提高钻孔工程建设的综合效益。

4 结论

在复杂的地层条件下, 硬岩冻结孔施工采用液动潜孔锤尚属首次，并取得了良好的效果。在施工中一些措施和做法, 仅供类似地层条件下的冻结井造孔作业时参考。

参考文献:

[1] 吴光琳. 定向钻进工艺原理)[M].. 成都: 成都科技大学出版社, 1991.

[2] 李世忠. 钻探工艺学)[M].. 北京: 地质出版社, 1991.

作者简介: 赵怀固（1955～ ）, 男，安徽省淮南市人，工程师，一直从事矿山特殊施工, 现任中煤矿山建设集团冻结处副处长。在项目建设过程中对相关关键技术进行一系列决策和创新，为确保项目顺利完成发挥至关重要的作用。1996年独立完成祁东矿主、副井冷冻站设计方案，创新安装工艺“标准干管”，达到减轻劳动强度、工期相对缩短一半、节省安装成本的效果；实现重复调用4组8AS-25型压缩机为主、副井井筒冻结降温期制冷的目标，将设计开挖前冻结时间由120天减少到86天。近年主导完成单位机厂制造蒸发式冷凝器结构、工艺的设计任务，为济西矿主、副井《488m深厚表土冻结技术研究与应用》提供关键设备保证，实现冷凝压力最高为1.35Mpa。济西主、副井冻结工程是国内表土冻结深度一次跨越最大的标志性工程实例，具有很强的指导意义，创造利润400万元（保本价中标）。个人获煤炭工业部96~97年度优秀项目经理、获“淮北市优秀人才”称号。