某煤矿大直径风井反井钻井法施工工艺探讨

发布时间：2022-10-05 10:05 热度：

　　摘要：为了实现某煤矿1#辅助回风立井的安全、快捷施工，根据该立井的地质结构特点，采用反井钻井法施工技术，研究了反井钻井法的施工方法、施工工艺。实践表明，利用新型反井钻机施工煤矿大直径风井的成功经验值得借鉴。

　　关键词：大直径风井;反井钻井法;施工工艺

　　目前，煤矿风井的施工方法主要有冻结法、钻井法、通凿井法，但随着反井钻机的发展，反井钻井法开始应。采用反井钻井法施工煤矿风井有两个前提条件：一是煤田上部覆盖表土层厚度不超过50m为宜：二是下部井口有水平巷道排矸。该煤矿1#辅助回风立井首次采用BM C600型反井钻机施工，与其他方法相比，反井法更快捷、安全、经济。

　　1工程概况

　　该煤矿1#辅助回风立井设深度为1653m，净径47m。该井自然地面标高82010m，表土层和基岩风化带井段，采用钢筋混土支护井壁，壁厚为500mm，混凝土强度等级C30。坚基岩井段1505m，采用锚杆挂网喷浆支护，壁厚500mm，混凝土强度等级C20。安全出口通道内径：宽×高=15m×2m，壁墙、顶板底板厚度均为250mm，全部采用钢筋混凝土构筑，混凝强度等级C30。风硐内径：宽×高=3 5m×3 5m，壁墙、板、底板厚度均为300mm，全部采用钢筋混凝土构筑，凝土强度等级C30，其中底板采用C10混凝土作为垫层，厚度为100mm。梯子间42层，层间距4m，采用钢芯加强玻璃钢复合材料制品，其重量轻、耐老化、耐腐蚀、强高、安装方便。

　　1#辅助回风立井地层自上而下为黄色粘土、风化基岩完整基岩，风井施工穿过3#煤层(厚631m)和9#煤层(厚146m)，整个地质结构较为稳定，以砂岩、泥岩、石灰岩为主。

　　2施工方法

　　2.1施工方法选择

　　根据现场工程条件， l#辅助回风立井可采用普通凿井法和反井钻井法施工。除了工期及工程费用方面，反井钻井法在施工安全方面更占有优势。首先，不需要在井筒内放炮掘进;其次，井筒涌水量大小不影响反井施工，但影响普通凿井法的施工安全和进度。比较之下，最后选择反井钻井法施工。

　　根据1#辅助回风立井井筒设计特征，选择BMC600型反井钻机施工。

　　2.2 BMc600型反井钻机简介

　　BMC600型5反井钻机扩孔直径50m、深度600m，是目前国内最大型号的反井钻机。该钻机应用先进的电液自动控制系统、数字化参数系统、事故预防系统，其主要技术参数见表1。

　　表l BMC600型反井钻机主要技术参数

　　导孔直径 mm 扩孔直径 m 钻井深度 m 导孔推力 kN 导孔推力 kN 最大扭矩kN·m 钻机功率 kW

　　350~380 35~50 600 1300 6000 450 2847

　　2.3施工工艺

　　2.3.1表土开挖

　　根据反井钻机施工工艺特点，结合1#辅助回风立井地条件、设计特征，对井筒表土段及风化基岩段，自上而采用人工开挖，边掘边砌施工方案。另外，结合整体施工方案，考虑反井钻机一次性扩孔成井对已浇筑成型井壁影响，原设计井颈段净径由50m增加至52m，开挖尺为62m。为加大工程安全系数，在井颈段底设钢筋混凝土壁座，增加井筒混凝土与围岩摩擦力。根据实际地质条件，井颈段钢筋混凝土支护由原来的19m延深至2l 4m。开挖直径达到62m后，进行钢筋混凝土衬砌，衬砌壁500mm，混凝土设计强度等级C30，双排钢筋布置。在成对井颈段开挖及衬砌后，用C30素混凝土回填，为下步反井钻机施工做准备。

　　2.3.2反井钻机施工

　　2.3.2.l施工准备

　　1)场地。反井钻机施工场地要求有足够的面积布置钻机基础、循环池、安装钻机、泵站、操作台、电液控制系统、泥浆泵以及堆放钻杆等。反井钻机扩孔时，钻机本身对地层产生巨大的推力，钻机必须具备牢固的基础，以防钻机移位。

　　2)供电。BM C600型反井钻机施工用电设备有泥浆泵、主液压泵、循环泵、冷却泵、照明等。这些设备所需要的总负荷和电压等级必须满足要求。施工总功率约42l5kW，其中主泵站功率为264kW，电液控制中心功率225kW，泥浆泵功率为125kW，冷却和照明约为10kW。电压等级为380V，电源频率50Hz。

　　3)供水。导孔钻进时循环补充水量10m3/h，用于循环排渣和冷却反井钻机液压系统;扩孔钻进时需水量约5m3/h，用于冷却液压系统和扩孔钻头。

　　4)通风。BM C600型反井钻机导孔钻进期间，所有人员、设备都在地面，无需通风设备。扩孔期间出渣时，需要派人在井下观察，并及时向调度室和井上反井钻机操作人员通报，此时井下要有足够的风量清除钻头破碎岩石过程所形成的粉尘和有害气体，保证井下人员安全。

　　5)通信。反井钻机导孔钻进至距透孔点5m时，在钻机操作台和井下透孔点附近相关位置建立通信系统。

　　6)照明。在钻机操作台、主机和钻杆附近、泥浆泵附近、主液压泵和电控柜帐篷内共安装6支1kW的照明灯。

　　2.3.2.2导孔钻进

　　钻机安装调试完成后，进行导孔施工。导孔直径选择324mm。导孔钻进是反井钻井法施工的关键。首先要保证导孔斜率≯l 0%，使之在指定区域内透孔;其次，在钻孔过程中，尽量避免发生堵孔、塌孔事故。

　　1)开孔。利用开孔扶正器和开孔钻杆配合低速开孔。格控制钻进参数，使开孔钻进速度保持在0.5～100m/h。

　　2)合理布置钻具。为了保证导孔钻进的精度，一般采用满眼钻进，即是在适当的位置布置稳定钻杆，并且根据孔的深度和地层条件确定加稳定钻杆的数量。

　　3)钻进参数控制。导孔钻进参数包括钻速、钻压、扭矩、转速等。开孔时采用低钻压、低钻速。随着钻进深度增加，依据地层条件、循环液的处理情况等进行调整。

　　4)导孔钻进洗井液循环。BMC600型反井钻机钻进导采用一台TBW-850/5A型泥浆泵进行正循环洗井方式，导孔内的岩屑排到孔外，并冷却钻头。 由于该矿风井所在地层条件较好，循环液体采用清水。在钻进过程中，要对泥浆泵进行必要的维护，对易损部件例行检查，更换磨擦严重的部件，要经常观测泥浆泵的压力，每钻进一根钻头，都要检查孔内排出岩屑的数量、块度及岩性情况，并做好记录。要及时清理导孔钻进返出的岩渣，待清水中没岩屑后再接钻杆：钻孔钻到深部后，要增加冲孔时间。

　　2.3.2.3扩孔钻头运输及安装

　　考虑到井下巷道的尺寸和运输的条件，将扩孔钻头分拆后捆绑到平板车上，由平板车和矿车运至井下透孔点附近，然后进行扩孔钻头拼接。孔透孔后，拆卸掉导孔钻头，接上扩孔钻头，准备扩孔。

　　2.3.2.4扩孔钻进

　　l#辅助回风立井采用一次性全断面扩孔，孔直径为5m。导孔钻透后，接上扩孔钻头，拆除导孔循环系统，停用泥浆泵，适当改造冷却系统，开始扩孔。

　　3结 语

　　首次采用BM C600型反井钻机在l#辅助回风立井施工，钻进综合成井速度达到270m/月，大大缩短了建井工期，成井偏斜率仅为0.5%，工程质量好。同时，在安全施工、设备自动化程度、劳动强度和成井成本等方面也都显示出了优越性。实践证明，目前对于表土覆盖层厚度不超过50m、下部井口有水平巷道排矸的大直径待建立井井筒，采用反井钻井法是一种值得推广的、新的施工方法，对加快我国煤矿矿井建设具有重要的意义。

　　参考文献

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