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山東平邑石膏礦礦難大口徑救援鉆孔施工技術

發布時間:2018年01月02日
來源:探礦工程在線 作者:楊濤,杜兵建

摘要:2015年“12.25”平邑礦難鉆孔救援是我國首例通過鉆孔救生的成功案例。由于地層不斷坍塌變形,導致了復雜地層條件的產生,給救援鉆孔的施工帶來極大困難。針對這一特殊情況,采用空氣反循環鉆井工藝技術,處理鉆孔事故時采用氣舉反循環工藝技術。總結了大口徑鉆孔施工經驗,對今后施工大口徑救援鉆孔提出有待改進的問題和建議。

 

關鍵詞:平邑礦難;鉆孔救援;大口徑救援鉆孔;救生孔;鉆具組合;空氣反循環;氣舉反循環

 

2015年12月25日,山東省臨沂市平邑縣玉榮石膏礦采空區發生坍塌事故,引發礦震(震級4.0級),29名礦區被困井下。事發當天實施巷道掘進救援,救出11名礦工,發現1名遇難礦工遺體。由于井下大面積坍塌,巷道水位不斷上升,26日開始實施地面鉆探救援方案。共鉆7個鉆孔,其中1256號是小口徑探測孔,347號是大口徑救生鉆孔。5號大口徑救生鉆孔鉆進220m并最終完成救人目的。

 

1  礦區地層地質概況及礦體開采現狀

礦區底部石膏礦體厚度10~20m,頂底板為含砂質泥頁巖層。地表有1~2m耕植土,下覆5~10m紫紅和黃色分化層,基巖為石灰巖地層,巖溶裂隙發育,存在溶洞。120~207m為砂質泥巖,地層較破碎,中間有簿層石膏體,夾泥質灰巖層。207m以下到巷道底部225m為石膏礦體。礦體平面布置及救援鉆孔布置見(圖1)

 

1  石膏礦礦體平面布置及救援鉆孔布置

 

2  使用設備及鉆進工藝

使用裝備:所用鉆機是德國寶峨公司生產的RBT90型鉆機和美國雪姆公司生產的T200型鉆機。

 

鉆孔設計及變更:一開孔徑1000mm,深1m,下φ800mm護筒。二開用φ711mm潛孔錘鉆到205m,下φ660mm套管固井,最后15m用φ600mm鉆頭透巷完井,再使用φ600mm救生艙救人升井。由于地層不穩定和結構變化,實際施工中鉆孔設計做了變更(見圖2)。一開采用旋挖鉆機鉆進φ1250mm、深度8m的孔口,下φ1200mm護壁管;二開繼續用旋挖鉆機鉆進φ1000m、深度到54m,下φ850mm套管固井;三開采用φ711mm潛孔錘鉆頭,鉆深195m,下φ600mm套管,下深185m,固井;四開采用φ580mm潛孔錘打到底,因沒有打導向孔未直接透巷,在井下被困人員的配合下施工找到救生孔。因φ580mm孔段無法再下護壁套管,只得采取繩索直接升井。


 

2  救生鉆孔施工示意


鉆具組合:1)旋挖鉆機的鉆具組合。一開φ1250mm旋挖鉆頭接φ316mm旋轉鉆桿,鉆壓100 kN;二開φ1000mm旋挖鉆頭接φ316mm旋轉鉆桿,鉆壓150kN。(2)潛孔錘鉆具組合。三開φ711mm潛孔錘鉆頭+φ680mm扶正器+φ279mm雙壁鉆鋌+φ219mm雙壁鉆桿,接空氣反循環動力頭;四開φ580mm潛孔錘鉆頭+φ279mm雙壁鉆鋌+φ219mm雙壁鉆桿,接空氣反循環動力頭。

空氣反循環鉆進工藝:空壓機最大排氣量為3.4MPa(二擋),最小2.4MPa。在施工φ711mm大口徑潛孔錘鉆進時使用3臺,在最后施工φ580mm鉆孔時使用5臺。

氣舉反循環鉆井工藝:應用空氣反循環鉆井工藝后,鉆速提高到平均4m/h,最高達到8m/h。鉆進到174m時,因地層不穩定,發生坍塌埋鉆事故,鉆頭埋深14m左右,采取氣舉反循環工藝技術處理被埋鉆頭。在鉆孔中安裝一根長162m、φ50mm的混合出渣金屬管路,一根φ25mm的高壓橡膠管路,在金屬管頭4m位置開口與像膠管焊接連通,在鉆孔內注入清水,與沉淀池形成水力循環工作程序,成功處理埋鉆事故。

 

3  救援效果

1)大口徑救生鉆孔是特殊礦難災害救援的快捷手段。本次礦難救援如果時間再延長半個月或者10天,井下水位有可能上升淹沒被困人員,巷道坍塌也可能會把他們置于更加危險的境地。所以采用大口徑救生孔,使用先進快速的鉆進工藝和施工技術,是礦難救援的有效手段。

2)實現了大口徑救生鉆孔空氣潛孔錘反循環鉆進。使用¢265mm雙壁反循環鉆桿, 530m3的空壓機,配套使用泡沫泵以12 L/min的速度向空氣中注入泡沫劑。這在我國大口徑救援鉆孔施工中是首次使用,其優點是鉆進速度快,方法簡單,工藝先進。

3)旋挖鉆進與潛孔錘的組合應用提高了復雜條件下的鉆進效率。在礦難救援中,把旋挖鉆進和空氣潛孔錘鉆進相結合還是首例,不僅解決了循環介質在復雜地層中的鉆進困難問題,而且提高了救生鉆孔的施工效率,實現了極復雜地層地質條件下的鉆進成孔。

 

4  有待改進的問題

1)大口徑救生鉆孔應施工導向孔。2、6、7號鉆孔都準確透巷,是因為采用了定向鉆井裝置對鉆孔軌跡進行了監測。5號大口徑救生孔由于沒有使用定向設備先打導向孔,發生偏斜未能直接透巷。所以施工大口徑救生孔須先施工導向孔。

2)提升艙應考慮制作不同規格。本次施工提升艙按φ600mm準備,由于地層復雜,不得已下入φ600mm套管,將提升艙改為φ540mm,重新設計加工,給緊張的救援工作增加了新的工作程序。最后因φ600mm套管下放卡在臺階上,提升艙受阻而不能使用,采取繩索直接提人升井。

3)復雜地層地質條件下的大口徑鉆進工藝有待改進。本次施工中,淺部松散破碎的地層給大口徑空氣潛孔錘鉆進工藝帶來了諸多困難。第四系松散地層和基巖地層中的破碎帶,導致鉆孔發生孔壁坍塌而埋鉆。應進一步加強對“大口徑跟管護壁鉆進”的研究與試驗, 

4)救援隊鉆井設備配套有待完善。由于過去未施工過大口徑救生鉆孔,鉆具配套比較陌生,按照鉆孔設計和鉆機能力選配的鉆具有待調整:鉆機動力頭裝置結構需改進,使其滿足空氣正循環與反循環互相轉換。第四系松散地層施工中,開孔孔徑大于1m的鉆孔應配備護壁鉆置,避免塌孔事故。完善大口徑救生鉆孔的系列鉆具。開孔用φ1200mm牙輪組合鉆頭,配合跟管鉆進工藝,解決孔壁不穩定問題。配備4φ655mm扶正器,預防鉆孔偏斜及提高鉆進效率。


原文鏈接:

中國知網

http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFDLAST2017&filename=TKGC201705004&v=MzEzNDdTN0RoMVQzcVRyV00xRnJDVVJMMmVaZWRxRnkvZ1Zyck1NU2JNYmJHNEg5Yk1xbzlGWUlSOGVYMUx1eFk=

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