一種局部開挖預支護反井鑽井工藝的製作方法
2023-06-12 06:09:11
一種局部開挖預支護反井鑽井工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，包括如下步驟：(a)地質資料分析；(b)地層開挖；(c)混凝土回填；(d)安裝反井鑽機；(e)導孔鑽進；(f)擴孔鑽進；(g)井壁支護。本發明在反井鑽機進場前預先對軟弱地層進行開挖、置換、加固、預支護，以增強地基承載力或控制地表不均勻變形，使得能夠安全地完成反井鑽井。適用於反井上部基巖軟弱、風化、不穩定，難以支撐反井鑽機自重和擴孔鑽進時對地層的壓力，或者上部地層有風機、風道、安全通道等對地表不均勻沉降敏感結構。
【專利說明】一種局部開挖預支護反井鑽井工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鑽井工藝，特別涉及一種局部開挖預支護反井鑽井工藝。
【背景技術】
[0002]現有巖石地層礦井建設工程，多採用普通法鑿井施工，需要工作人員下到幾百米深的狹小開挖工作面，用鑽機機具鑽爆破孔、裝炸藥、工作面爆破、將爆破破碎的巖石通過吊桶提升到地面、工作面排水、然後進行支護等作業。機械化水平低、勞動力投入多、工作環境艱苦、安全條件差、事故時有發生，且爆破對圍巖擾動較大，原巖應力變化大，支護困難。其中裝巖、排水等工序佔總施工時間的三分之一到三分之二，施工速度慢(30-40m /月)。在實際施工過程中，由於這些礦井井筒工程有約20 %具有下部巷道(隧道)，因此可以採用反井鑽機施工。反井鑽井施工工藝具有勞動強度低、成井質量好、速度快、工效高及人身安全有可靠地保障等優點。但是，現有的普通反井鑽技術是通過導孔鑽進、擴孔鑽進完成一個小直徑的井筒(l_3m)，不能滿足井筒功能要求，需要經過一次或多次刷井作業，其和普通法鑿井有許多類似之處，都需布置提絞設備和井架，在井內鋪設壓風、供水、下料等各種管線，在刷井過程中靠打眼放炮破碎巖石，進行臨時支護和永久支護。井筒中除布置吊盤外，還有封閉溜矸石孔的封口盤，其施工工序為打眼爆破-清除巖渣(巖渣通過溜矸孔溜到下水平)_臨時支護-永久支護。
[0003]另外，現有技術的反井鑽井工藝不能適用於如下條件:(I)在反井上部基巖軟弱、風化、不穩定，難以支撐反井鑽機自重和和鑽頭鑽進時工作面拉力作用；(2)上部地層有風機、風道、安全通道等對地表不均勻沉降敏感結構。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在於提供一種適用於反井上部基巖難以支撐反井鑽機自重和擴孔鑽進時對地層的壓力及上部地層具有對地表不均勻沉降敏感的結構的局部開挖預支護反井鑽井工藝。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，包括如下步驟:
[0006](a)地質資料分析；
[0007](b)地層開挖；
[0008](c)混凝土回填；
[0009](d)安裝反井鑽機；
[0010](e)導孔鑽進；
[0011](f)擴孔鑽進；
[0012](g)井壁支護。
[0013]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(a)中:分析地質、設計部門提供的地質資料，施工之前在井筒附近打工程檢查孔，並收集臨近開鑿的井筒或其它基礎工程和水井的地質及水文情況【本發明技術方案適用於當表土層或不穩定地層厚度在30m之內時，下部巖石穩定，且用水量不超過20m2 / h的情況】。
[0014]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(b)中:採用人工開挖或者小型挖掘機開挖，矸石裝入吊桶提吊到地面堆放，並運出場地；採用噴射機噴射混凝土作為初襯，在混凝土中粗骨料與細骨料按照質量比為1:4的比例攪拌均勻，並按0.4-0.5水灰比加水進行攪拌，拌好的混凝土用噴射機進行噴射；待挖到穩定基巖層後，在下部進行內擴，做鋼筋混凝土壁座，並由下往上一次套壁一次澆築鋼筋混凝土井頸，井頸上部標高與地面基礎平齊。
[0015]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(C)中:在支護完成好的井筒內部，通過澆築低標號為C15~C20的骨料混凝土，骨料粒徑為5_~10_，回填到地面標高。
[0016]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(d)中:將反井鑽機通過地腳螺栓安裝在基礎上，調整反井鑽機機架與基礎面垂直度，安裝地腳螺栓，這樣可以有效地防止鑽孔偏移震動對鑽杆鑽頭等設備損壞；澆築二次混凝土，混凝土達到28天強度的40%後開始鑽進導孔。
[0017]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(e)中:使用ZFY5.0 / 600型反井鑽機並用Φ318鑽杆帶動三牙輪鑽頭鑽鑿導孔，鑽進過程利用泥漿泵將鑽井液通過鑽杆輸送到三牙輪鑽頭衝洗口，按照壓氣正循環原理，將工作面巖屑攜帶到地面，在地面將泥漿和巖屑分離，泥漿循環利用；在導孔鑽進過程中，每鑽進50m，用測斜儀測量鑽孔的偏斜度，如果偏斜超過5%。，用螺杆鑽具及時糾偏，保證成孔偏斜率小於I %。導孔的作用是將鑽具下放到下水平，以便連接擴孔鑽頭。導孔破巖量雖然只佔總破巖量的2.5%左右或更小，但導孔鑽進關係到鑽孔的質量，是反井施工的關鍵，導孔的垂直度決定了鑽孔的偏斜率。
[0018]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(f)中:在導孔鑽進的同時，將將擴孔鑽頭和鑽頭拆裝工具，通過下部巷道運輸到預定位置；當導孔鑽透到下部巷道以後，通過井上井下聯繫，上下配合將導孔鑽頭拆下，安裝上大直徑擴孔鑽頭；擴孔鑽頭上的破巖滾刀在鑽杆拉力和扭矩驅動下，對巖石進行擠壓、衝擊破碎巖石，形成鑽孔；巖屑靠自重落到下水平巷道，用皮帶機或裝載機運走；擴孔時通過鑽杆進入鑽頭中心管，通過噴嘴冷卻破巖滾刀。
[0019]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，在步驟(g)中:反井鑽井成井後，利用加設的井架和提絞設備，井筒內設置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統擔負下放材料和人員功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管下放混凝土，澆築井壁；對於穩定地層，利用進行錨杆噴漿支護，完成井筒全部作業。
[0020]上述局部開挖預支護反井鑽井工藝，作為初襯的混凝土坍落度為8cm。
[0021]本發明的有益效果是:
[0022]本發明的技術方案將鑽機基礎坐落在穩定基巖之上，確保鑽機、鑽杆等主要部件的安全，保證了工程順利實施。地層變形控制好，較好減少了地層沉降對風機機房設備、既有安全出口和風道的影響。
[0023]本發明局部開挖預支護反井鑽井工藝，在反井鑽機進場前預先對軟弱地層進行開挖、置換、加固、預支護，以增強地基承載力或控制地表不均勻變形，安全的完成反井鑽井。適用於反井上部基巖軟弱、風化、不穩定，難以支撐反井鑽機自重和擴孔鑽進時對地層的壓力，或者上部地層有風機、風道、安全通道等對地表不均勻沉降敏感結構。
[0024]本發明解決了普通法鑿井機械化水平低、勞動力投入多、工作環境艱苦、安全條件差、成井速度慢的問題。相對普通反井法，通過全斷面一次擴孔成井，避免了多次刷井，工序複雜、施工速度慢、施工成本高等問題，同時減少了工人勞動強度和進行作業時間，提高安全度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明局部開挖預支護反井鑽井工藝的開挖施工示意圖；
[0026]圖2為本發明局部開挖預支護反井鑽井工藝的澆築混凝土施工示意圖；
[0027]圖3為本發明局部開挖預支護反井鑽井工藝導孔完成後的擴孔施工示意圖。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]如圖1至圖3所示，本實施例一種局部開挖預支護反井鑽井工藝在山西晉城市王臺鋪煤礦進行輔助迴風井反井施工試驗，包括如下步驟:
[0030](a)地質資料分析
[0031]分析地質、設計部門提供的地質資料，施工之前在井筒附近打工程檢查孔，並收集臨近開鑿的井筒或其它基礎工程和水井的地質及水文情況【本發明技術方案適用於當表土層或不穩定地層厚度在30m之內時，下部巖石穩定，且用水量不超過20m2 / h的情況】。
[0032](b)地層開挖
[0033]採用人工開挖或者小型挖掘機開挖，矸石裝入吊桶提吊到地面堆放，並運出場地；採用噴射混凝土作為初襯，混凝土中粗骨料與細骨料按照質量比為1:4的比例攪拌均勻，並按0.4水灰比加水進行攪拌，拌好的混凝土坍落度為8cm，用噴射機進行噴射；待挖到穩定基巖層後，在下部進行內擴，做鋼筋混凝土壁座，並由下往上一次套壁一次澆築鋼筋混凝土井頸，井頸上部標高與地面基礎平齊。
[0034]開挖提絞設備包括汽車起重機、三角架和簡易龍門架。用汽車起重機提升井下矸石，它是移動式的提升設備，機動靈活，不必另立井架，井口布置簡單。由於汽車起重機提升能力較小，只能提升淺部的表土，一般配0.5~1.0m3的小吊桶。三角架是用三根無縫鋼管，每根上焊接一塊搭接鋼板，並連接成一整體，管子底部焊一 IOmm左右厚的鋼板，用螺栓與基礎固定。三角架高度根據提升要求確定，使用Im3左右的吊桶，適用於提升高度小於20m的井筒。簡易龍門架提升，它是由立柱和橫梁組成的門式框架，配以鑿井絞車和1.5~
2.03m3的吊桶。
[0035](C)混凝土回填
[0036]在支護完成好的井筒內部，通過澆築低標號為C15~C20的骨料混凝土，骨料粒徑為5mm~IOmm,回填到地面標高。
[0037](d)安裝反井鑽機
[0038]將反井鑽機通過地腳螺栓安裝在基礎上，調整反井鑽機機架與基礎面垂直度，安裝地腳螺栓，澆築二次混凝土，混凝土達到28天強度的40%後開始鑽進導孔。
[0039](e)導孔鑽進[0040]使用ZFY5.0 / 600型反井鑽機並用Φ318鑽杆帶動三牙輪鑽頭鑽鑿導孔，鑽進過程利用泥漿泵將鑽井液通過鑽杆輸送到三牙輪鑽頭衝洗口，按照壓氣正循環原理，將工作面巖屑攜帶到地面，在地面將泥漿和巖屑分離，泥漿循環利用；在導孔鑽進過程中，每鑽進50m,用測斜儀測量鑽孔的偏斜度，如果偏斜超過5%。，用螺杆鑽具及時糾偏，保證成孔偏斜率小於1%。
[0041](f)擴孔鑽進
[0042]在導孔鑽進的同時，將將擴孔鑽頭和鑽頭拆裝工具，通過下部巷道運輸到預定位置；當導孔鑽透到下部巷道以後，通過井上井下聯繫，上下配合將導孔鑽頭拆下，安裝上大直徑擴孔鑽頭；擴孔鑽頭上的破巖滾刀在鑽杆拉力和扭矩驅動下，對巖石進行擠壓、衝擊破碎巖石，形成鑽孔；巖屑靠自重落到下水平巷道，用皮帶機或裝載機運走；擴孔時通過鑽杆進入鑽頭中心管，通過噴嘴冷卻破巖滾刀。
[0043](g)井壁支護
[0044]反井鑽井成井後，利用加設的井架和提絞設備，井筒內設置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統擔負下放材料和人員功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管下放混凝土，澆築井壁；對於穩定地層，利用進行錨杆噴漿支護，完成井筒全部作業。
[0045]表1山西晉城市王臺鋪煤礦輔助迴風井反井施工試驗
[0046]
【權利要求】
1.一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，包括如下步驟: (a)地質資料分析； (b)地層開挖； (C)混凝土回填； (d)安裝反井鑽機； (e)導孔鑽進； (f)擴孔鑽進； (g)井壁支護。
2.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(a)中:分析地質、設計部門提供的地質資料，施工之前在井筒附近打工程檢查孔，並收集臨近開鑿的井筒或其它基礎工程和水井的地質及水文情況。
3.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(b)中:採用人工開挖或者小型挖掘機開挖，矸石裝入吊桶提吊到地面堆放，並運出場地；採用溼噴機噴射混凝土作為初襯，在混凝土中粗骨料與細骨料按照質量比為1:4的比例攪拌均勻，並按0.4-0.5水灰比加水進行攪拌，拌好的混凝土用噴射機進行噴射；待挖到穩定基巖層後，在下部進行內擴，做鋼筋混凝土壁座，並由下往上一次套壁一次澆築鋼筋混凝土井頸，井頸上部標高與地面基礎平齊。
4.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(c)中:在支護完成好的井筒內部，通過澆築低標號為C15~C20的骨料混凝土，骨料粒徑為5mm~IOmm,回填到地面標高。
5.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(d)中:將反井鑽機通過地腳螺栓安裝在基礎上，調整反井鑽機機架與基礎面垂直度，安裝地腳螺栓，澆築二次混凝土，混凝土達到28天強度的40%以上後開始鑽進導孔。
6.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(e)中:使用ZFY5.0 / 600型反井鑽機並用Φ 318鑽杆帶動三牙輪鑽頭鑽鑿導孔，鑽進過程利用泥漿泵將鑽井液通過鑽杆輸送到三牙輪鑽頭衝洗口，按照壓氣正循環原理，將工作面巖屑攜帶到地面，在地面將泥漿和巖屑分離，泥漿循環利用；在導孔鑽進過程中，每鑽進50m，用測斜儀測量鑽孔的偏斜度，如果偏斜超過5%。，用螺杆鑽具及時糾偏，保證成孔偏斜率小於I %。
7.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(f)中:在導孔鑽進的同時，將將擴孔鑽頭和鑽頭拆裝工具，通過下部巷道運輸到預定位置；當導孔鑽透到下部巷道以後，通過井上井下聯繫，上下配合將導孔鑽頭拆下，安裝上大直徑擴孔鑽頭；擴孔鑽頭上的破巖滾刀在鑽杆拉力和扭矩驅動下，對巖石進行擠壓、衝擊破碎巖石，形成鑽孔；巖屑靠自重落到下水平巷道，用皮帶機或裝載機運走；擴孔時通過鑽杆進入鑽頭中心管，通過噴嘴冷卻破巖滾刀。
8.根據權利要求1所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，在步驟(g)中:反井鑽井成井後，利用加設的井架和提絞設備，井筒內設置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統擔負下放材料和人員功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管下放混凝土，澆築井壁；對於穩定地層，利用進行錨杆噴漿支護，完成井筒全部作業。
9.根據權利要求3所述的一種局部開挖預支護反井鑽井工藝，其特徵在於，作為初襯的混凝土坍落度為8cm。
【文檔編號】E21B21/01GK103835661SQ201310542190
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】劉志強, 譚昊, 姜浩亮, 荊國業, 李英全, 王曉健, 程守業 申請人:北京中煤礦山工程有限公司