宝丰能源集团有限公司丁家梁煤矿主井冻结钻孔工程施工技术总结中煤第三建设（集团）有限责任公司丁家梁主井冻结项目部二0一一年八月二十八日编制：审核：批准：目录一、前言 (4)二、工程与地质概况 (4)2.1 工程概况 (4)2.2 地质概况 (5)三、冻结钻孔设计与技术要求 (7)3.1 冻结钻孔设计 (7)3.2 冻结钻孔技术要求 (7)四、冻结造孔施工 (8)4.1 造孔设备 (8)4.2 钻具组合 (9)4.3 泥浆管理 (10)4.4 造孔施工 (10)4.5 测温孔、水文孔施工 (11)五、施工管理 (12)5.1 施工组织与管理 (12)5.2人员配备 (12)5.3、工期控制 (12)六、孔内事故处理 (13)七、整井完成工程量及质量评定 (13)7.1 完成工程量 (13)7.2 质量评定 (13)八、几点体会 (15)一、前言丁家梁煤矿是宁夏宝丰能源集团有限公司新建的煤矿项目，规模60万吨/年。
设计采用立井开拓方式，冻结法施工。
主井井筒净直径5.0m，表土层厚度278.6m，冻结深度653m。
主井冻结工程由中煤第三建设（集团）公司承揽，2011年5月2日正式开钻，至2011年8月28日完成所有造孔任务，历时119天。
二、工程与地质概况2.1 工程概况主井设计冻结孔48个, 水文观测孔2个,测温孔4个,共计54个钻孔，钻孔总工程量24762m。
主井井筒主要技术特征见表1。
井筒主要技术特征表表1序号项目单位主井备注1 井筒净直径M Φ5.02 表土层厚度M 278.63 基岩风化带厚度M 374.44 冻结深度M 6535 冻结钻孔工程量M 247626 冻结孔靶域半径M 0.7/1.07 冻结管规格MM D=φ140、φ159（测温孔φ89、水文孔φ140）2.2 地质概况1)地质情况揭露地层由老至新为：石炭-二叠系太原组（CPt）、二叠系下统山西组（Ps）、二叠系石盒子组（Psh）、二叠系上统石千峰组（PTs）、古近系（E）和第四系（Q）。
施工的井筒检查孔位于丁家梁背斜东翼，丁家梁店向斜轴部附近，井筒所在位置由于丁家梁店向斜、DF5及DF3逆断层的影响，钻孔揭露地层岩芯破碎，发育高角度裂隙及断面擦痕，对井筒施工影响主要表现在断层破碎带岩石稳定性较差，人为影响后次生导水裂隙两个方面。
2)水文地质情况井筒检查孔揭露主要含水层（段），为第四系、古近系松散层及基岩风化裂隙带含水层组、二叠系上统石千峰组砂岩裂隙孔隙承压含水层、二叠系石盒子组砂岩裂隙孔隙承压含水层及二叠系下统山西组砂岩裂隙孔隙承压含水层。
3)工程地质情况根据室内土工试验第四系松散层主要为粉土，属不良级配的砂土，天然抗压强度0.55～2.19MPa；天然抗剪强度0.11～0.58MPa；天然抗拉强度0.08～0.27MPa；颗粒密度2.67～2.70g/cm3；快体密度2.24～2.32 g/cm3；孔隙率24.42～25.48%；含水率11.00～15.30%；自由膨胀率33.64～46.36%，工程地质性质较差。
根据揭露情况，将古近系地层分为三段，古近系上段（J1孔63.15m 以上，J2孔65.0m以上），以细砂为主，夹薄层亚粘土（室内土工试验定名主要为粉土、粉质粘土）。
天然状态下呈半固结状态，具有一定的力学强度，但强度较低，孔隙发育较好；古近系中段（J1孔63.15～179.50m，J2孔65.0～191.30m），为粉土、亚粘土及粉砂互层（室内土工试验定名主要为粉质粘土、粉土和粘土），孔隙发育较好，力学强度较低，膨胀率较大，工程地质性质较差；古近系下段，由粘土、亚粘土、粉砂及砾石组成（室内土工试验定名为粉质粘土），含水量较低，呈半固态，坚硬，中塑性，孔隙发育较差，工程地质性质较差。
二叠系石千峰组基岩风化带，岩性主要为粉砂岩和粗粒砂岩。
孔隙发育一般，遇水易软化，抗水浸、抗风化能力差，围岩类别Ⅲ，稳定性差岩体。
基岩风化带以下主要为粉砂岩及各粒级砂岩组成。
孔隙发育一般，遇水易软化，抗水浸、抗风化能力较差，围岩类别Ⅲ，稳定性差岩体。
根据钻孔揭露情况，将二叠系石盒子组地层分为上下两段。
上段（J1孔720.80m以上，J2孔707.85m以上），主要为中、粗粒砂岩与泥岩、粉砂岩互层，孔隙发育较差，遇水易软化，抗水浸、抗风化能力较差，围岩类别Ⅱ，基本稳定岩体。
下段，主要以泥岩、粉砂岩为主，夹中粒砂岩数层。
孔隙发育一般，遇水易软化，抗水浸、抗风化能力较差，围岩类别Ⅲ，稳定性差岩体。
二叠系山西组地层受构造影响，岩芯破碎，主要由粉砂岩、各粒级砂岩、炭质泥岩及煤层组成，孔隙发育一般，遇水易软化，抗水浸、抗风化能力较差，围岩类别Ⅲ～Ⅱ，稳定性差～基本稳定岩体。
三、冻结钻孔设计与技术要求3.1 冻结钻孔设计根据冻结施工组织设计，丁家梁煤矿主井采用双圈冻结方式；冻结深度及冻结方式：主排孔采用差异冻结，冻结其深度为653m/442m。
防片孔采用全深冻结，冻结深度为283m。
冻结孔布置主要技术参数见表2。
3.2 冻结钻孔技术要求根据冻结施工组织设计要求，钻孔偏斜应控制在下列范围之内：1、钻孔偏斜采用靶域控制，表土段靶域半径0.7m，基岩段靶域半径1.0m。
2、主排冻结孔径向偏值不大于0.6m，防片孔径向偏值不大于0.3m。
3、终孔最大孔间距：主排冲积层不大于 2.5m，基岩层不大于3.0m （短腿）、4.0m（长腿）。
4、冻结孔深度以地表为零，即设计孔深＋1.57m（灰土盘高度）。
5、孔深均比设计孔深多打0.5-1m。
冻结管下深误差：不小于设计深度0.5m，不大于设计深度2.0m。
丁家梁煤矿主井井筒冻结孔布置主要技术参数表表2序号项目名称单位设计参数备注1 井筒净直径m 5.02 表土深度m 278.63 冻结深度m 6534 冻结造孔工程量m 247625 终孔最大孔间距m 主排孔冲积层不大于2.5m，基岩层浅孔不大于3.0m，深孔不大于4.0m。
6 钻孔靶域半径m 表土靶域半径0.7m，基岩段靶域半径1.0m7 主排孔圈径m 13.15Ф140×7~Ф159×6冻结管孔数个34开孔间距m 1.214深度m 653/4428 辅助孔圈径m 9.95Ф140×7冻结管孔数个14开孔间距m 2.237深度m 2839水文孔布置（深度/个数）m/个275/1 165/1 Ф140×5无缝钢管10测温孔布置（深度/个数）m/个653/2 279/1 160/1 Ф108×4.5无缝钢管四、冻结造孔施工4.1 造孔设备根据冻结钻孔设计要求和工期安排之需，本工程选择4台套TSJ-2000型钻机,每台钻机各配备TBW850/5A泥浆泵1台，备用泥浆泵1台。
打钻主要设备一览表表3序号设备名称规格型号数量国别产地生产年份额定功率KW1 钻机TSJ-2000 4台石家庄2009 110 KW2 泥浆泵TBW850/50 4台石家庄2009 90 KW3 钻塔自立式4付石家庄20095 陀螺测斜仪JDT-6A 2台北京20086 有线随钻DMJ-6 1台北京20107 螺杆钻具5LZ146×7 7套天津20118 钻铤Ф159 110米山东20099 钻杆Ф89 2600米山东2009电焊机BX-500 2台上海17 KW 4.2 钻具组合1、钻具选择：为保证钻孔垂直度，防止孔斜，主钻具采用φ89mm钻杆，用φ159mm钻铤2 ～3根，同时能保证JDT-6A型陀螺测斜仪在钻具内测斜。
2、钻进钻具组合：根据冻结钻孔设计参数，为保证钻孔垂直度，采用如下钻具组合：（1）冻结孔采用：108mm四方立轴+φ89mm钻杆+φ159mm钻铤+φ190mm三牙轮钻头。
（2）水文、测温孔采用：四方108mm立轴+φ89mm钻杆+φ159mm钻铤+φ190mm三牙轮钻头。
4.3 泥浆管理1、泥浆的净化：泥浆循环系统中，循环槽断面尺寸：高500mm，宽400mm，长度≥50米，坡度在0.01左右，在循环槽中段设1个沉淀池（容积1m3），及时清除沉淀池中的泥砂等杂物。
2、泥浆的日常维护管理①钻机现场配备泥浆测定仪器。
主要有粘度计、比重计、失水量测定仪、含砂量测筒、PH值试纸等。
②各钻机由机长负责，班长配合管理调配泥浆，做到勤测定指标，勤掌握泥浆性能。
并做了详细的泥浆测试记录。
③起下钻时及时清理循环槽内的沉砂。
保持循环槽周围清洁卫生，废泥浆并按筹备处规定统一排放到指定的废浆池中。
③发现泥浆性能有突然变化时，要分析、查找原因，制定处理方案。
由于该矿区表土层较厚，砾石层较多，粘土具塑性，易缩径，施工中为满足施工需要，保护好孔壁。
我们借鉴打深井石油钻和地热井配制的优质化学泥浆，达到了理想护壁效果，保证工程施工顺利进行。
4.4 造孔施工为达到冻结孔施工质量技术要求，砼灰土盘制作厚度达500mm，保证在钻塔安装、施工和挪位时不断裂。
开孔前，对钻机进行认真找正，使转盘中心，钻孔木桩十字中心和钻机提升系统中心重合，即“三点一线”，优化钻具组合，保证粗径钻具具有足够的长度和刚性，钻进中确保中性点在粗径钻具上，避免因钻具弯曲而导致孔斜。
严把开孔质量关，新钻头下入孔底，开始要轻压，慢转再逐渐加压，提升钻具后立即向孔内注入泥浆，防止垮孔，严格遵守钻探规程，严禁钻压忽大忽小，在软硬地层变化时，应轻压慢转。
选用JDT——6A型陀螺仪在钻杆内进行测斜，对偏斜率达到或接近设计要求的层段，少打勤测，及时进行纠偏，钻孔纠偏采用移、垫钻塔纠斜与螺杆钻具定向纠斜相结合的方法，取得了较好的效果。
达到设计深度时，进行终孔复位测斜。
为保证冻结管下放到设计深度，每个钻孔深度从灰土盘算起均比设计孔深多1.5～2.0M，以消除孔内岩粉沉淀对冻结管下放深度的影响。
测斜成果出来后，经冻结方、业主方及监理方对终孔测斜资料校核合格签字后，再下放冻结管，并对冻结管作动压试验，试压合格后方可移位继续施工下一个钻孔。
每个钻孔测斜成果出来后，及时按比例绘制每50m水平一个点的钻孔偏斜平面图，同时为下一个钻孔施工提供生产指导依据。
在保证质量的前提下，加强现场文明施工管理，同时采取一系列措施，充分调动职工的积极性，加快了施工进度。
4.5 测温孔、水文孔施工本井测温孔是在遵循常规的布置原则的基础上，结合工程的进展和满足冻结监测要求综合考虑而确定的。
丁家梁主井共设置了4个测温孔，深度分别为160米/1个，279米/1个，653米/2个，施工中按冻结孔的偏斜要求并规定偏向严格控制钻孔质量，各个测温孔的施工效果都达到了预想值。
该井设计水文孔2个，孔位布置以避开凿井单位提升位置为原则，深度分别为165米，275米。
水文孔施工是在冻结孔基本完成的情况下进行的，偏斜也按靶域半径700mm的要求控制。