一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，包括如下步驟：(a)地質(zhì)資料分析；(b)地層開挖；(c)混凝土回填；(d)安裝反井鉆機(jī)；(e)導(dǎo)孔鉆進(jìn)；(f)擴(kuò)孔鉆進(jìn)；(g)井壁支護(hù)。本發(fā)明在反井鉆機(jī)進(jìn)場前預(yù)先對軟弱地層進(jìn)行開挖、置換、加固、預(yù)支護(hù)，以增強(qiáng)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鉆井。適用于反井上部基巖軟弱、風(fēng)化、不穩(wěn)定，難以支撐反井鉆機(jī)自重和擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)對地層的壓力，或者上部地層有風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、安全通道等對地表不均勻沉降敏感結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆井工藝，特別涉及一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有巖石地層礦井建設(shè)工程，多采用普通法鑿井施工，需要工作人員下到幾百米深的狹小開挖工作面，用鉆機(jī)機(jī)具鉆爆破孔、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、然后進(jìn)行支護(hù)等作業(yè)。機(jī)械化水平低、勞動力投入多、工作環(huán)境艱苦、安全條件差、事故時(shí)有發(fā)生，且爆破對圍巖擾動較大，原巖應(yīng)力變化大，支護(hù)困難。其中裝巖、排水等工序占總施工時(shí)間的三分之一到三分之二，施工速度慢(30-40m /月)。在實(shí)際施工過程中，由于這些礦井井筒工程有約20 %具有下部巷道(隧道)，因此可以采用反井鉆機(jī)施工。反井鉆井施工工藝具有勞動強(qiáng)度低、成井質(zhì)量好、速度快、工效高及人身安全有可靠地保障等優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)有的普通反井鉆技術(shù)是通過導(dǎo)孔鉆進(jìn)、擴(kuò)孔鉆進(jìn)完成一個(gè)小直徑的井筒(l_3m)，不能滿足井筒功能要求，需要經(jīng)過一次或多次刷井作業(yè)，其和普通法鑿井有許多類似之處，都需布置提絞設(shè)備和井架，在井內(nèi)鋪設(shè)壓風(fēng)、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(jìn)行臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)。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?yàn)榇蜓郾?清除巖渣(巖渣通過溜矸孔溜到下水平)_臨時(shí)支護(hù)-永久支護(hù)。
[0003]另外，現(xiàn)有技術(shù)的反井鉆井工藝不能適用于如下條件:(I)在反井上部基巖軟弱、風(fēng)化、不穩(wěn)定，難以支撐反井鉆機(jī)自重和和鉆頭鉆進(jìn)時(shí)工作面拉力作用；(2)上部地層有風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、安全通道等對地表不均勻沉降敏感結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于反井上部基巖難以支撐反井鉆機(jī)自重和擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)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(jié)構(gòu)的局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，包括如下步驟:
[0006](a)地質(zhì)資料分析；
[0007](b)地層開挖；
[0008](c)混凝土回填；
[0009](d)安裝反井鉆機(jī)；
[0010](e)導(dǎo)孔鉆進(jìn)；
[0011](f)擴(kuò)孔鉆進(jìn)；
[0012](g)井壁支護(hù)。
[0013]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(a)中:分析地質(zhì)、設(shè)計(jì)部門提供的地質(zhì)資料，施工之前在井筒附近打工程檢查孔，并收集臨近開鑿的井筒或其它基礎(chǔ)工程和水井的地質(zhì)及水文情況【本發(fā)明技術(shù)方案適用于當(dāng)表土層或不穩(wěn)定地層厚度在30m之內(nèi)時(shí)，下部巖石穩(wěn)定，且用水量不超過20m2 / h的情況】。
[0014]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(b)中:采用人工開挖或者小型挖掘機(jī)開挖，矸石裝入吊桶提吊到地面堆放，并運(yùn)出場地；采用噴射機(jī)噴射混凝土作為初襯，在混凝土中粗骨料與細(xì)骨料按照質(zhì)量比為1:4的比例攪拌均勻，并按0.4-0.5水灰比加水進(jìn)行攪拌，拌好的混凝土用噴射機(jī)進(jìn)行噴射；待挖到穩(wěn)定基巖層后，在下部進(jìn)行內(nèi)擴(kuò)，做鋼筋混凝土壁座，并由下往上一次套壁一次澆筑鋼筋混凝土井頸，井頸上部標(biāo)高與地面基礎(chǔ)平齊。
[0015]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(C)中:在支護(hù)完成好的井筒內(nèi)部，通過澆筑低標(biāo)號為C15~C20的骨料混凝土，骨料粒徑為5_~10_，回填到地面標(biāo)高。
[0016]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(d)中:將反井鉆機(jī)通過地腳螺栓安裝在基礎(chǔ)上，調(diào)整反井鉆機(jī)機(jī)架與基礎(chǔ)面垂直度，安裝地腳螺栓，這樣可以有效地防止鉆孔偏移震動對鉆桿鉆頭等設(shè)備損壞；澆筑二次混凝土，混凝土達(dá)到28天強(qiáng)度的40%后開始鉆進(jìn)導(dǎo)孔。
[0017]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(e)中:使用ZFY5.0 / 600型反井鉆機(jī)并用Φ318鉆桿帶動三牙輪鉆頭鉆鑿導(dǎo)孔，鉆進(jìn)過程利用泥漿泵將鉆井液通過鉆桿輸送到三牙輪鉆頭沖洗口，按照壓氣正循環(huán)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(huán)利用；在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，每鉆進(jìn)50m，用測斜儀測量鉆孔的偏斜度，如果偏斜超過5%。，用螺桿鉆具及時(shí)糾偏，保證成孔偏斜率小于I %。導(dǎo)孔的作用是將鉆具下放到下水平，以便連接擴(kuò)孔鉆頭。導(dǎo)孔破巖量雖然只占總破巖量的2.5%左右或更小，但導(dǎo)孔鉆進(jìn)關(guān)系到鉆孔的質(zhì)量，是反井施工的關(guān)鍵，導(dǎo)孔的垂直度決定了鉆孔的偏斜率。
[0018]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(f)中:在導(dǎo)孔鉆進(jìn)的同時(shí)，將將擴(kuò)孔鉆頭和鉆頭拆裝工具，通過下部巷道運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定位置；當(dāng)導(dǎo)孔鉆透到下部巷道以后，通過井上井下聯(lián)系，上下配合將導(dǎo)孔鉆頭拆下，安裝上大直徑擴(kuò)孔鉆頭；擴(kuò)孔鉆頭上的破巖滾刀在鉆桿拉力和扭矩驅(qū)動下，對巖石進(jìn)行擠壓、沖擊破碎巖石，形成鉆孔；巖屑靠自重落到下水平巷道，用皮帶機(jī)或裝載機(jī)運(yùn)走；擴(kuò)孔時(shí)通過鉆桿進(jìn)入鉆頭中心管，通過噴嘴冷卻破巖滾刀。
[0019]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在步驟(g)中:反井鉆井成井后，利用加設(shè)的井架和提絞設(shè)備，井筒內(nèi)設(shè)置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)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，澆筑井壁；對于穩(wěn)定地層，利用進(jìn)行錨桿噴漿支護(hù)，完成井筒全部作業(yè)。
[0020]上述局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，作為初襯的混凝土坍落度為8cm。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明的技術(shù)方案將鉆機(jī)基礎(chǔ)坐落在穩(wěn)定基巖之上，確保鉆機(jī)、鉆桿等主要部件的安全，保證了工程順利實(shí)施。地層變形控制好，較好減少了地層沉降對風(fēng)機(jī)機(jī)房設(shè)備、既有安全出口和風(fēng)道的影響。
[0023]本發(fā)明局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，在反井鉆機(jī)進(jìn)場前預(yù)先對軟弱地層進(jìn)行開挖、置換、加固、預(yù)支護(hù)，以增強(qiáng)地基承載力或控制地表不均勻變形，安全的完成反井鉆井。適用于反井上部基巖軟弱、風(fēng)化、不穩(wěn)定，難以支撐反井鉆機(jī)自重和擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)對地層的壓力，或者上部地層有風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、安全通道等對地表不均勻沉降敏感結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明解決了普通法鑿井機(jī)械化水平低、勞動力投入多、工作環(huán)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(kuò)孔成井，避免了多次刷井，工序復(fù)雜、施工速度慢、施工成本高等問題，同時(shí)減少了工人勞動強(qiáng)度和進(jìn)行作業(yè)時(shí)間，提高安全度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝的開挖施工示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝的澆筑混凝土施工示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝導(dǎo)孔完成后的擴(kuò)孔施工示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1至圖3所示，本實(shí)施例一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝在山西晉城市王臺鋪煤礦進(jìn)行輔助回風(fēng)井反井施工試驗(yàn)，包括如下步驟:
[0030](a)地質(zhì)資料分析
[0031]分析地質(zhì)、設(shè)計(jì)部門提供的地質(zhì)資料，施工之前在井筒附近打工程檢查孔，并收集臨近開鑿的井筒或其它基礎(chǔ)工程和水井的地質(zhì)及水文情況【本發(fā)明技術(shù)方案適用于當(dāng)表土層或不穩(wěn)定地層厚度在30m之內(nèi)時(shí)，下部巖石穩(wěn)定，且用水量不超過20m2 / h的情況】。
[0032](b)地層開挖
[0033]采用人工開挖或者小型挖掘機(jī)開挖，矸石裝入吊桶提吊到地面堆放，并運(yùn)出場地；采用噴射混凝土作為初襯，混凝土中粗骨料與細(xì)骨料按照質(zhì)量比為1:4的比例攪拌均勻，并按0.4水灰比加水進(jìn)行攪拌，拌好的混凝土坍落度為8cm，用噴射機(jī)進(jìn)行噴射；待挖到穩(wěn)定基巖層后，在下部進(jìn)行內(nèi)擴(kuò)，做鋼筋混凝土壁座，并由下往上一次套壁一次澆筑鋼筋混凝土井頸，井頸上部標(biāo)高與地面基礎(chǔ)平齊。
[0034]開挖提絞設(shè)備包括汽車起重機(jī)、三角架和簡易龍門架。用汽車起重機(jī)提升井下矸石，它是移動式的提升設(shè)備，機(jī)動靈活，不必另立井架，井口布置簡單。由于汽車起重機(jī)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，并連接成一整體，管子底部焊一 IOmm左右厚的鋼板，用螺栓與基礎(chǔ)固定。三角架高度根據(jù)提升要求確定，使用Im3左右的吊桶，適用于提升高度小于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(hù)完成好的井筒內(nèi)部，通過澆筑低標(biāo)號為C15~C20的骨料混凝土，骨料粒徑為5mm~IOmm,回填到地面標(biāo)高。
[0037](d)安裝反井鉆機(jī)
[0038]將反井鉆機(jī)通過地腳螺栓安裝在基礎(chǔ)上，調(diào)整反井鉆機(jī)機(jī)架與基礎(chǔ)面垂直度，安裝地腳螺栓，澆筑二次混凝土，混凝土達(dá)到28天強(qiáng)度的40%后開始鉆進(jìn)導(dǎo)孔。
[0039](e)導(dǎo)孔鉆進(jìn)[0040]使用ZFY5.0 / 600型反井鉆機(jī)并用Φ318鉆桿帶動三牙輪鉆頭鉆鑿導(dǎo)孔，鉆進(jìn)過程利用泥漿泵將鉆井液通過鉆桿輸送到三牙輪鉆頭沖洗口，按照壓氣正循環(huán)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(huán)利用；在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，每鉆進(jìn)50m,用測斜儀測量鉆孔的偏斜度，如果偏斜超過5%。，用螺桿鉆具及時(shí)糾偏，保證成孔偏斜率小于1%。
[0041](f)擴(kuò)孔鉆進(jìn)
[0042]在導(dǎo)孔鉆進(jìn)的同時(shí)，將將擴(kuò)孔鉆頭和鉆頭拆裝工具，通過下部巷道運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定位置；當(dāng)導(dǎo)孔鉆透到下部巷道以后，通過井上井下聯(lián)系，上下配合將導(dǎo)孔鉆頭拆下，安裝上大直徑擴(kuò)孔鉆頭；擴(kuò)孔鉆頭上的破巖滾刀在鉆桿拉力和扭矩驅(qū)動下，對巖石進(jìn)行擠壓、沖擊破碎巖石，形成鉆孔；巖屑靠自重落到下水平巷道，用皮帶機(jī)或裝載機(jī)運(yùn)走；擴(kuò)孔時(shí)通過鉆桿進(jìn)入鉆頭中心管，通過噴嘴冷卻破巖滾刀。
[0043](g)井壁支護(hù)
[0044]反井鉆井成井后，利用加設(shè)的井架和提絞設(shè)備，井筒內(nèi)設(shè)置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)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，澆筑井壁；對于穩(wěn)定地層，利用進(jìn)行錨桿噴漿支護(hù)，完成井筒全部作業(yè)。
[0045]表1山西晉城市王臺鋪煤礦輔助回風(fēng)井反井施工試驗(yàn)
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，包括如下步驟: (a)地質(zhì)資料分析； (b)地層開挖； (C)混凝土回填； (d)安裝反井鉆機(jī)； (e)導(dǎo)孔鉆進(jìn)； (f)擴(kuò)孔鉆進(jìn)； (g)井壁支護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(a)中:分析地質(zhì)、設(shè)計(jì)部門提供的地質(zhì)資料，施工之前在井筒附近打工程檢查孔，并收集臨近開鑿的井筒或其它基礎(chǔ)工程和水井的地質(zhì)及水文情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(b)中:采用人工開挖或者小型挖掘機(jī)開挖，矸石裝入吊桶提吊到地面堆放，并運(yùn)出場地；采用濕噴機(jī)噴射混凝土作為初襯，在混凝土中粗骨料與細(xì)骨料按照質(zhì)量比為1:4的比例攪拌均勻，并按0.4-0.5水灰比加水進(jìn)行攪拌，拌好的混凝土用噴射機(jī)進(jìn)行噴射；待挖到穩(wěn)定基巖層后，在下部進(jìn)行內(nèi)擴(kuò)，做鋼筋混凝土壁座，并由下往上一次套壁一次澆筑鋼筋混凝土井頸，井頸上部標(biāo)高與地面基礎(chǔ)平齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(c)中:在支護(hù)完成好的井筒內(nèi)部，通過澆筑低標(biāo)號為C15~C20的骨料混凝土，骨料粒徑為5mm~IOmm,回填到地面標(biāo)高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(d)中:將反井鉆機(jī)通過地腳螺栓安裝在基礎(chǔ)上，調(diào)整反井鉆機(jī)機(jī)架與基礎(chǔ)面垂直度，安裝地腳螺栓，澆筑二次混凝土，混凝土達(dá)到28天強(qiáng)度的40%以上后開始鉆進(jìn)導(dǎo)孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(e)中:使用ZFY5.0 / 600型反井鉆機(jī)并用Φ 318鉆桿帶動三牙輪鉆頭鉆鑿導(dǎo)孔，鉆進(jìn)過程利用泥漿泵將鉆井液通過鉆桿輸送到三牙輪鉆頭沖洗口，按照壓氣正循環(huán)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(huán)利用；在導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，每鉆進(jìn)50m，用測斜儀測量鉆孔的偏斜度，如果偏斜超過5%。，用螺桿鉆具及時(shí)糾偏，保證成孔偏斜率小于I %。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(f)中:在導(dǎo)孔鉆進(jìn)的同時(shí)，將將擴(kuò)孔鉆頭和鉆頭拆裝工具，通過下部巷道運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定位置；當(dāng)導(dǎo)孔鉆透到下部巷道以后，通過井上井下聯(lián)系，上下配合將導(dǎo)孔鉆頭拆下，安裝上大直徑擴(kuò)孔鉆頭；擴(kuò)孔鉆頭上的破巖滾刀在鉆桿拉力和扭矩驅(qū)動下，對巖石進(jìn)行擠壓、沖擊破碎巖石，形成鉆孔；巖屑靠自重落到下水平巷道，用皮帶機(jī)或裝載機(jī)運(yùn)走；擴(kuò)孔時(shí)通過鉆桿進(jìn)入鉆頭中心管，通過噴嘴冷卻破巖滾刀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，在步驟(g)中:反井鉆井成井后，利用加設(shè)的井架和提絞設(shè)備，井筒內(nèi)設(shè)置吊盤，通過配備一套單鉤提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)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，澆筑井壁；對于穩(wěn)定地層，利用進(jìn)行錨桿噴漿支護(hù)，完成井筒全部作業(yè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種局部開挖預(yù)支護(hù)反井鉆井工藝，其特征在于，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(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】劉志強(qiáng), 譚昊, 姜浩亮, 荊國業(yè), 李英全, 王曉健, 程守業(yè) 申請人:北京中煤礦山工程有限公司