1、800m冻结钻孔质量控制冻结钻孔质量控制中煤矿建集团淮南工程处中煤矿建集团淮南工程处成中海成中海 冯海冯海. . .1 工程概况工程概况 杨村煤矿位于淮南市凤台县杨村乡境内，由国投新集能源股份公司投资建设。该矿设计年生产能力5.0MT/a，采用立井开拓。风井井筒表土段及部分基岩段采用冻结法施工，冻结深度800 m，为当期国内之最。该井设计四排冻结孔，整井钻孔计168个，总工程量为106444m。. . .序 号项 目 名 称单 位参 数1净直径m7.82表土层厚度m538.93冻结深度m8004井壁最大厚度m2.3535井壁结构表土段钢筋混凝土基岩段素混凝土井筒主要技术特征表. . . 杨村煤
2、矿风井冻结孔平面布置图. . .2 井筒地层条件井筒地层条件1）深厚表土层 厚达538.9m的新生界松散层，为深厚表土地层，主要由砂层、粘土层和砾石组成，其中砂层计352.1 m，单层厚度在10m以上有11层，最厚为32.6m；粘土计186.8m，单层厚度在10m以上有5层，在埋深406448.0m为一特厚粘土层，遇水膨胀缩径；底部还有5.2m厚的砾石层。. . . 2）不稳定的下第三系红层 垂深538.9656.8m为下第三系红层，厚度117.90m，主要由粉砂岩、细砂岩构成。砂岩累计厚度达100.90m，占总厚度的85.6%，以泥质胶结为主，一般岩性固结较差，节理、裂隙发育， RQD通常0
3、30%，少数为7090%，岩样水浸试验多崩解和碎裂，仅少数稳定。有的砂岩层中含有3050的石英砂岩细中砾。红层底部有一层4.7m的含砾砂岩，以粒径大于80mm的石英砂岩粗巨砾为主，砾石铁钙质胶结，致密、坚硬，但岩层呈松散状。. . . 3）破碎、坚硬、裂隙发育的二叠系地层 垂深656.8800.0m为二叠系地层，厚度143.2m，由泥岩、砂质泥岩和各级砂岩组成。该段岩体普遍具裂隙发育，部分岩层呈高角度斜切裂隙，极发育。本段以各类砂岩为主，且砂岩处于碎裂结构状态，岩石的抗压强度在7.5 72.5MPa。 4）部分冻结孔施工区域的地层前期注浆施工的扰动，地下还有注浆套管及被封埋的事故钻具。. .
4、. 施工难点：施工难点： 表土深厚，设计孔深大，单孔钻进时间长，加之多圈孔施工，会对地层产生很大的扰动，砂层孔壁更难稳定，会发生串浆和塌孔，增大了埋钻、钻具滑入邻孔造成打穿冻结孔管的风险；在粘土层中钻进易泥包钻头而引起孔斜，特别在膨胀性粘土中还会发生缩径卡钻事故；红层遇水崩解会引发埋钻，遇到砾石钻进会发生大的偏斜；破碎、坚硬、高裂隙发育的二叠系地层，更易发生孔斜和卡钻事故；超深钻孔纠偏的难度更大，偏斜控制的难度也加大。. . .3 钻孔质量要求钻孔质量要求 1）钻孔偏斜采用靶域控制，表土段靶域半径0.7m，表土底板至667m靶域半径1.0m，667m以下靶域半径1.5m。 2）钻孔表土段径向偏
5、值（内偏）0.7m，基岩段径向偏值（内偏）1.0m。 3）终孔最大孔间距：中排孔冲积层2.8m，表土底板至667m3.4m，667m以下5.0m；外排孔与内排孔表土层3.0m，外排表土层以下3.5m，内排孔表土层以下4.0m。. . .4 钻孔偏斜控制钻孔偏斜控制 控制方法：控制方法：自控与监控相结合，事前、事中与事后控制相结合，防偏与纠偏控制相结合；技术、组织及经济措施多管齐下。. . . 主要控制措施主要控制措施：1）详细收集井筒地质、水文资料，仔细分析地质特征，充分评估钻孔的施工风险和难度，为优选造孔队伍和制定施工方案做好准备。2）根据钻孔施工的难度和质量要求，通过邀请招标，选择具有超深
6、孔施工经验和能力的造孔分包单位，以保证钻孔施工质量。. . .3）由分包单位编制详细、合理的包括施工技术方案、质量管理流程和相关保证措施等内容的钻孔施工组织设计，在经过我单位的严格审批后组织实施，把好事前预控关。4）严格组织实施钻孔施组，并在施工中进一步改进钻孔技术措施，如采用化学泥浆，选用高效钻头等。5）采用定向钻进纠偏，用水泥浆封填不合 格孔段，保证钻孔偏斜质量。. . .6）工程各参与方各施其责，加大过程监测、监管力度，严格控制钻孔质量。单孔终孔由业主、监理及冻结三方共同验收钻孔偏斜。7）技术人员实行全程跟踪，实时监控质量。8）采取经济手段，按月对分包单位考核兑现。9）采用复测方法，逐孔
7、检验偏斜质量，把好竣工验收关。. . .5 控制成效控制成效 整井冻结钻孔偏斜质量有效地控制在冻结设计的指标范围内。 有限元数值模拟分析，预测的冻结温度场发展良好。 整井冻结钻孔分项工程被业主评定为优良工程。 800m超深井冻结钻孔未出现废孔、移位和补孔，创出了同行业最好的工程业绩。. . .整井冻结孔偏斜质量统计表整井冻结孔偏斜质量统计表孔孔 别别 设计值（设计值（m） 最大孔间距（最大孔间距（m）层层 位位 外 排 孔 冲积层 3.02.864 500m 冲积层以下至667米 3.53.076 667m 中 排 孔 冲积层 2.82.757 500m 冲积层以下至667米 3.43.396
8、 667m 667米以下 5.04.570 700m 内 排 孔 冲积层 3.02.928 250m 冲积层以下至667米 4.03.370 667m . . .W 1Z 1N 1F 1F 2 0W 5 7W 5 6W 5 5W 5 4W 5 3W 5 2W 5 1W 5 0W 4 9W 4 8W 4 7W 4 6W 4 5W 4 4W 4 3W 4 2W 4 1W 4 0W 3 9W 3 8W 3 7W 3 6W 3 5W 3 4W 3 3W 3 2W 3 1W 3 0W 2 9W 2 7W 2 6W 2 5W 2 4W 2 3W 2 2W 2 1W 2 0W 1 9W 1 8W 1 7W
9、1 6W 1 5W 1 4W 1 3W 1 1W 1 0W 9W 8W 7W 6W 5W 4W 3W 2Z 5 3Z 5 2Z 5 1Z 5 0Z 4 9Z 4 8Z 4 7Z 4 6Z 4 5Z 4 4Z 4 3Z 4 2Z 4 1Z 4 0Z 3 9Z 3 8Z 3 7Z 3 6Z 3 5Z 3 4Z 3 3Z 3 2Z 3 1Z 3 0Z 2 9Z 2 8Z 2 7Z 2 6Z 2 5Z 2 4Z 2 3Z 2 2Z 2 1Z 2 0Z 1 9Z 1 8Z 1 7Z 1 6Z 1 5Z 1 4Z 1 3Z 1 2Z 1 1Z 1 0Z 9Z 8Z 7Z 6Z 5Z 4Z 3Z 2N 2
10、7N 2 6N 2 5N 2 4N 2 3N 2 2N 2 1N 2 0N 1 9N 1 8N 1 7N 1 6N 1 5N 1 4N 1 3N 1 2N 1 1N 1 0N 9N 8N 7N 6N 5N 4N 3N 2F 1 9F 1 7F 1 5F 1 3F 1 1F 9F 7F 5F 3F 1 8F 1 6F 1 4F 1 2F 1 0F 8F 6F 4F 21 4 9 0 0杨杨 村村 矿矿 风风 井井 冻冻 结结 钻钻 孔孔 偏偏 斜斜 图图 2 4 1 0 0北 3 0 9 0 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 06
11、 0 06 5 07 0 07 5 07 9 55 01 0 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 4 07 9 55 01 0 02 0 01 5 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 4 05 5 06 0 06 5 06 7 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 04 5 06 0 06 5 06 6 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 06 0 06 5 06 6 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04
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26、 57 0 07 5 08 0 05 03 0 03 5 02 5 04 0 04 1 71 5 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 06 0 05 5 05 4 06 5 06 6 74 1 74 0 03 5 03 0 02 5 02 0 01 5 01 0 05 06 5 06 6 76 0 01 0 01 5 03 5 03 0 02 5 04 0 05 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 4 05 5 06 0 06 5 06 7 07 0 07 5 05 01 5 02 5 03 0 04 0 04 5
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