板集煤矿钻井井筒钻进效率影响因素分析.pdf

第 3 O卷第 6 期 2 0 0 9年 1 2月 建 井 技 术 M I NE CONSTRUCT1 0N TECHN0L0GY Vo L 3O NO． 6 De c ． 2 00 9 板集煤矿钻井井筒钻进效率影响因素分析 江开尧 国投新集能源股份有限公 司， 安徽 淮南 ， 2 3 2 1 7 1 摘 要 根 据板 集煤矿 井 筒钻井施 工 情况 ， 分 析 了钻 进效 率与钻 进深 度 、 钻进 直径 破 岩 面 积 及钻进 地层 岩性 特征 间的 关系 ， 并 对钻 井法施 工适用 条件提 出 了看法 。 关键词 钻 井法 ； 钻进 效率 ； 影响 因素 ； 分 级扩孔 中 图分 类 号 TD2 6 5 ． 1 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 2 6 0 2 9 2 0 0 9 0 6 0 0 2 0 0 3 1 工 程概 况 板 集煤 矿是 国投新 集能 源有 限公 司新 区建 设 的第 2对 矿 井 ， 立 井 开 拓 方 式 ， 设 计 生 产 能 力 3 ． O Mt ／ a ， 设计水 平 一7 3 5 m。矿 井 主 、 副 、 风 3个 井筒设 计有 效直径 分别 为 5 ． 8 ， 7 ． 0和 6 ． 5 m， 表 土 段 和部 分基岩 段 均 采用 钻 井 法 施工 ， 钻 井 深 度 分 别 为 6 6 0 ， 6 4 0和 6 5 6 m。主 、 副 、 风 3个 井 筒 均 于 2 0 0 5年 1 1月 开 工 ， 分 别 于 2 0 0 7 - 0 8 - 2 3 ， 2 0 0 7 - 1 0 0 1和 2 0 0 7 0 6 1 2钻进 到设计 深度 ， 成井 日期分别 为 2 0 0 7 1 1 - 1 2 ， 2 0 0 7 一 l 1 2 7和 2 0 0 7 0 8 1 8 ， 井 筒偏 斜 值均 优于 规 范 规定 的标 准 。其 中 ， 副井 钻 径 达 1 0 ． 8 m， 主井 钻井深 度达 6 6 0 m， 国内外 均无 先例 ， 创 造 了钻井法 凿井 施工 新纪 录 。 主井 表 土 层 厚 5 8 4 ． 1 0 m， 其 中砂 层 累 计 厚 3 1 5 m， 砂 质粘 土层 累计 厚 2 3 8 ． 8 5 m， 其 他 砾 石 层 等厚 3 0 ． 2 5 m； 钻 井段 基 岩厚 7 5 ． 9 m， 其 中基 岩 风 化带厚 2 5 ． 3 m。副 井 表土 层 厚 5 8 0 ． 9 3 m， 其 中砂 层 累计 厚 3 4 6 ． 6 3 m， 粘 土层 累计 厚 2 3 4 ． 3 m； 钻 井 段 基岩 厚 5 9 ． 0 7 m， 其 中基 岩 风 化 带 厚 1 8 ． 6 0 m。 风 井 表 土 层 厚5 8 3 ． 8 m，其 中 砂 层 累 计 厚 3 4 7 ． 8 5 m， 砂 质粘 土层 累计厚 2 1 5 ． 1 5 m， 其他 砾 石 层等厚 2 0 ． 8 m； 钻井段 基 岩厚 7 2 ． 2 m。 2钻 井施 工情 况 主 、 风井 井筒 采 用 L 4 0 ／ l O 0 0型钻 机 钻 进 ， 分 级 扩孑 L ， 压气 反循 环洗井 。钻 机主要 技术 参数 钻 进 深度 8 0 0 m， 最 大钻进 直 径 1 0 m。 副井井筒采 用 AS 1 2 ／ 8 0 0型钻机钻进 ， 也是 分 级扩 孔 ， 压气 反循 环洗 井 。该 钻 机为 国内制造 ， 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 1 2 首次 应用 。钻 机 主要 技 术 参数 钻 进 深 度 8 0 0 m， 最 大钻进 直径 1 2 m。 主井 超前 钻 4 ． 0 m 破 岩 面 积 1 2 ． 5 7 m ， 平 均 日进尺 2 ． 9 7 m。一级 扩孔 6 ． 8 m， 6 2 4 ． 1 l m 深 以内 破 岩 面 积 2 3 ． 7 4 m ， 平 均 日进 尺 2 ． 7 3 7 m。 二 级 扩 孔 9 ． 5 m6 2 4 ． 1 l m 深 以 内 破 岩 面 积 3 6 ． 3 2 m ， 平 均 日进 尺 2 ． 1 0 9 m； 6 2 4 ． 1 l m 深 以下 破岩 面 积 5 8 ． 3 2 m 此 段 直 接 打 声 9 ． 5 m 钻 孔 ， 未 打 6 ． 8 m 钻孔 ， 平 均 日进 尺 0 ． 4 5 6 m。 风井超 前 钻 4 ． 0 m 破 岩 面 积 1 2 ． 5 7 m。 ， 平 均 日进 尺 3 ． 1 4 m。一 级 扩 孔 8 ． 0 m 破 岩 面 积 3 7 ． 6 8 m ， 6 2 5 ． 9 1 m 深 以 内平 均 日进 尺 1 ． 7 3 4 m， 6 2 5 ． 9 1 m 深 以下 平均 日进 尺 0 ． 4 1 8 m。二 级 扩孔 9 ． 8 5 m 破 岩面 积 2 5 ． 9 2 m ， 6 2 5 ． 9 1 m 深 以 内平 均 日进 尺 2 ． 9 3 9 m， 6 2 5 ． 9 1 m 深 以下 平 均 日进 尺 0 ． 45 6 m 。 副井超前 钻 5 ． 0 m 破 岩 面积 1 9 ． 6 3 r n 2 ， 平 均 日进 尺 2 ． 5 6 m。 一 级 扩 孔 8 ． 2 m 破 岩 面 积 3 3 ． 1 8 m。 ， 平均 日进 尺 2 ． 0 4 5 m。二级扩；f L l O ． 8 m 破岩 面积 3 8 ． 8 0 m ， 平均 日进尺 1 ． 4 5 7 m。 3钻 进效 率影 响 因素 分析 钻井 法施工 中， 钻 井设备 的选 用 、 操 作人员 素 质 、 施 工 管 理水 平 、 钻 进地 层 岩性 、 钻 进 过程 中各 种参 数 的选 用及 调整 、 事故处 理 能力等 ， 都会对 钻 进效 率产 生影 响 。一 般来 说 ， 实践 经 验 丰富 的 钻 井专 业施 工队伍 到 了一个 新 的地 区 ， 经过 一 段 时 间摸索之后 ， 所有人为 因素对钻进效率的影响便 会降到最小 ， 而最终反映在对钻进效率的影响上 ， 将是 比较 客观 和 有 规律 可 循 的 。现 以主 、 副 井 为 第 6期 江开尧 板集煤 矿钻井井 筒钻进效率影响因素分析 2 1 例 ， 对 钻进 效率 影响 因素进 行分 析 。 3 ． 1 主 井 井筒 量 ＼ 需 较 稍 撂 b g ＼ { Il L 鬏 姆 a 超前钻进 耋 ＼ 得 较 g ＼ 聪 嚓 主井钻进效率、 深度对 比曲线见 图 l ， 钻进效 率 曲线 见 图 2 。 g ＼ 褥 较 制 撂 b 一级扩孔 c 二级扩孔 图 1 主井钻进效率 、 深度对 比曲线 A一钻进效率 ； B ～ 累计 深度 g ＼ 媾 Ⅲ 氍 图 2 主井 钻进 效率曲线 A超前钻进 ； B 一一级扩孔 ； c 一二级扩孔 3 ． 1 ． 1 超 前钻 图 1 a 1 井 深 4 6 0 m 以下 表 土 层 受 砂 层 固结 强 度 增加 的影 响 ， 钻 进效 率 明显 下 降 。 2 井 深 5 8 4 ． 9 3 m 处 为表土 与基岩接 合部 位。基岩风化带段钻进效率和表土段基本相同， 该 段对 钻进 效率基 本 没有影 响 。 3 井 深 6 2 1 ． 5 5 ～6 3 8 ． 6 5 m 段 地 层 为坚 硬 的 中砂岩 厂 1 0 ， 钻进速度较慢 ， 钻进效率仅为其 他 地段 的 2 O ～2 5 。 3 ． 1 ． 2一 级扩孔 图 1 b g ＼ 噩 暖 1 井 深超 过 4 0 0 m 后 的 表 土层 ， 由于 砂层 致 密 ， 固结 强 度 明显 增 加 ， 类 似 砂岩 ， 钻 进 时 刀具 磨 损 较 为 严 重 ， 钻 进 效 率 比 4 0 0 m 以 内 约 下 降 了 21 。 2 石 英 砂 岩 段 钻 进 效 率 约 为 表 土 段 的 2 4 ， 与超前钻降幅大致相 同。原 因主要是砂岩 硬 度 大 、 裂 隙 发 育 ， 易 片 帮 ， 易 发 生 卡 钻 、 跳 钻 现 象 。提钻检修时， 常发现导 向装置和钻头体上方 覆盖有片帮掉落的大块岩石。这部分岩块常会导 致出现卡钻现象 ， 或引发卡、 蹩导向装置事故 ， 使 2 2 建井技 术 2 0 0 9年第 3 O卷 导 向装置 整体 落架 、 散架 。 当工 作面有 岩 块 脱 落 时 ， 常会 导 致 出 现 跳钻 现 象 ， 其 结果会 使钻 压集 中在某 一刀 具上 ， 造 成该 刀具 、 刀 座 的损坏 或 脱 落 。若 脱 落 的刀 具 滞 留在 工 作面 ， 还会进 一 步影 响其 他 刀具 的正常工 作 。 3 ． 1 ． 3二级扩 孔 图 1 c 头 1个月钻进效率非常高 ， 主要原因是前 近 1 6 0 m 的所 有 钻 屑 都 被 充 填 到下 面 的孑 L 中去 了 ， J 。 g ＼ 褂 较 撂 巨 ＼ 脊 较 制 擐 a 超前钻进 b ￡ ＼ 褂 较 { 封 擐 g ＼ 嚓 曼 ＼ 爵 较 { 封 撂 不 需要 由 泥浆 携 带 到 地 面 。 当钻 进 到 接 近 基 岩 时， 钻进效率反而提高。说 明钻进效率并不完全 由深度 决定 ， 岩性 是主导 因素 ， 深度 次之 。 图 2反 映了 主井钻进 效率 与工期 之 间的对应 关 系 。从 图中可见 ， 平均 效率越 低 ， 工期越 长 。 3 ． 2 副 井井筒 副 井钻进 效 率 、 深度 对 比曲线见 图 3 ， 钻 进效 率 曲线 见 图 4 。 b 一级扩孔 有效钻进时间 ／月 c 二级扩孔 图 3 副井钻进效率 、 深度对 比曲线 A钻进效率 ； B 一 累计深度 暑 ＼ Ⅲ 氍 有效钻进时间 ／月 图 4 副井钻进效率曲线 A一超前钻进 ； B 一一级扩孔 ； C 一 二级扩孔 3 ． 2 ． 1 超 前钻 图 3 a ． 1 前期钻进效率不高 ， 主要原因是副井使用 新 型钻机钻 进 ， 操 作 人员在 人机磨 合期 间 ， 没 有很 好地 掌握钻 机性 能 ， 不 能孰 练操作 钻机 。 E ＼ 嚓 2 井 深 6 1 0 ． 6 ～ 6 2 7 ． 1 5 m 处 的 坚 硬 中 砂 岩 段 钻进效 率更低 ， 只有 之前 的 1 2 左 右 。 3 ． 2 ． 2一级扩 孔 图 3 b 下 转 2 5页 O O O O O O O O 0 0 m ∞ 跚 ∞ ∞ 们 ∞ 加 0 0 O O 0 O 0 0 O O 0 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O O O 0 O 0 O O O O O 9 8 7 6 5 4 3 2 1 第 6期 周华群 快速强化冻结法施工 动态设计 方法 初探 2 5 方 面所存 在 的不足 ， 为掘 砌创 造 良好 的施 工条 件 。 此外 ， 由于地层 条件 和施 工情 况 的复杂 多变 ， 井筒 冻 结设计 不可 能完 全符合 施工 实 际情况 。因此 在 井筒施工中， 应根据实时监测情况 ， 及 时对设计参 数进 行修 正和 对 冻结 壁 状 态 进行 预测 预 报 ； 必 要 时可调整冻结和掘砌施工参数， 以确保井筒施工 顺利 进行 。 建设学术会议论文集 [ c] ．西安 西 安地 图出版社 ， 2 0 0 7 。 1 6 5 1 6 8 ． [ 3 ] 李功洲 ， 楼根达 ， 王 长生． 我 国地 层冻结技 术发展现状 与展望 [ A] ．煤炭科 学研 究总 院北京建 井研究 所． 矿井建设 现代 技 术理 论与 实践论 文集E c] ．北京 煤 炭工 业 出 版社 ， 2 0 0 5 ． 3 7． [ 4 ] 楼根达． 深井快速强化冻结技 术综述 [ A] ．煤炭科 学研究总院 北京建井研究所 ．矿井建设现代技术理论与实践论文集[ C ] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 5 ． 5 6 6 2 ． L 参 考 文献 J 作 者 简 介 [ 1 ] 北京建井所编． 煤 矿冻结法凿井[ M] ．北京 煤炭工韭出版社 ， 1 9 8 6 ． 15 ． N4 1 9 6 9 - ， 男 ， 江 苏泰 州人 ， 高级 工 程师 。1 9 9 1年 7 [ 2 ] 李 长忠 ， 赵玉明 ， 郭垒 ． 信 息化技术在深厚 冲积 层冻结法施 月毕业于中国矿业 大学矿井建设专业 ， 现任北京中煤矿 山工程有 工 中的应用[ A ] ．周兴 旺， 曾宪桃 ， 余 永强 ． 2 0 0 7年全 国矿山 限公司党总支书记 、 副总经理 ， 已发表科技论文 1 0余篇。 上 接 2 2页 1 井深 5 3 0 ～5 6 0 m 段 内有 1 层 含 砾 石 坚硬 砂层 ， 刀 具 磨 损 比较 严 重 ， 提 钻检 修 频 繁 ， 直 接 影 响 了该段 钻进效 率 。 2 深部石英 砂 岩 由于 十分坚 硬 ， 该 段钻 进效 率急 剧下 降 。 3 ． 2 ． 3二 级扩孔 图 3 c 前 两级 钻进 中 ， 施 工 比较 正 常 。但 进 入 二 级 扩孔钻 进后 ， 由于钻头 直径 加大 到 了 1 0 ． 8 m， 发 现 不 能正 常钻进 了 要么钻 不进 去 ， 要 么 蹩钻 、 卡钻 。 后来经 对钻 头进 行 反 复 改进 ， 如 采取 从 开 放 到 封 闭钻头 ， 以及 把原 来 的从 双层 钻杆 管 壁 中间 进压 气改为管内增加 内压气管 的进压气方式等措施 ， 才 使问题 得到解 决 。 图 4反映了副井钻进效率与工期之间的对应 关 系 。从 图 中可见 ， 和主 井规 律相 同 ， 也 是平 均效 率越 低 ， 工期越 长 。 4 结 论 1 在 其他条 件 相 同的情况 下 ， 随着 钻进 深度 的增加和钻进直径 的增大 ， 总体钻进效率呈下降 趋势 。 2 表 土段砂 层 中的砾 石 、 鹅卵石 对 刀具损 害 较大 ， 直接 影 响钻 进 效 率 。坚 硬 致 密砂 层 比风 化 泥 岩 、 砂 质 泥岩更 难钻 进 。 3 钻井法施工中， 钻进效率并不完全 由深度 决定 ， 岩 性是 主导 因素 ， 深度 次之 。 4 钻井 法施 工 更 适 用 于 表 土层 及 基 岩 风 化 带 ； 对于 质地 坚硬 的砂 岩尤 其不适 用 ， 否则钻 进效 率太 低 。 作 者 简 介 江开尧 1 9 6 2 一 ， 男 ， 高级工程 师。1 9 8 7年 7月 毕业于安徽 理工大学 ， 一直从事煤矿生产 和建设 技术及 管理工作 ， 现为板集 煤矿 副 总 工程 师 。 内蒙古阿拉善左旗 发现一大型优质焦煤矿床 内蒙古地矿局 日前在阿拉 善盟 阿拉善左 旗境 内发现 了一处大型优 质 焦煤 矿床 ， 预计 焦煤 资 源储 量将 达 到 3 亿 t 。该项 目由内蒙古 地矿局 直属 地质 工程 有 限责任 公 司负责勘查 ， 现已进入 扩大预查 和局 部普查阶段 。 该大型优质焦 煤矿 床位 于 阿拉善 左旗 黑 山 ， 预查 阶 段 已 完 成 钻 探 工 作 量 5 1 2 2 ． 6 3 m。现 已 完 成 的 5个 钻 孔 钻探 施 工 中均 见 到 了煤 ， 最 大单 层 可采 厚 度 为 0 ． 7 ～ 4 ． 7 2 m。根据二维地震资料 和钻探结果 ， 预查 范围将扩 大 至 1 O 0 0 k m。 。预计随着 勘查工 作 的进一 步深化 ， 焦 煤资 源储量有望 达到 3 亿 t 。该 矿床成煤 时代为 石炭纪 ， 煤 系 地层被二叠系 、 三 叠系地 层所 覆盖 。现 已初步 查 明了煤 田勘查区的构造 形态、 含煤地 层分布 范围 、 煤层层 数和埋 藏深度 ， 基本 确 定 了煤 类 、 煤 质 特征 及其 他 有 益矿 产 情 况 ， 为下一步详查工作奠定 了基础 。 建信 2 5 M2型 连 续 采 煤 机 C o a l Ag e 2 0 0 9年 第 9期报 道 ， 布塞 鲁斯 公 司新 近 推出 了新型房柱式采掘设备 2 5 M2 型连续采煤机 ， 适用 于 中厚煤层 。它 可从工 作 面顶部 掏槽 ， 向下一 直截 割到 底 板 ； 截 割 下 来 的煤 由 1个 离 心 式 装 载 臂 杆 集 料 头 头 部 可 更换 装到运 输机 上 。该 连续 采煤机 装 备有 变频 驱动牵 引系统 和宽履 带 ， 可提供最 大牵 引力 和较低 的接地 压力 。 截 割 头 电机 功 率 5 o o h p ， 装 机 总功 率 8 8 8 h p ， 装 载 能 力 2 5 t ／ mi n ， 牵 引速度 2 1 ． 6 m／ mi n ， 可以任选无线 电遥控 和图 像显示控 制装 置。除尘 装置 可 根据机 器进 水 口位置 ， 布 置在一侧 或顶 部。 光宁