林西矿深部开采充填投料钻孔施工技术研究(1).pdf

第41卷第11期 2018年 11月 煤 炭 与 化 工 Coal and Chemical Industry Vol.41 No.ll Nov. 2018 采 矿 与 井 巷 工 程 林西矿深部开采充填投料钻孔施工技术研究 张 强 唐山开涞林西矿业有限公司，河 北 唐 山063000 摘 要 为了将地面充填站制成的膏体充填材料输送至井下工作面采空区，实现唐山开滦林 西矿业有限公司“ 建下压煤”膏体充填开采，设计施工了投料井钻孔成孔、耐磨管的安放、 壁后充填水泥浆、固定耐磨管等工序。施工时采用分级钻进扩孔、漂浮下沉法安装耐磨管、 P042.5硅酸盐水泥壁后充填等。分析了投料井在施工过程中遇到的难题并给出了解决方法， 为同类型的工程施工提供了借鉴。 关键词充填开采；投料井；泥浆充填 中图分类号TD853 文献标识码 B 文章编号2095-5979 2018 11-0045-03 Study on construction technology of filling and filling for deep mining in Linxi Mine Zhang Qiang Tangshan Kailuan Linxi Mining Corporation Ltd., Tangshan 063000, China Abstract In order to transfer the paste filling material made from the ground filling station to the goaf area of the underground working face, paste filling underground and mining was designed. Holes, wear resistant pipes, wall filled with cement paste, fixed wear-resistant pipe and a series of processes were put forward. During the construction, multi-level drilling and hole reaming, floating sinking , wear-resistant pipe and P042.5 portland cement wall filling were used to achieve good construction quality. At the same time, the difficulties encountered in the construction process of the feeding were solved，providing a reference for the same type of engineering construction. Key words filling mining; feeding well; mud filling 〇 引 言〇 引 言 投料钻井技术是为了将充填所采用的物料如地 面矸石、粉煤灰等固体，从地面运输至井下而研发 的垂直投料系统，即从地面垂直开掘一条投料孔至 井下，并安装投料管作为固体物料的输送通道，固 体物料即可从地面直接投放[M]。投料钻井技术自运 用到煤矿以后，凭借其输料工艺简单易行，同时利 用自然重力下落输料，可大幅度降低矿井垂直、倾 斜运输费用，减少矿井辅助运输设备数量及井口占 用时间等优点0而得到重视。同时一些学者对投料 钻井技术进行了研究和现场施工，取得了一定的成 果。巨峰等m通过研究分析，发现采用多级钻进扩 L、浮板法下管和多种测斜相结合的工艺可确保投 料井施工质量；刘永芳等在麻家梁矿井建设时使 用投料井技术，缩短了矿井建设周期，经济效益明 显；袁存发采用控制成孔工序等一系列技术措施， 实现了投料井的快速施工；张军旗等[ 1 通过对现场 施工研究，提出了投料井施工时的控制要点。随着 技术的发展，矿井充填物也不局限于固体，投料井 运送的物料也发生了变化。通过对林西矿“ 膏体” 投料井现场施工进行研究，分析投料井在施工过程 中遇到的难题，并给出了解决方法。 1施工方案1施工方案 工程位于河北省唐山市古冶区林西矿业有限公 责任编辑郭媛媛 D0I * 10.19286/ki.cci.2018.11.014 作者简介张强（1990） ，男 ，山西大同人。 引用格式张 强.林西矿深部开采充填投料钻孔施工技术研究[J].煤炭与化工，2018, 41 11 4547, 50. 45 2018年第11期 煤炭与化工 第 41卷 司院内，投料井成孔设计中心坐标为（X 399 149.431, Y 94 966.133,地面开孔标高为47.5 m, 井下终孔标高为-449.2 m，投料井深度为 496.7 m。其中表土层厚度约40 m，40 496.7 m 岩层多为石英含量高、硅质胶结的砂岩，倾角大， 硬度髙。根据地质资料情况，设计施工方案及要 求如下。 1 钻孔。回填层段钻孔直径为690 mm、设 计钻进深度为12 m; 覆盖层段钻孔直径620 mm、 设计钻进深度28 m; 基岩段钻孔直径为380 mm, 设计钻进深度为456.7 m。 690 图 1投料丼结构 Fig. 1 Feeding well structure 2 护壁套管安放及壁后充填。回填层段钻 孔完成后，进行护壁套管安放及壁后充填水泥浆， 护壁套管长度为12 m, 直径为680 mm，厚度为5 mm, 壁后充填用P042.5硅酸盐水泥。覆盖层段 钻孔完成后，进行护壁套管安放及壁后充填水泥 浆，护壁套管长度为40 m, 直径为529 mm, 厚度 为 10 mm，壁后充填用P042.5硅酸盐水泥。 3 耐磨管的焊接与安放。耐磨管连接为外 壁焊接，两连接端口有V型坡口，将坡口焊满后， 两根耐磨管连接处焊接3 个 拉 板 （ 长 400 mm, 宽 100 mm, 厚 10 mm。耐磨管外径为219 irnn，内径 为 183 mm, 壁厚18 mm 内壁8 mm耐磨层，外壁 为 10 mm焊接层） ，每节耐磨管长6 m。耐磨管壁 后注浆充填选用42.5 MPa普通硅酸盐水泥。 4 投料井的垂直度要求达到1C，壁后充 填保证投料管无下沉。 2施工过程2施工过程 投料井的施工过程主要包括钻孔施工、垂直 度检测、套管安放及壁后充填、耐磨管安放及壁 后充填。 2.1 钻孔施工2.1 钻孔施工 钻孔施工包括覆盖层段钻孔和基岩段钻孔，钻 孔时采用机械钻井法施工。覆盖层施工时使用 SPS2600型钻机、BW1200A泥浆栗正循环排渣钻 进工艺，根据钻孔直径和钻机性能参数，施工采用 了 令311 mm 作为前导孔，620 mm 和 380 mm 分级扩孔。在扩孔钻进时，钻头的下部加设了 mm牙轮钻头作为导向器进行导向，保证了 扩孔钻进时钻孔的垂直度。 图 2牙轮组合钻头 Fig. 2 Roller combination drill 基岩段钻孔时使用SPS2600型钻机、BW1200A 泥浆泵正循环泥浆排渣、分级扩孔结合高配重全断 面钻进成孔钻进工艺。根据钻孔直径和钻机性能参 数，前导孔钻头采用0311 mm牙轮钻头，扩孔钻 头采用恥80 mm牙轮组合钻头。为了保证钻压数 值正确，在钻机上装设了灵敏的指重表。 2 . 2 垂直度检测2 . 2 垂直度检测 选用CX-5C型测斜仪结合外单位陀螺测斜仪 进行钻孔垂直度的检测。前导孔过程中，每钻进 50 m进行钻孔的测斜，在确认垂直度符合要求后 继续钻进，钻进过程中，发现钻具转动不平稳或可 能发生钻孔倾斜时，增加测斜次数。 2 . 3 套管安放及壁后充填套管安放及壁后充填 套 管 安 放 采 用 钻 机 直 接 吊 放 ，套管直径 529mm、厚度10 mm。套管安放时检测垂直度，满 足要求后再进行焊接。套管下放到预定位置后，封 46 张 强 林西矿深部开采充填投料钻孔施工技术研究2018年 第 11期 a b 图3洽311 mm牙轮钻头和380 mmf孔钻头 Fig.3 f3ll mm cone bit and j380 mm reaming bit 闭好钻杆与套管之间的环状间隙，使用泥桨栗循环 置换环状间隙的泥浆，清洗钻孔孔壁。循环正常 后，泥浆泵通过钻杆向井壁与孔壁环状间隙压注水 泥浆完成充填固井。套管壁后采用纯水泥浆进行充 填，水灰比为0.75,套管壁后充填固井完毕后，关 闭止水阀防止水泥浆倒压回流，稳定8h后割开孔 口封闭板，提出钻杆。 2 . 4 耐磨管安放及壁后充填2 . 4 耐磨管安放及壁后充填 耐磨管直径219 mm, 厚 18 mm, 总重约44.3 t, 采用SPS2600钻机卷扬机直接起吊安放、漂浮 法下放耐磨管。首先将带有浮板的底节耐磨管固定 在井口，然后吊装上节耐磨管，进行焊接连接，直 至下放完全部耐磨管。壁后充填采用1 台容积为6 方水泥浆搅拌设备、1 台BW1200泥浆泵、1 台 3PNL泵。首次注浆之前，利用泥浆泵循环环状间 隙内的泥浆，判断注浆管路是否正常，然后启动揽 拌机搅拌水泥浆液放人储浆池，储浆池贮满后开始 往孔内进行连续注浆，直至水泥浆液面流出井口后 结束注浆。 3施工过程遇到的问题及解决办法3施工过程遇到的问题及解决办法 3 . 1 地质灾害处理3 . 1 地质灾害处理 工程位于1976年唐山大地震震后塌陷后回填 区，钻进5.59 m开始漏浆。用岩层钻孔探测仪观 测孔壁情况，发现孔内上部孔壁存在大量蜂窝麻 面，采用人工向孔内填人煤矸石猹沫、黄粘土、水 泥，后用搅拌机搅拌水泥、煤矸石渣沫、铁粉、速 凝剂的混合料封堵成功。 3 . 2 钻孔需穿过采空区3 . 2 钻孔需穿过采空区 工程地层较为复杂，前导孔命311 mm钻进至 343.2 m时，进入5 煤层采空区施工，采空区泥桨 漏失导致卡钻。采用自制加工携渣钻头和自制管钻 清水顶漏钻进，经反复修改试验携渣钻头和管钻， 最终顺利完成施工任务。 3 . 3 钻具掉入孔内3 . 3 钻具掉入孔内 工程钻孔过程中，出现两次孔内事故，第一次 钻铤脱落孔内，通过精确计算钻具在孔内的尺寸使 用公丝锥一次打捞成功；第二次命127 rrnn钻杆折 断孔内，通过使用母扣丝锥打捞成功。 3 . 4 采空区壁后注浆3 . 4 采空区壁后注浆 由于工程需穿过采空区，地层不连续，注桨不 能一次完成，共分二次完成。第一■次内注架尚度 100 m, 完成后进行第二次外注浆，采用0.75水灰 比，水泥浆中加人骨料进行采空区外注浆，第三次 从孔外下人注浆管，注浆至孔口完成注浆。 4施工质量4施工质量 投料井施工完成后，经检验投料井管直径 219 mm、钻孔深度498.325 m、垂直度，均满足要 求。壁后理论充填量为45.18 m3, 实际充填量为 47 m3，充 填 比 1.04，钻孔垂直度0.6〇 /100 m, 满足设计要求，符合规范规定。巷道打通后，耐 磨管外无漏水现象，耐磨管稳固无下沉取得了较 好施工质量。 5结论5结论 由于工程地质条件复杂，在施工中遇到了许多 困难，如岩层倾角较大、钻孔需穿过采空区、煤层 厚度较大且松散易碎等。经过现场施工分析，为了 保证投料井的施工质量，可得出以下结论。 1 钻孔施工过程中，采用分级扩孔的方法 能够保证钻孔的施工质量。 2 为了保证投料井的垂直度，每钻进一定 下转第5〇页） 47 2018年第11期 煤炭与化工 第 41卷 表 2 有胶结料时充填材料强度实验结果表 2 有胶结料时充填材料强度实验结果 Table 2 Filling material strength test results with cementing material 时间破坏时的最大荷载/kN 抗压强度/MPa 第1天6.810.87 第3天12.211.56 第7天12.311.57 为进一步提高充填效果，保证地表下沉在可控 范围内，对充填体加注膏体进行加固。根据实验结 果，加注膏体加固对于充填开采控制地表下沉将起 到良好的效果。膏体材料选用黄土 专门研制的胶 固粉，在充填相同空间条件下，胶固粉的成本明显 低于水泥，而且膏体材料凝结快，可以很快形成块 体，使充填体强度更快提高。沿空留巷工程也可以 采用膏体材料充填加固，且工艺简单，可操作性 强，因此方案采用膏体材料对充填体进行加固。加 注膏体工作安排在检修班进行。 4结 语4结 语 由综合放顶煤采煤工艺向综合充填开采技术工 艺改变后，可以有效地解放“ 三下”呆滞煤炭，而 且由于采空区充填后基本顶不断裂，没有初次来压 和周期来压，矿山压力显现剧烈程度明显降低，因 此，采用综合机械化充填采煤技术回收压煤消除了 冲击矿压和采空区瓦斯积聚等安全问题。 上接第47页） 深度检测一次，同时采用多种测试方法相结合的方 式，必要时可增加检测次数。 3 采用分级钻孔、漂浮下沉法安装耐磨管 能够取得较好的施工效果。 4 钻孔过采空区时易出现卡钻问题，采空 区壁后充填需分多次完成。 参考文献参考文献 [1] 张文海，张吉雄，赵计生，等.矸石充填采煤工艺及配套设 备研究[J ].采矿与安全工程学报， 2007 , 24 1 79- 83. 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