一种在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大直径竖井的成孔施工方法，特别是一种适用于在基岩破碎带地层中利用孔内反循环装置进行成孔的施工方法，属于矿山和市政工程建设技术领域。
【背景技术】
[0002]在矿山竖井工程建设中，多采用机械钻井法配合泥浆循环液钻进成孔，根据钻机设备类型，成孔方式可为一次成孔或分级扩孔成井，泥浆循环方式可为正循环或反循环。对于大直径或超大直径工程竖井，多采用反循环排渣工艺清除钻渣或孔底沉渣。成孔施工时，若地层中存在裂隙，往往会出现大量的泥浆循环液流失，一般采取向孔内投掷如秸杆、稻草、锯末、红土、膨润土、纯碱、聚丙烯酰胺等材料造浆堵漏，但当存在较大的裂隙或破碎带，或连通溶洞和采空区时，以上方法往往达不到堵漏的效果，孔内的泥浆仍会很快流失，造成孔内液面下降，不能满足气举沉没比要求，无法正常采用反循环钻进，从而造成工程无法继续实施。为此，寻找一种适合在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工方法，对于保证施工进度具有积极意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工方法，特别用于地层中存在破碎带、漏浆严重的大直径工程竖井的钻进成孔施工。
[0004]本发明的目的是这样实现的:一种在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工方法，包括以下步骤:
(1)设备准备
配备回转钻机一台、空气压缩机一台及其他辅助设备；
(2)制作孔内反循环钻具装置
钻具装置的结构如下:钻杆顶部为动力头，最下端为钻头，在钻杆外侧套装有由螺旋管弯成的沉渣筒，沉渣筒上端敞口，底部密封，钻杆位于沉渣筒的中心位置，称为沉渣筒钻杆，在沉渣筒上方的钻杆上开有出渣口。
[0005](3)钻具下放，确定风包位置
根据孔内稳定泥浆液面的高度确定出渣口钻杆在孔内的位置，根据钻机提升能力确定沉渣筒钻杆的数量，再连接普通钻杆，底节钻杆连接钻头，利用吊车将钻具向孔内下放至要求深度；将出渣口钻杆与上节普通钻杆的法兰连接处用圆铁板隔挡钻杆内通道，确保钻渣不再往上通过，直接从出渣口顺利排出；
根据孔内泥浆液面稳定高度确定风包的设置位置；
(4)钻进成孔采用液压回转钻机钻进、气举反循环排渣工艺进行工程竖井成孔，将钻具连接钻机，打开空压机，循环泥浆开始钻进，钻渣随泥浆经钻杆到出渣口返出进入沉渣筒，沉渣筒蓄满钻渣后，提钻倒渣，完成一个循环的钻进工作；
重新逐节下放孔内反循环钻具装置，继续钻进至设计位置，完成钻孔。
[0006]本发明取得的有益效果是:
本发明将“出渣口”下移至孔内满足气举沉没比处，使得能在孔内形成反循环工艺，解决了在基岩破碎带中泥浆严重漏失、不能正常反循环钻进的大直径工程竖井成井施工。
【附图说明】
[0007]图1是孔内反循环钻具装置示意图。
[0008]图中标号代表的含义如下:
1、水口 2、钻头3、风包4、沉渣筒5、传扭圈6、出渣口 7、挡板8、钻杆9、风管10、动力头。
【具体实施方式】
[0009]以下实施例用于说明本发明。
实施例
[0010]某煤矿瓦斯井工程，为2 口钻孔直径1200mm，设计孔深320m。采用大型回转钻机一次成孔气举反循环工艺排渣。当钻孔至180m深度时，由于地层中存在未知的裂隙和断层，钻孔开始大量漏浆。先后采取惰性材料堵漏、红土造浆堵漏、高粘度化学泥浆堵漏、正循环钻进、全孔注水泥浆等方法处理，均未取得明显效果，漏浆量约为150-200m3/h。采用直接向孔内加水(约120 m3/h)，边加水边钻进，钻渣在充分破碎后随水流从裂隙中漏走，当钻孔至240m时钻机动力头扭矩增大至220kn.ηι仍无法钻进，孔内沉淀达7m，如继续钻进可能会造成埋钻、卡钻事故，此时孔内水位为200m，无法继续采用反循环工艺钻进。
[0011]使用本发明施工步骤如下:
(I)设备准备
大型液压回转钻机AD-60钻进一台，钻杆采用35铬钼钢铸造，单节长度8m、壁厚20mm、内径366_，法兰直径640_、厚40_，由12条10.9级42_X 190mm螺栓连接，配备RHP825E型空气压缩机一台、MQ-150型龙门吊一台及其他辅助设备。
[0012](2)制作孔内反循环钻具装置
如图1所示，一种用于在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工的孔内反循环钻具装置，主要由钻头2、钻杆8、动力头10、沉渣筒4、传扭圈5、挡板7、风管9等组成。钻杆间采用法兰连接，并用螺栓紧固。沉渣筒4采用长度为6m、直径为1020mm、厚为1mm的螺旋管并套装焊接在普通钻杆8的外侧，且钻杆处于沉渣筒中心，沉渣筒4底和上口分别距离钻杆法兰Im方便螺栓连接，沉渣筒底部用厚1mm钢板焊接密封，沉渣筒4上端敞口并设有支撑板牢固焊接在钻杆上。位于沉渣筒4上方的钻杆8开有出渣口 6，出渣口宽160mm、高280mm，出渣口四周加焊6块高600mm、宽160mm、厚30mm的立式筋板，外面套一个直径800mm、高600mm、厚20mm的加强传扭钢圈，牢固焊接在钻杆壁上以增强钻杆强度。
[0013](3)钻具下放，确定风包位置
根据孔内稳定泥浆液面的高度确定出渣口钻杆在孔内的位置，依据钻机提升能力确定沉渣筒钻杆四节，再连接普通钻杆，底节钻杆连接钻头，利用吊车将钻具向孔内下放至要求深度；将开有出渣口的沉渣筒钻杆与上方的一节普通钻杆的法兰连接处用圆铁板隔挡钻杆内通道，确保钻渣不再往上通过，直接从出渣口顺利排出；
根据孔内泥浆液面稳定高度为200m，确定风包3的设置位置为230m，以满足气举沉没比要求。
[0014](4)钻进成孔
采用大型液压回转钻机钻进、气举反循环排渣的施工工艺，根据孔内稳定泥浆液面的高度确定出渣口钻杆在孔内的位置，用龙门吊辅助钻机小吊吊装钻头2、钻杆逐节连接，将钻杆连接钻机，打开空压机，循环泥浆开始钻进，钻渣随泥浆经钻杆到沉渣筒钻杆的出渣口返出进入沉渣筒4，形成反循环钻进；沉渣筒4蓄满钻渣后，提钻倒渣；重新逐节下放钻具，继续钻进至设计位置，完成成孔。
【主权项】
1.一种在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工方法，其特征在于包括以下步骤: (1)设备准备 配备回转钻机一台、空气压缩机一台及其他辅助设备； (2)制作孔内反循环钻具装置 钻具装置的结构如下:钻杆顶部为动力头，最下端为钻头，在钻杆外侧套装有由螺旋管弯成的沉渣筒，沉渣筒上端敞口，底部密封，钻杆位于沉渣筒的中心位置，称为沉渣筒钻杆，在沉渣筒上方的钻杆上开有出渣口； (3)钻具下放，确定风包位置 根据孔内稳定泥浆液面的高度确定出渣口钻杆在孔内的位置，根据钻机提升能力确定沉渣筒钻杆的数量，再连接普通钻杆，底节钻杆连接钻头，利用吊车将钻具向孔内下放至要求深度；将出渣口钻杆与上节普通钻杆的法兰连接处用圆铁板隔挡钻杆内通道，确保钻渣不再往上通过，直接从出渣口顺利排出； 根据孔内泥浆液面稳定高度确定风包的设置位置； (4)钻进成孔 采用液压回转钻机钻进、气举反循环排渣工艺进行工程竖井成孔，将钻具连接钻机，打开空压机，循环泥浆开始钻进，钻渣随泥浆经钻杆到出渣口返出进入沉渣筒，沉渣筒蓄满钻渣后，提钻倒渣，完成一个循环的钻进工作； 重新逐节下放孔内反循环钻具装置，继续钻进至设计位置，完成钻孔。
【专利摘要】本发明公开了一种在基岩破碎带中的大直径竖井孔内反循环成孔施工方法。包括如下步骤：（1）设备准备；（2）制作孔内反循环钻具装置，钻具装置的结构如下：钻杆顶部为动力头，最下端为钻头，在钻杆外侧套装有由螺旋管弯成的沉渣筒，沉渣筒上端敞口，底部密封，钻杆位于沉渣筒的中心位置，称为沉渣筒钻杆，在沉渣筒上方的钻杆上开有出渣口；（3）钻具下放，确定风包位置；（4）钻进成孔采用液压回转钻机钻进、气举反循环排渣工艺进行工程竖井成孔。本发明为在裂隙或破碎带等漏浆地层中施工大直径竖井提供了新方法，可以解决孔内泥浆流失，液面下降不能反循环排渣钻进的难题，可用于解决地层中存在破碎带、漏浆严重的大直径竖井的成孔问题。
【IPC分类】E21D1/06, E21B17/22, E21B21/00, E21B3/00
【公开号】CN105041197
【申请号】CN201510203173
【发明人】聂庆科, 杨海朋, 孙运青, 刘俊永, 杨征, 雷永生
【申请人】河北建设勘察研究院有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年4月27日