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白象山铁矿充填钻孔施工工艺
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Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５８３ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２０１７ 现代矿业 总第５８３期 ２０１７年１１月第１１期 Ｍ０ＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＧ 白象山铁矿充填钻孔施工工艺 郝 爽 （马钢（集团）控股有限公司姑山矿业公司） 摘要 白象山铁矿采用充填法进行开采，为将充填料浆自地表充填站输送至井下设计位置， 须设计并施工充填钻孔。分析了在复杂地层条件下充填钻孔定向钻进、百米以下地层处塌孔处理 及护壁、充填管连接及下放等施工工艺流程，供相关研究参考。 关键词 充填法开采钻孔施工 充填孔 定向钻进 复杂地层 岩性为沉积岩，下段岩性为岩浆岩。上段（２５０ ｒｎ深 度以浅）岩性主要为紫红色粉砂岩、泥岩、砂岩类， 因受下段岩浆烘烤，有不同程度的变质，原生构造已 面目全非，硬度一般为４～５级，可钻性较差，上部已 遭风化，裂隙发育，岩石破碎，中、下部的泥岩、粉砂 白象山铁矿位于安徽省当涂县太白镇境内，矿 井采用立井开拓方式，布设主、副、风３个井筒，设计 生产能力２００万ｔ／ａ １ ３。矿区地层主要有三叠系 上统黄马青组（Ｔ，ｈ）、侏罗系中下统象山群（Ｊ ）、 白垩系下统上火山岩组（Ｋ ）以及第四系（Ｑ）冲、坡 积层。三叠系上统黄马青组（Ｔ ｈ）下部杂色岩段的 岩硬度高，岩石较完整，钻进过程中消耗量不大；下 段（２５０ ｍ深度以下）岩性主要为灰白色闪长岩，夹 薄层深灰色磁铁矿，闪长岩经受不同程度风化，硬度 岩性为青灰色一暗灰紫色细砂岩、粉砂岩和灰绿色 含铁粉砂质页岩，厚度为２０５～２８７．０７ ｍ，为矿区主 要的赋矿层位；上部红色岩段的岩性为浅紫色粉砂 岩和砖红色一紫色黏土岩，厚度为２６８．８～３００．９８ 不高，遇水易膨胀、崩解坍塌，造成钻孔缩径或岩粉 增多，在该层段钻进过程中，水量消耗增加，往往达 到１．１～２．５ ｍ ／ｈ。 ｍ。侏罗系中下统象山群（Ｊ ）岩性为中粗粒长 石石英砂岩、灰白色含砾粗砂岩及石英砂岩、底砾 岩，厚度为２０８．８５～４３４．４１ ｍ。白垩系下统上火山 岩组（ ）岩性为安山岩、安山质角砾熔岩，厚度为 ２２．７９—５７．０９ ｒｎ。第四系（Ｑ）更新统（Ｑ ）坡积层 的岩性为黄褐色亚黏土夹碎石层，厚度为０～２１．３９ ｒｎ。全新统（Ｑ ）冲积层的岩性为粉细砂互层、砂层、 亚黏土、砂砾卵石层，厚度为４．６７—５４．３６ ｒｎ。 为便于白象山铁矿在井下回采过程中进行采区 充填，设计在风井西北的场地内新建１座充填站，并 施工５个地面充填孔。本研究以最先施工的３ 孔为 例进行钻孔施工工艺分析。３ 充填孔位于包子山村 东邻采石场内，东南距风井井筒５２０ ｍ。该钻孑Ｌ施工 采用定向钻进方法 Ｊ，利用带弧的螺杆，以泥浆为动 钻孔施工设计的终孔深度为４０８．２２ ｍ，套管下 放深度不小于４０８．０２ ｒｎ；所下单层套管（材质为锰 钢）的规格为￣ｂ１６８ ｍｍ Ｘ １５ ｍｍ无缝钢管，钻孔孔 径为２１６ ｍｍ；套管两端均打４５。坡口，连接方式为焊 接，下完套管后用单液水泥浆注浆固管；钻孔为垂直 孔，终孔水平偏距不大于０．５０ ｍ。 ２钻孔施工工艺 ２．１钻探准备工作 采用石家庄探矿机械厂生产的ＴＳＪ－２０００Ａ型钻 机和１８ ｍ高的“人”字型钻塔。为确保钻孔垂直 度，采用西７３ ｍｍ钻杆、＋１５２ ｍｍ钻铤配备＋１６５ ｍｍ、＋１９０ ｍｍ、＋２１６ ｍｍ ３种规格的无芯钻头。泥 浆泵采用ＴＢＷ．８５０／５型泥浆泵。由于钻孔垂直度 要求较高，为便于快速有效纠偏，采用５ＬＺ１４６ Ｘ７．０ 型和５ＬＺ１２０×７．０型螺杆钻具进行纠偏钻进。为避 开矿体磁性对测斜仪器精度的影响，采用ＪＤＴ－６Ａ 力，带动螺杆转动，使近水平钻孔轨迹按照设计要求 延伸，有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯，在 陀螺仪配合下随时纠偏，最终命中设计靶域 。 １ 工程概况 ３ 钻孔所在的地层为中生代地层。根据钻进过 程中揭露的岩层性质，可将其分为上、下两段，上段 郝爽（１９８８一），女，助理工程师，２４３１８１安徽省马鞍山市。 型陀螺测斜仪进行孔斜测量、经纬仪纠偏。根据矿 方提供的坐标设定井位，为便于测斜及定向，放置了 测斜定向点并测取了坐标（表１）。 ２．２钻进施工 本研究钻孔施工工艺流程见图１。 ２４３
总第５８３期 现代矿业 ２０１７年１１月第１１期 表１点位类型及坐标 ｍ 图１钻孑Ｌ施工工艺流程 开孔使用＋２１６ ｍｍ无芯钻头、清水用作冲洗液 钻进。由于地表层位为风化基岩，岩石遭受风化程 度高，强度极低，采用清水钻进，孔内时常出现孔壁 严重坍塌现象，导致无法继续钻进，在此情形下，可 采用注单液水泥浆加固处理。地表层以下泥岩、粉 砂岩较完整，硬度较高，可钻性差，钻进效率较低。 ２５０ ｍ深度后进入破碎且中等风化的闪长岩地 层，水量消耗量猛然增加，达到１．１～２．５ ＩＴＩ ／ｈ，造 成供水困难，故换用泥浆钻进，并且在泥浆中加锯末 封堵（表２）。由于闪长岩经受不同程度风化，硬度 不高，遇水易膨胀、崩解坍塌，膨胀造成钻孑Ｌ缩径，提 下钻困难，崩解坍塌导致孔壁不规则，孔内岩粉增 多，大颗粒冲不上来，不得不多次采用注单液水泥浆 加固方式。 表２泥浆性能参数 壁 ！ 查堕 ！ ！ ２ 量 竺 鱼 量 笪 １８～２２ １．０５～１．１５ ≤１５ ≤３．５ ９～１１ 由于钻孔垂直度要求较高，钻进过程中，每２０ ～３０ ｍ测斜一次，发现钻孔偏距超限，立即采用螺 杆钻进行纠偏。纠偏钻进时，１５０ ｍ以浅采用 ５ＬＺ１４６ Ｘ７．０型螺杆钻，６１９０ ｍｌＴｌ三牙轮镶齿钻头； １５０ ｉｎ以深采用５ＬＺ１２０ Ｘ ７．０型螺杆钻，＋１６５ ｍｉｌｌ 三牙轮镶齿钻头。纠偏完毕后分别用６１９０ ｍｍ、 ６２１６ ｍｉｌｌ三牙轮镶齿钻头扩孔，正常钻进直至终孔 （孔深４０８．２２ ｍ）。经钻孑Ｌ测斜，终孔偏距０．４３６ ｍ （孔深４０８．２２ ｍ），满足偏距不大于０．５０ ｍ的设计 要求。 ２４４ ３ 下套管注浆固管工艺 钻孔终孔后正式下套管前，需进行顺孔和试下套 管工作。对于闪长岩膨胀缩径段，用担１９ ｌｌｑｍ钻头 扩孔至孑Ｌ底，进行多次顺孔，将孑Ｌ内岩粉冲捞干净，正 式下套管前将３根套管用钻杆连接试下至孔底，待确 定孑Ｌ内下套管畅通无阻后再正式下套管。套管下放 前首先在每根套管两端打好４５。坡口，为确保套管焊 直，在下放过程中，各接头都须用长水平尺进行４个 方向找正 。套管规格为＋１６８ ｍｍ×１５ ｍｍ无缝钢 管，长４０８．０２ ＩＴＩ，壁厚达１５ ｍｍ，总重量２３ ｔ。为减少 钻塔负重，第１根套管下头安装浮力器（浮力器中设 注浆管和反正丝单向阀）。使用浮力器后，增加了套 管浮力（套管浮力１１ ｔ），如此使得作用于钻塔的重量 减少至１７ ｔ，保证了下套管安全。