安徽淮北中勘资源勘探科技股份有限公司 范传征 席二宣 马学林 235047
一、工程概况
1、帷幕截流工程
为彻底治理矿井北部“五含”水，解放“五含”压煤，实施帷幕截流疏干开采综合治理工程，设计在“五含”剥蚀西部边界至东部与F21断层交界处，形成长度约3.13km、有效宽度40m、垂向高度60-70m的L型封闭阻水帷幕墙体，墙体形成之后将有效阻隔来自帷幕墙外侧“五含”及奥灰水对矿井的侧向补给。帷幕墙体形成之后在墙体内侧“五含”厚度大、富水性强的区域施工“五含”地面疏降孔工程。帷幕注浆该工程于2015年12月15日开工，至2017年8月14日，累计钻探工程量45448.5m/141孔，总注浆41.53万吨，其中注水泥38.6万吨、粉煤灰2.93万吨。
2、疏干工程
分为地面直通疏降孔集中疏降、井下水平拦截疏降孔两个疏降阶段，一期疏降目标为将“五含”水位降至-350m，二期将“五含”水位降至-430m以下，残余水量不大于350m3/h,预计总疏水量1000万m3。
3、排水工程
“五含”疏水采取井下88采区水仓直排地面的方式，共设计2口直排井，终孔位置在88水仓泵房通道附近，设计工程量900m/2孔，地面位置在小卜家村西南侧，地面为农田。
朱仙庄“五含”帷幕截流疏干开采综合治理工程项目当中，在疏降孔和直排孔施工当中通过自主设计和创新，顺利完成了该项目的疏降和直排孔的施工。自主设计和创新的止水（浆）塞和取分管等工具和施工技术较好的应用于生产，既满足了生产的需要，有较好的解决了施工当中存在的难题。
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二、设计要求和目的
1、疏降孔
（1）设计原则
a)疏降水孔布置在帷幕墙内侧区域，满足一期疏降至-350m水平的要求。
b)尽量布置在“五含”分布区中部，“五含”厚度大、富水性强的区域。
c)可通过孔底阀门进行调控单孔水量，可控放水。
d)“五含”段必须下置滤水花管。
（2）目的和任务
a)相对集中疏降五含，达到一期将“五含”水头疏降至-350m水平的目的。
b)参考1993年放水试验成果，拟在原泄水巷处施工直通式钻孔6个，编号为SF1-SF6，沿六采放水巷水巷均匀布置。为确保疏降水量和疏降效果，另设计机动钻孔2个，编号为SF7-SF8，若SF1-SF6钻孔水量不满足疏降要求时，及时施工机动钻孔，补充疏降水量，钻孔位置根据井下巷道布置情况灵活调整。
2、直排孔
（1）设计原则
a)井下位置靠近88水仓泵房，方便排水。
b)地面位置靠近界洪河，以便排上地面的水能从地表水系流走。
c)该直排孔服务年限长，按采动影响计算，该孔必须在工作面采动影响范围以外，防止因采动影响拉断套管。
d)孔径必须满足疏降排水的要求。
（2）目的和任务
a)在88采区水仓泵房通道附近施工直通地面的直排孔，用于直排五含疏放水量。
b)确保五含疏水期间，五含疏水量能通过直排孔排入地面界洪河，不增加矿井原有排水系统的负担。
c)直排孔设计以不影响88采区左翼885工作面为准。
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图1 疏降孔和直排孔布置图
三、施工工艺
1、施工技术难点
（1）疏降孔施工技术难点
一是井眼轨迹精确控制，保证靠近放水巷，便于在井下查找到该钻孔，并安装控水装置；二是滤水花管以下段固井，既满足下段固井质量，防止引发突水，又要不影响上部疏放水。
（2）直排孔施工技术难点
一是地面直排钻孔具有口径大、深度深，钻孔垂直度要求高、套管重量重、下放难度大等特点，在施工过程中每钻进30-50m测斜一次，如果偏斜严重，先实施小口径导向孔钻进，再进行扩孔，成孔后下套管时使用逆止阀使套管漂浮下沉的施工方法二是孔径较大，岩粉不好返出。
2、施工工艺过程
（1）疏降孔施工工艺
朱仙庄煤矿“五含”地面直通式疏降孔工程采取两层套管结构，具体如下：
①一开孔径Φ311mm，钻进至五含顶以上5-10m（距侏罗系风氧化带下不小于20m），孔深约265m，下入Φ244.5×8.94mm通天套管至孔底，隔离表土层，阻隔风氧化带，套管外进行水泥全封闭止水，并按规定做止水检查。
②二开孔径Φ215.9mm，钻进至六采区泄水巷底板以下5m，孔深约440m，下入Φ177.8×8.05mm飞管至孔底，总长约205m，分为三段，其中上段实管约40m，与一开套管重叠约30m；中段花管约120m，自“五含”顶部以下5m至“五含”底部5m；下段实管约45m，下至放水巷底板以下5m。套管中段滤水花管与上下段空管丝扣连接。
③二开下段实管外壁环状间隙水泥全封闭止水，做止水检查下段空管固井时,禁止自主设计的锥度止水（浆）塞及准确的计算，避免水泥浆液进入“五含”，造成中段花管堵塞，影响出水效果。
（2）直排孔施工工艺
朱仙庄煤矿“五含”疏水直排孔工程采取三层套管结构，具体如下：
①一开孔径Φ660mm，钻进至“四含”底基岩内，孔深260m下入φ529×12mm套管至孔底，隔离表土层，阻隔风氧化带，套管外进行水泥全封闭止水，并按规定做止水检查。
②二开孔径Φ500mm，使用反循环钻进至“五含”底，孔深373m，下入φ480×12mm套管143m至孔底，其中上段与一开套管重叠30m，套管外进行水泥全封闭止水，五含段采用投沙注浆固管，并按规定做止水检查。
③三开孔径Φ444.5mm，钻进至孔底450m，下入φ377×15mm套管450m至孔底，其中与一开套管重叠260m，与二开套管重叠143m，套管外进行水泥全封闭止水，并按规定做止水检查。孔口预埋φ744×20mm孔口管2-3米。
在施工过程中每钻进30m测斜一次，发现偏斜，使用小口径导向孔钻进，再进行扩孔，实际钻进当中井斜控制效果加好，未进行小孔导向作业。成孔后下套管时使用逆止阀使套管漂浮下沉的施工方法。
3、施工技术措施
（1）疏降孔施工措施
井眼轨迹优化钻具组合，采用塔式钻具，优化钻具参数，防斜打直；滤水花管以下固井，在满足下端固井质量的同时不影响上部花管；首先精确计算下部实管固井体积量，设计一种止浆止水工具，既能够满足固井要求，又能够满足止水要求。
（2）直排孔技术措施
地面直排钻孔具有口径大、深度深，钻孔垂直度要求高、套管重量重、下放难度大等特点，在施工过程中先实施小口径导向孔钻进，再进行扩孔，成孔后下套管时使用逆止阀使套管漂浮下沉的施工方法。
孔斜要求：小口径导向孔施工时，为防止钻孔偏斜超限，使用足量的钻铤并采取合理的钻进参数，每30m测斜一次，并及时使用螺杆钻进进行纠偏，达到垂直度的要求；每百米不超过1°，专用钻孔测斜仪测量，每30m测斜一次。
由于孔径较大，岩粉返出不好，孔底沉淀较多岩粉，为解决岩粉沉淀问题，自行设计岩粉管。使用自行设计的岩粉管顺利将沉淀现在孔底的岩粉取出。
4、疏降孔和直排孔施工当中的自主创新及应用
（1）五含段全漏
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“五含”影响钻孔施工，六个疏降孔均出现严重漏水，漏水时用黄泥粉、碱粉、水泥、纤维素、聚丙烯酰胺、水玻璃、801堵漏剂、黄泥球等进行多种方法进行综合堵漏,达到施工目的。施工当中顶漏钻进，钻进当中优化组合，密切关注钻参，异常时及时提钻，顺利完成全漏段的钻进作业。
（2）疏降孔锥度止水（浆）塞的设计
对钻孔止水要求：二开下段空管外壁环状间隙水泥全封闭止水，并按规定做止水检查。下段空管固井时，采取相应措施，避免水泥浆液进入“五含”，造成中段花管堵塞，影响出水效果。 为满足工程要求，设计了一种实用新型工具。
设计的实用新型工具可称为锥度止水（浆）塞，固井期间起到止浆作用，防止管内水泥浆窜入花管管内；在成孔固管后，井下疏水管路未安装前和疏放水动作前，起到止水作用，防止五含水进入下部实管进而进入井下，影响井下作业的安全。
锥度止水（浆）塞分为两个主要部分：一是母塞体部分（套管短接部分连接上下套管）；二是公塞体部分。母塞体上端随套管串下入，母塞体上端下至在五含底5m位置；下入公塞体，检查密封后开始注浆固井。注浆后止水（浆）塞可以起到对五含水的封堵作用。
（3）疏降孔下部固管
二开下段空管外壁环状间隙水泥全封闭止水，做止水检查。下段空管固井时，使用设计的新型止浆塞，避免水泥浆液进入“五含”，造成中段花管堵塞，影响出水效果。
Φ177.8×8.05mm飞管至孔底，总长约205m，分为三段，其中上段空管约40m，与一开套管重叠约30m；中段花管约120m，自“五含”顶部以下5m至“五含”底部5m；下段空管约45m，下至放水巷底板以下5m。套管中段滤水花管与上下段空管丝扣连接。下段空管约45m套管与钻孔环状间隙，水泥封固，在锥度止水（浆）塞和准确的水泥浆液用量计算下，完成下部固管作业。
疏降孔：注浆结束，待凝48小时，透孔到底，将套管内注满清水，观测水位下降情况，每小时观测一次，连续两小时每小时水位升降不超过40mm为合格。直排孔：向孔内注满清水，观测管内液面变化，以液面每小时变幅不超过2cm为止水合格，否则重新止水。
（5）提取岩粉（取粉管自行设计）
由于疏降孔和直排孔孔径相对较大，钻进当中岩粉不能及时完全返出。沉砂导致套管无法下到设计的深度而影响工程质量。根据项目需要，设计了一种提取岩粉的专业工具（取粉管）。
取粉管下入沉砂上部，开泵，砂子循环上升，关泵后砂子落入取粉管内。多次开关泵，取粉管内取满岩粉，起钻。
（6）泡沫泥浆（保护孔壁，携带岩粉的作用）
泥浆性能直接影响钻孔的孔壁稳定及携砂性泵。为提高孔壁稳定，提高携砂性能，使用泡沫钻井液，保证了孔壁的稳定性，同时携砂效果较好，在朱仙庄煤矿“五含”疏降孔和直排孔项目当中应用效果较好。
四、成功和效果
为防止钻孔偏斜超限，应使用优化底部钻具组合并采取合理的钻进参数，钻进过程中每30m测斜一次，出现偏差及时纠偏。直排孔优化钻具组合，优化钻井参数，发现偏斜在立即实施小口径导向孔钻进，再进行扩孔。朱仙庄“五含”疏降孔和直排孔项目终孔孔斜与偏距统计见表2。
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二开下段空管外壁环状间隙水泥全封闭止水，并按规定做止水检查。下段空管固井时，使用自主设计的锥度止水（浆）塞成功解决了固井要求，避免水泥浆液进入“五含”，造成中段花管堵塞，影响出水效果。
1、疏降孔取得的实际效果：疏降孔2017年9月19日至11月24日中勘科技公司在“五含”分布区中部施工了六个“五含”地面疏降孔，总工程量2741.61m，该类型钻孔具有是井眼轨迹精确度要求高难度大，钻孔保证靠近放水巷，便于在井下查找到该钻孔，并安装井下控水装置；滤水花管以下段固井，既满足下段固井质量，防止引发突水，又要不影响上部疏放水的施工难点。通过优化钻具组合及钻井参数的优选，井眼轨迹控制满足施工要求。通过自主创新设计止水（浆）塞成功解决疏降孔固孔问题及隔水问题。解决了工程当中遇到的难题，达到了施工的目的。
2、直排孔取得的实际效果：2017年10月25日至12月21日施工完成了2个直排孔作业总工程量908.62m，，钻孔具有孔斜控制难度大，孔眼尺寸较大，套管尺寸较大，岩粉返出不好等难点，全孔结束。通过小径钻进导向，大径扩孔技术，钻具优化参数优选等技术方法使得大尺寸直排孔孔斜得到有效控制，满足了工程要求。在大尺寸直排孔孔底岩粉难以及时返出，自主设计了取粉管，孔底岩粉顺利取出，达到了工程的目的。
作者简介：范传征 男 汉族 1979年生 工程师 地质工程专业 主要从事矿井防治水和地质勘探的设计施工与研究工作。