钻采工艺论文篇(1)

【关键词】圆弧凸棱钻杆；高效顺层钻进；钻杆拆卸装置；破碎突出煤体

0 引言

松藻煤电公司打通一矿为煤与瓦斯突出矿井，年设计生产能力180万t，目前实际年产量160万t，井田内含煤10-12层，自上而下6#、7#、8#煤可采，其中6#层局部可采，6#、7#、8#煤层位于煤系中部，层间距分别为5.8m和6.7m，平均厚度分别为0.74m、1.10m和2.85m。矿井绝对瓦斯涌出量达220m3/min，相对瓦斯涌出量达75 m3/t。

现开采的7#、8#煤层均为近水平松软破碎低透气性突出煤层，其原始透气性系数5.71×10-3～3.19×10-2 m2/MPa2・d、f值小于0.5、原始瓦斯压力1.2～4.5MPa、平均瓦斯含量17.1m3/t～29m3/t。过去顺层钻孔均采用ZY-1250型全液压钻机+Φ87mm螺旋钻杆+压风排粉施工工艺，由于煤层薄、破碎且软分层厚度大，故顺层孔施工过程中垮孔、卡钻严重，深度浅，丢钻频繁，施工进度慢，抽采时间短、效果差，严重影响抽采达标进程和采掘工作面的安全生产及正常接替。为此，打通一矿通过改进圆弧凸棱钻杆并结合自身实际，研究形成了一套完整的圆弧凸棱顺层高效钻进新技术，大幅度提高了顺层钻进效率并在全公司推广应用，取得了明显成效。

1 破碎煤体顺层钻孔垮孔及卡钻原因

对于破碎松软突出煤层，钻孔孔壁的瓦斯压力、煤体自身力学性质及钻头和钻杆施工扰动是影响钻孔破坏形式的重要因素，尤其是煤体自身各向异性特征对钻孔垮孔影响至关重要。这主要表现在顺层钻孔施工过程中的排渣量远远大于理论排渣量，并且在钻进过程中的某一段内排渣量远远多于其他段。例如，打通一矿顺层孔施工采用Φ87mm螺旋钻杆，配合Φ94mmPDC钻头，实测孔径为105mm，7#层煤的比重为1700kg/m3，那么单孔理论排渣量为：

M理=孔断面S×孔深H×煤的比重γ（钻孔深度一般为80米）

M理=■×80×1700=1177.029kg

但在实际施工过程中，单孔排渣量：

M实=2000～5000kg，远远大于单孔理论排渣量。

据此，该结论与国内有关学者提出的“钻穴”概念相符，钻穴实际上是由地应力、瓦斯压力、煤体力学性能和钻杆扰动力等4个因素共同作用造成的钻孔局部直径远远大于钻孔理论直径的准充填型洞穴，如图1。

图1 顺层钻孔“钻穴”示意图

钻孔实际上等同于微型巷道，在以上四大因素作用下钻孔内也会发生小型煤与瓦斯突出，且突出具有突发性，“钻穴”的形成也具有突发性，瞬间形成的“钻穴”处于准充填状态，“钻穴”产生后造成钻机负荷增大，排渣量增加，继续钻进“钻穴”前方新产生的钻屑难以短时间内排出，钻杆周向摩擦力大于钻机扭力时，出现直接抱死钻杆和丢钻事故。

2 圆弧凸棱顺层钻进技术

2.1 改进顺层钻孔钻杆

在原压风加螺旋钻杆正常钻进过程中，一旦“钻穴”产生后，由于螺旋在该段内叶片空隙被钻屑充填，“钻穴”体积逐渐增大，钻屑量瞬间增大，机械排渣能力难以短时间内发挥作用，同样，由于大量钻屑掩埋钻杆，风流只能沿钻穴上部通道流动甚至堵塞，如图2。

图2 螺旋钻杆“钻穴”钻进示意图

因此，在松软破碎煤层施工顺层孔，解决“钻穴”段排渣难题成为预防钻孔垮孔抱钻的关键。打通一矿提出了采用圆弧凸棱钻杆解决“钻穴”段排渣难题，其钻杆断面为近似三角形，为降低钻杆三边对煤体的切削破坏孔壁，三角采用圆角过渡，钻杆断面外接圆直径为73mm，施工钻头采用Φ94mmPDC钻头，钻孔排渣空间大大增加，钻杆实物图见图3。

图3 圆弧凸棱钻杆实物图

由于圆弧凸棱钻杆在“钻穴”段钻进时，钻杆自身旋转强行在钻屑中形成压风排渣通道（如图4），可实现快速排渣，同时钻杆圆角可对大粒径钻屑进行研磨捣碎，更有利于钻屑的排出，大大提高了钻进速度，进一步克服了卡钻、抱钻，提高了钻进深度和施工效率。

图4 圆弧凸棱钻杆“钻穴”钻进示意图

打通一矿将圆弧凸棱钻杆首次用于W2707运输巷S帮上段，钻进速度明显提高，但仍然存在钻杆断裂现象，根据钻杆断裂部位，设计了加强型圆弧凸棱钻杆，钻杆螺纹连接由M42×40增大为M48×40，螺纹由三角形螺纹改进为更加耐磨的梯形螺纹，增大了螺纹连接处的强度；针对钻杆壁厚较薄、容易被夹持器挤压变形的问题，将钻杆壁厚由5mm增大至8mm，大大降低了丢钻杆事故。

2.2 改进圆弧凸棱钻杆拆卸装置

打通一矿由于煤层薄、巷道断面小，原顺层孔施工钻机大多采用ZY-1250全液压钻机，钻机卡盘及夹持器结构均根据原普通Φ50mm圆柱形地质钻杆设计，而圆弧凸棱钻杆与圆柱形地质钻杆不同；若圆弧凸棱钻杆采用管钳人力拆卸，单孔钻杆拆卸平均时间达2.5h以上，劳动强度大，危险程度高，据统计，2007年～2011年打通一矿共发生钻杆拆卸伤人事故97次，其中重伤事故2次。

为解决圆弧凸棱钻杆拆卸难题，根据其结构及ZY-1250全液压钻机夹持器特点，研制了圆弧凸棱钻杆安全快速拆卸装置，实现了钻杆机械拆卸，碛结构包括三棱轴及三方套两部分，见图5。

图5 圆弧凸棱钻杆安全快速拆卸装置结构图

1.三方套；2.三棱轴

同时又根据圆弧凸棱钻杆结构特点， 将ZY-1250钻机Φ60mm夹持器改进为Φ80mm的特殊夹持器与其配套。

圆弧凸棱钻杆拆卸装置使用步骤：

（1）钻孔钻进至设计位置后，在钻机卡盘上安装三棱轴和三方套，钻机卡盘卡紧三棱轴并推进至圆弧形凸棱钻杆位置，钻机卡盘正转，使三棱轴与圆弧形凸棱钻杆连接但不拧紧，拖动孔内圆弧形凸棱钻杆至一根钻杆长度位置；

（2）滑动三方套至三棱轴与圆弧形凸棱钻杆连接位置，卡紧钻机夹持器，钻机卡盘反转，松开首根钻杆与第二根钻杆的连接；

（3）滑动三方套至三棱轴棱柱段位置，手动反转首根钻杆并取下，重复以上步骤依次取下孔内钻杆。

2.3 中风压辅助钻进

由于圆弧凸棱钻杆钻进工艺采用压风排渣，钻孔排渣空间、钻进速度明显提高，若采用0.6MPa以下常压风难以满足钻进需要，故选用艾能MLGF 15/10-90G矿用移动式螺杆空压机供风，提供风压0.7～1.2MPa。

3 圆弧凸棱顺层钻进技术的应用及效果

3.1 顺层钻孔不同施工工艺

打通一矿W2707、W2704对拉工作面运输巷SN均采用原工艺即ZY-1250液压钻机+螺旋钻杆+常压风排渣；

W2704对拉工作面北回风巷采用ZY-1250液压钻机+常规圆弧凸棱钻杆+中风压排渣施工；

W2704对拉工作面南回风巷采用ZY-1250液压钻机+加强型圆弧凸棱钻杆+中风压排渣施工，各地点的施工工艺参数见表1。

表1 顺层钻孔施工工艺参数

3.2 应用效果

打通一矿在W2704北回风巷S帮使用普通圆弧形凸棱钻杆，157个班实际施工成孔171个；在W2704南回风巷N帮上下段采用加强型圆弧凸棱钻杆， 261个班实际施工成孔252个；在W2707、W2704运输巷两帮均采用传统螺旋钻杆，1136个班实际施工成孔891个。W2704、W2707工作面钻孔竣工图见图6、图7。

（1）顺层孔钻进效率

应用结果表明：采用圆弧凸棱钻杆顺层孔钻进，增大了排渣空间及排渣速度，较螺旋钻杆施工工艺，平均钻进时间由86 s/根降低至63s/根；采用圆弧凸棱钻杆快速拆卸装置代替呆扳手，平均钻杆拆卸时间由79s/根提高至19s/根，且杜绝了呆扳手伤人事故；采用普通圆弧凸棱钻杆、加强型圆弧凸棱钻杆施工顺层钻孔，较螺旋钻杆施工工艺施工效率均有显著提高：普通圆弧凸棱钻杆施工工艺施工效率平均1.10孔/班、85.52米/班，加强型圆弧凸棱钻杆施工工艺施工效率平均0.93孔/班、70.21米/班，而传统螺旋钻杆施工工艺为平均0.78孔/班、56.6米/班。结果见表2。

表2 顺层钻孔施工效率比较表

（2）钻杆丢失率

顺层孔施工由于抱钻或卡钻丢钻，不仅造成大量经济损失，并且对工作面的回采埋下重大安全隐患。根据相邻的W2707、W2704工作面顺层孔施工记录，结果表明：采用加强型圆弧凸棱钻杆施工顺层钻孔钻杆丢失率由传统工艺的413.5根/万米降低至72.9根/万米。结果见表3。

表3 顺层钻孔施工钻杆丢失比较表

表4 钻孔成孔、报废孔、成孔率比较表

（3）钻孔成孔率

顺层孔施工过程中，由于钻杆自重及挠度影响，钻杆在煤层中并不按照设计轨迹钻进，常常钻入顶底板，导致钻孔报废。加强型圆弧凸棱钻杆结构强度增加，进一步提高了在煤层中的钻进稳定性，结果表明：采用加强型圆弧凸棱钻杆施工钻孔成孔率由传统工艺的78.5%提高至92.2%。

（4）直接经济效益

新型顺层孔钻进工艺大大提高了钻进效率，缩短了钻孔施工工期，为保护层工作面的预抽及工作面接替提供了抽采时间保障，推广该工艺后的工作面均实现了提前投产。并且新工艺采用圆弧凸棱钻杆自动拆卸装置代替管钳人工撤卸后，杜绝了管钳伤人的安全事故。

直接经济效益主要表现在丢失钻杆、钻头现象大大降低，节约了材料费用。经计算，新工艺节约钻具费用为3.813万元/万米。

4 基本结论

（1）在破碎突出煤层中采用ZY-1250液压钻机+加强型圆弧凸棱钻杆+中风压顺层钻进及自动撤卸工艺，平均钻进时间由86 s/根降低至63s/根，平均钻杆拆卸时间由79s/根提高至19s/根，施钻效率由平均0.78孔/班、56.6米/班提升至0.93孔/班、70.21米/班；钻杆丢失率由413.5根/万米降低至72.9根/万米，成孔率由78.5%提高至92.2%，钻具费用节约3.813万元/万米；且杜绝了撤卸伤人事故。

（2）在破碎突出煤层中采用圆弧凸棱钻杆施工工艺严必须制定安全技术措施并规范操作，严禁强行进退钻或撤卸钻杆，否则易造成孔内燃烧或煤与瓦斯突出事故。

【参考文献】

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

[2]于不凡.煤和瓦斯的突出机理[M].北京：煤炭工业出版社，1985.

钻采工艺论文篇(2)

中图分类号：TE2文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）04（a）-0000-00

1 高密度钻井液的定义及研究现状

较早时期的钻井作业的理论与实践中，对于高密度钻井液的认定范围要比现在宽松的多，一般ρ≥1.50g/cm3的，即可以被认为是高密度。然而随着钻井工作的不断深入发展以及钻井工艺水平的不断提高，越来越多的实际情况表明，原有的判定标准已经不符合实际工艺中的需要，提高对于高密度钻井液的判断标准势在必行，可以说即使是现时重新认定的高密度钻井液的密度范围在随着时间的推移和工艺的进步的发展中依然逐渐成为常规钻井液的密度范围。从笔者的理论研究和实践经验来看，即使是每立方厘米提升0.2g依然不能满足现实工作中对于高密度钻井液的要求，也不再是钻井工艺所关注的热点问题。从国内外最新的研究成果和最近的钻井现场工艺技术实践来看，对于钻井液的维护工作和使用过程而言，重点应该集中在1.90gcm3≤ρ≤2.40g/cm3这个密度范围之内。因此笔者采用较宽松的标准将高密度钻井液定义为1.80g/cm3≤ρ≤2.50g/cm3的密度范围内。

国外高密度钻井液的理论研究所面临的问题，大致包括抗温性、流变性、抑制性等方面。实际上流变性差、滤失量大、泥饼厚、固相含量高一直是钻井液理论研究和工艺应用的世界性难题，只有开发新型的性能优秀的钻井液技术才可以顺利解决上述难题从而更好地勘探和开发复杂地理地质及油气层。 从国外的经验来看，其所采用的钻井液密度均高于每立方厘米2g的密度，加上其他方面的配套的工艺技术等因素的影响，其发展方向已经拓展到了无固相。在实际工艺中多使用油基或聚合物之类的高密度钻井液，部分使用甲酸盐可以将密度控制在每立方厘米2.3g，出于保护油气层的需要，这类钻井液加重材料的使用是非常合适的，然而其缺点在于成本难以降低。

从国内的理论研究方面来看，由于大规模的地质地理的勘探和开发的不断升级，我们对于高温高密度钻井液方面也有了自身的一定的理论成果。比如在降低不利于提高钻井液密度的方面，我们可以考虑减少其中的膨润土以及其他低密度固相的含量从而实现钻井液密度的提高，或者通过使用甲酸盐之类来提高液相的密度从而有效地提高高密度钻井液的流变性，甚至还可以彻底放弃使用固体加重材料从而有效降低钻井液粘度和提高其流变性。再者，还可以使用活化加重材料，使得高密度水基钻井液由此而产生粘度等效应上的减弱，为有效增强其流变性而释放自由水。理论指导了实践的应用，我们因此开发出了多种新型的加重材料，比如聚磺体系和磺化体系的活化加重材料由于使用时间长加上经验多、效果好从而很大的推动了国内关于高温高密度钻井液的应用研究。高密度钻井液在目前我国的钻井现场情况来看，其应用范围还有很大的拓展空间。从为数不多的使用高密度钻井液的情形而言，其密度范围多集中在每立方厘米2g至2.4g之间，高于此密度范围的实际例子相对比较少。而另一方面更关键的问题是，对于加重剂的研究和使用方面，我们的经验非常缺乏。一般而言，具有较好使用效果的加重剂主要有方铅矿、铁矿粉以及重晶石粉。在我们实际的优选加重剂材料的过程当中，首先采用的是调研重晶石粉，在采用活化重晶石粉的情形下，加重极限可以高于通常认为的每立方厘米2.64g。铁矿粉则由于其固有的某些缺陷——比如容易沉降、造成卡钻、钻具所受磨损较明显以及难以调整的流变性而不被广泛采用。加重效果最好的应当是方铅矿，可以将钻井液密度提升至每立方厘米3.8g以上，然后对于此类加重材料我们并没有正式投入到石油钻井行业，这不能不说是一个遗憾。

从国内外高密度钻井液的研究现状来看，其中所普遍存在的问题严重地影响了高温高密度钻井液的技术发展和实际使用效果。因此，对高温高密度钻井液做进一步研究与探讨是很有必要的。

2 高密度钻井液的技术难点

高温高密度钻井液目前的理论研究和现场经验中所存在的技术难点主要由三个方面，其一是钻井液自身性质方面的问题，其二是对于密度提高之后的控制问题，其三是某些情况下的维护处理技术问题。

第一个方面的问题是在钻井液自身性质方面，流变性与沉降性始终是困扰高密度钻井液研究和实践的首要难题，通常情况下，流变性的解决意味着沉降性不稳定的增加，这是由于高密度钻井液当中普遍存在的固相过高的原因所致，解决这一难题就意味着高温高密度钻井液的研究和实践方面的重大突破和关键性技术提升。另一个问题是由于钻井液中不同材料的使用对于自身体系的抑制和污染问题也是非常关键的。例如高密度钻井液的适用范围是较深的地层，其环境温度较高，再加上固相含量高的因素的影响，膨润土和剂的使用都存在着流变性和沉降性的矛盾，对于前者由于最佳限量的把握难以掌控，从而导致稠度过高过低都会影响钻井液的正常使用，而后者的存在对于流变性的影响不可忽视。再加上加重材料由于种类、密度和粒度方面尚未存在有效的控制手段，从而导致钻井液受到有害固相污染的情况比较严重，而我们现实所采用的手段基本上是通过加入多种无机盐来使之适应较为复杂的地层钻探。在现场使用高温高密度钻井液的情形中，由于地质条件的复杂和地层环境温度压力的非线性变化，比如同一井段会存在不同的温度和压力体系，而钻井液的安全密度范围在此时会变得相当狭窄，这就要求对于膨润土的含量要进行严格控制，对于最佳限量要有精确地把握。否则就会导致上述的流变性与沉降性之间的矛盾的产生，无论稠度的增高或者降低在高温高密度钻井液的使用中都会导致严重事故，比如卡钻，更甚的会导致井眼的报废。在某些极端情况下，使用超高密度钻井液（超过本文所规定的上限每立方厘米2.5g）时，过高的固相含量，由于其颗粒的不断分散，流变性无法有效控制从而导致稳定性变差，其处理过程又由于加入了稀释剂和胶液，很容易导致处理不当而引起增稠或者减稠的现象，其最终又会导致流变性和沉降性的矛盾问题的出现，使得钻井工作难以继续开展。第三个方面是维护技术的难度问题，合适的密度，良好的流变性，良好的高温稳定性，良好的失水造壁性，良好的抗污染性能，良好的性，较强的抑制性以及能很好地保护油气层等是对高密度钻井液的技术要求，因此我们必须合理使用加重材料以及调整膨润土的含量，在提高流变性，保持沉降稳定的基础上，满足深井施工的技术要求。

3 高密度钻井液的未来发展趋势

从国内外的最新研究成果来看，水基钻井液的使用是钻井行业工艺技术进步的必然趋势。对此国内的研究与国外相比，有成果也有不足。国外对此类钻井液的研究应用已经日趋成熟，需要着重深入的是针对现场需要在细节上不断优化，提高性能，针对特殊情况的地层具体提出详细的处理意见和解决方案；而对于国内现实情况而言，虽然我们在水基钻井液的研究上也取得了较多的成果，有了相当的进展，但是由于处理剂的使用上的经验缺乏和理论不足，导致我们在工艺水平和国外还有较大的差距，尤其是国外在成熟使用油基或合成基钻井液的同时，我们的研究实践仍然屈指可数，故而这应该是我们国内目前研究的重点和难点，对于如何推广使用油基或合成基的钻井液，从而有效回避流变性和沉降性稳定的矛盾是国内钻井液行业研究和实践中的关键问题。如本文开篇所述，对于目前情况下的超高温超高密度钻井液的研究使用，也必须加以重视，因为在未来的某一天，其就会转变为高温高密度钻井液。这一方面的难点依然在于处理剂的研制上。对于流变性和滤失量的控制、钻井液配方的优化以及钻井液抗污染抗高温的能力上，笔者认为以下几方面可以成为未来研究重点考虑的对象：一，乙烯基甲(乙)酞胺， 2-丙烯酞胺基长链烷基磺酸、N， N一甲(乙)基丙烯酞胺和异丙基丙烯酞胺等单体的工业化研究，尽快形成经济可行的生产工艺；开展N-(甲基)丙烯酞氧乙基N， N一甲基磺丙基铵盐、2-丙烯酞胺基2-苯基乙磺酸等单体的合成工艺研究；二，研制低相对分子质量的聚合物降滤失剂，以及抗盐高温高压降滤失剂、降黏剂、抑制剂、剂、封堵剂和井壁稳定剂等；三，通过接枝共聚改性和高分子化学反应获得低成本、高性能的超高温钻井液处理剂；四，引入新型超高温聚合物处理剂和低密度固相控制剂提高抗温性；五，研制超高温高密度钻井液重点解决流变性和高温高压滤失量控制问题；第六，研制超高温无黏土相钻井液和超高温高密度有机盐钻井液体系。

应当借鉴国外的成熟经验，在引进消化并吸收先进技术的基础上研制高性能的抗温超过20摄氏度、密度大于2.4kg每升的超高温高密度油基钻井液体系，以及有利于井壁稳定油气层保护乃至环境保护的合成基钻井液体系。在重晶石加工方面，应当选择新的加重剂或者通过研究高性能黏切剂和表面活性剂来提高钻井液的沉降稳定性并选择新型的合成基材料来降低成本。在油基钻井液的选择上，应该选择或者研制低毒或者无毒的基础油同时研究油基钻井液处理剂的可降解性，并研制适用于合成基钻井液的乳化剂，流型调节剂以及增粘剂。在回收利用方面，要循环利用油基钻井液，研究固液分离和含油钻屑的处理，探索合成基钻井液的现场应用工艺技术，重点是合成基钻井液的回收再利用。

4 结论

综合本文上述对于高密度钻井液的研究现状、技术难点和发展趋势三方面的探讨不难看出，国内在钻井液的理论研究和现场使用方面，与国外还是有一定差距，主要体现在油基钻井液和合成基钻井液的使用上。这也是我国钻井液工艺理论研究和技术发展的下一步重点所在。虽然国内在超高温水基钻井液方面也有接近国际领先水平的进展，但是对于现场应用以及针对具体的特殊情况的处理还远远不够。应当致力于把室内研究转化为现场应用成功上来。进一步开发新型处理剂和滤失控制剂、剂等。在完善和优化钻井液体系配方的基础上完善钻井液性能、提高钻井液技术，形成自身的钻井液体系。以解决高温高密度钻井液所存在的流变性、沉降稳定性以及滤失量控制等方面存在的问题。

参考文献

[1]蔡利山，胡新中，刘四海等， 高密度钻井液瓶颈技术问题分析及发展趋势探讨[J].钻井液与完井液，2007，9

[2] 刘永福， 高密度钻井液的技术难点及其应用[J]．探矿工程，2007，5

钻采工艺论文篇(3)

Abstract： Offshore drilling engineering provides foundational services for offshore shore economic development and construction. How to give full play to its important social value is our current problems that urgently need to be solved. Based on this， the paper analyzes the offshore drilling process and technology， hoping to provide reference for the peer.

关键词： 钻探工程；护孔技术；全孔取芯技术

Key words： drilling engineering；protecting hole technology；full hole core drilling technology

中图分类号：TE5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）35-0061-02

0 引言

钻探的目的是为了圈定矿体、计算储量，采用地下实物资料、验证地下信息推断与解释的技术手段。我国的钻探技术和装备水平与国外先进的国家相比还是有一定差距，可喜的是，随着近几年的不断实践探索，我国钻探技术得到长足的发展。尤其是在近海钻探工程方面，随着护孔技术、全孔取芯技术，原状土取样技术以及孔内原位测试技术等技术的不断应用推广，使得近海钻探工程发挥了更大的作用价值。近海钻探工程技术也成了近几年学术界讨论的热点话题，如何才能使钻探技术更好的运用到钻探工程中，发挥钻探工程更大的社会价值，亟待我们讨论。基于此，笔者结合长期海上钻探工作经历，并结合同行以及学术界研究成果，对当前近海钻探工程技术与工艺略谈一些自己的浅见，希望以此来共同提高近海钻探技术水平，提高近海工程勘察工作的效率和质量，为近海岸边经济的发展和建设做好更好的服务。

1 工艺分析

钻探工作的对象主要是海上风电和海上桥梁项目等。近20年来，据研究所知：国外的地质钻探工艺方法并没有根本性的发展和突破，国外一些发达国家采用的钻探方法中的取心方法为常规提钻取心（Conventional Core Drilling）、反循环取样（Reversery Circulation）及绳索取心（Wireline Core Drilling）。

1.1 绳索取心钻探技术的使用 绳索取心钻探技术是一种对钻探技术不用提钻取心的技术。 它的工作原理为：当桥矿心装满桥心管时，把桥矿心容纳管捞取上来的操作需要借助专用的绳索工具。当发生桥矿心堵塞时，不需要把孔内钻杆柱提升到地表上；然后要将桥矿心容纳管打捞上来，此操作需要借助专用绳索打捞工具；在对钻头的磨损状况检查时，方可把全部钻杆柱提升上来；当钻头需要更换时要提升上来全部的钻杆柱。利用绳索取心技术的优点是既可以把升降钻具的辅助时间减少，也可以使纯钻进的时间得以增加，更可以把钻进的效率提高。此技术主要的应用范围是固体矿产钻头、石油、天然气钻头和工程地质钻头等各个领域。

1.2 液动潜孔锤钻探技术 目前，在世界上，我国已成为应用开展和研究锤技术最好的国家之一。此技术的基本工作原理是在回转钻探的基础上用现场配套的泥浆泵输送的液动潜孔锤对已被破碎的岩石施加其冲击的能量，就是在钻头上进行冲击负荷回转的钻探。常规回转钻探的改革是对液动潜孔锤钻探进行的。是在现代金刚石钻探技术之后的又一关于钻探的新方法。它是抓住了桥梁坚硬岩石的脆性大和抓住了岩石的抗剪强度低以及桥梁岩石的不耐冲击力等缺点并对其加以利用。采用此技术可以非常有效的解决具有钻探效果低和桥梁钻探质量差的坚硬的岩层和复杂的桥梁岩层的一项钻探技术。

1.3 反循环钻探技术 反循环钻探技术是一种全新的钻探记技术。由于反循环钻探技术的出现被称为钻探技术的又一次改革。反循环钻探技术主要是根据桥梁条件单独采用空气反循环钻进和水力反循环钻进。采用它的好处是可以使具有局限性缺点的单一钻进方法得以克服，同时也扩大了它的使用范围。此技术代表了在钻井技术上的又进入了一个突破。实践和研究证明：使用反循环钻探技术可在近海资源的调查中发挥了巨大的作用。反循环钻探技术的基本工作原理为：把压缩空气作为介质，使它经过内外管到达孔底此过程利用双壁钻杆用碎岩的方式驱动孔底的潜孔锤的钻进，并驱动被潜孔锤工作后的气体返回到地表。把好、空气携带到地表的桥梁屑作为地质杨品，此种取样方法具有高效率、低成本和适合近海的地区使用等好处。还有地质勘探取样和水文水井勘察等都适用此钻探技术。各种复杂的地层的注浆孔施工等也采用了反循环钻探技术的技术。

1.4 组合钻探工艺 反循环钻探技术和金刚石绳索取心是地质找矿钻探领域里应用最为广泛的两大钻探技术。这两种钻探技术都具有正面与负面作用。两者的结合可以满足人们对地质钻探找矿的要求。也有可使钻探技术的效率和降低大幅度的提高等优点。目前，在一些干旱缺水的地区都应用到了组合钻探技术。组合钻探技术的基本工作原理是有机的结合了反循环钻探技术和金刚石绳索取心 两种的综合的地质钻探新技术。组合钻探工艺具有采用一套双壁钻杆和同一台钻机易以及辅助器具相同等特点，根据地层情况及地地质要求，快速的把组合钻探技术的优点实现，使综合钻探的目的得以最大限度的达到及提高和降低成本的目的。反循环钻探技术适用于干旱缺水和去取心困难的地质。

1.5 定向对接井技术 采卤对接井的实现标志了钻探技术又有了突破。同时也标志着我国的定向对接井技术在国际上所处的地位，即已处于主导地位。定向对接井技术的基本工作原理是采用水平井钻井技术和采用螺杆钻受控定向钻井技术，使地面距离相具有数百米的两井与地下距离困扰打数百米及上千米的目的层进行对接，使两口井相连的水溶对流采卤得以实现。采用定向对接井技术解决了对接设计和堆积孔钻井工艺等各种关键的技术。并且也研制了新型的钻具结构和新型金刚石轴承与硬质合金轴承等多种专用的工具。定向对接井技术的使用范围比较广泛，应用在可溶性矿产开采和地浸矿山开采等地区。

1.6 新型节水钻探工艺 新型节水钻探工艺对海上桥梁等都具有很好的作用。新型节水钻探工艺具有一套高效的安全节水功能和一套节水钻探结构新颖的系统能够为海上桥梁提供解决方法。包括节水潜水泵、多功能安全接头、自动排水阀和专用单缸柱塞泵等配套器具。新型节水钻探工艺的使用前景非常的广泛，特别适用于海上桥梁的钻孔。新型节水钻探工艺为海上桥梁提供了有效的技术手段，降低了海上桥梁的生产成本和工人劳动强度，同时也减少了环境的污染。

1.7 作业平台 作为现场勘察工作的平台，海上钻探中作业用船是前提条件，这也是与陆域勘察最大区别之一。目前，国内勘察单位多为配备专用钻探船只，通常会根据当地条件，通过租用民船并加以简单安装或拼装，将其作为海上钻探作业的临时用船。因此施工工艺的前提和关键条件就是作业用船的选用。他同时也是工程安全的前提保证，基于此，对作业用船的选择必须遵守国家《建设工程勘察安全规程》（DBJ13-19-98）的相关规定，参照表1和表2所示。

对工程中较为常见的渔港或中小型港口，其勘查区域通常离海岸不过数百米，水深也只有10m左右。对于此类港口船只的选择，可根据以往实践经验，通常对单体船可采用30-40（T）；对于双拼装船只可采用15-20（T）即可满足应有的要求。若船只过小，钻机平台的安装将会十分困难，无法全面将工作面展开；若船只太大则会增加吃水深度，调整及移动不便，且会大大增加钻机平台安装的工作量。

2 技术分析

2.1 全孔取芯技术 桥芯质量要求即保证桥芯的原状态不扰动，尤其是岩桥面层以及以上的样品，不能因为机械的振动或人为的敲打而导致样品的松散和破碎。按照设计孔深对其进行钻探，该孔要达到设计孔深，否则就要加深空直到揭底预定的层位方可为止。

钻探工程在实施时遇到了海层复杂及施工操作难度大等问题。不宜采用内管超前钻具，因此方式桥芯进入桥芯体比较困难，进尺速度慢，且增加了个人的劳动强度和丢失桥芯情况比较严重。

取芯工具改进措施：首先，花瓣式卡簧取芯代替烧结取芯，加装内钻头在钻具的内管底部，加工出内台阶在内钻上，安装卡瓣机构。在施工的状态下，让卡瓣随着钻进时岩芯的顶进向上打开，并且使之贴在内管壁的追面上。当回次钻进到达提钻的时候，让卡瓣在岩芯摩擦力和其自身的重力作用下向中间合拢，同时把桥芯卡住。然后，用侧出水阶梯钻头代替水阶梯钻头进行改造，使阶梯钻头的阶梯部分对开出四个斜面的水口，使钻具内的冲洗液到达硬质合金齿底15mm处，此时钻头处于半状态，钻头进过改装后使岩芯不再受冲洗液的冲刷。其次，用球阀代替柱状单向阀。安装单向阀在钻具内管接头上，使内管接头外圆加工出的公扣与内管相连，使内管接头外圆加工出的母扣与球阀座配合，加工出四个出水孔，其作用为返泥浆用，当桥芯进入钻具内管时，管内的泥浆就会向上挤压阀球，钢球受到影响就会向上移动，泥浆进入阀腔在中心孔内工作。沿出水孔会进如到内外管的循环腔内。通过此技术的改进，解决芯的脱落问题，使泥浆与岩芯在岩芯管内接触。为完全不受污染的岩芯奠定了基础。经过对钻具使孔深达到85～250m，同时也使桥芯有了很大的提高，达到了标准的要求，使钻进的速度也加快了许多。

2.2 孔内原位测试技术 从广义上讲，孔内原位测试技术是指在不破坏和不扰动被测对象原有的状态，在这情况下对被测对象的性能和状态进行评价。狭义上讲，孔内原位测试技术是指对岩石的反应或物理力学指标利用与之相对应的实验手段在天然状态下进行分析和公式评定。孔内原位测试技术具有在原位应力条件下就可以进行试验及对其试验周期短和高效率等一系列优点。

2.3 原状土取样技术 原状土取样质量对实验的成果具有很大的影响。采取的原状土样质量的等级不能低于II级，如若没有达到这个标准，除含水率实验的项目外，其他的实验项目的密度、渗透及固结等的一些经过实验的数据都将受到影响。一般采用厚壁贯入式厚壁原状去器去对原状图样进行采取，此方式用的仪器是镀锌铁皮衬管。

3 结论

随着位于海域工程的不断增加，近海钻探工艺与技术水平也在不断改进和提高。但毕竟海域工程有限，近海钻探工程的工作量也尚不多，技术、经验的积累还亟待提高，当前近海钻探工程技术中还存在很多问题需要解决，如海上钻井过程中泥浆回收技术等，需要我们在日后实践中不断加以完善和提高。

参考文献：

[1]冉恒谦，张金昌，谢文卫，张永勤，宋志彬，向军文，刘凡柏，冯起赠，鄢泰宁，贾美玲，陶士先，胡继良.地质钻探技术与应用研究[J].地质学报，2011，85（11）：1806-1820.

[2]贾长城，刘春生.北京市平原区新生界立体地质调查全孔取芯技术[J].西部探矿工程，2008，20（7）：59-61.

钻采工艺论文篇(4)

论文摘要:刘桥一矿3煤为极薄煤层,4煤为主采煤层,3、4煤层间距较小,3煤采用走向长壁全部冒落法回采不现实,选用螺旋钻采煤法较好地解决了这一难题。

1概述

刘桥一矿位于安徽省濉溪县境内,煤系地层为华北晚生古生界二叠系下石盒子组及山西组地层,含3、4、6煤及三到四层发育不全的极薄煤线,以单一薄煤层为主,煤层厚度0-1.75,平均厚度0.82m,平均倾角14°,局部可采,为极不稳定煤层。3煤储量主要分布在ii46上山采区东翼及六采区,可采储量合计为148.8万吨。

2采煤工艺选择

根据3煤赋存特点及煤层厚度特征,我矿3煤采用钻采采煤工艺,边掘边采,掘进与钻采平行作业的方式施工。前方掘进工作面至少超前钻采工作面80米,钻机采用乌克兰生产的薄煤层三轴螺旋钻机,采用独头单向钻采。钻采顺序为前进式钻采至迎头。该机先在巷道下帮沿煤层倾向向下进行钻采,钻采完后再退回调头在巷道上帮沿煤层倾向向上进行钻采,该机适用于煤层厚度为0.5m-0.9m,煤层倾角-15°-+15°,煤层走向倾角小于8°的各种硬度的煤层。WWW.133229.CoM

2.1落煤方法

①落煤方式

即一台螺旋钻机布置在运输顺槽中,向煤层打钻,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在运输巷的刮板输送机上运出。该机一次采宽2.0米,三轴联动钻杆1.54米一节,钻机本身自动接杆,达到设计采深或遇断层时,推出钻杆,螺旋钻机整体前移,预留0.8±0.2米煤柱后开始下一循环钻采。

②螺旋钻机正常钻进

设计钻采长度:钻采从运输巷设计位置处开始运行,从顺槽上帮向上钻采,钻采深度最大85米,平均80米,螺旋钻机以2.0m/min的速度向上钻采,直至达到设计深度。

2.2设备配置

①螺旋钻

螺旋钻机选用乌克兰制薄煤层三轴螺旋钻机,其主要技术参数如下:

钻高625/725/825

钻宽2.0m

钻深上山方向85m,下山方向40m。

电机功率220kw

钻进速度0-1.0m/min

②运输设备

刮板输送机一部:型号为sgw—40t

电机功率:40kw

运输能力:150t/h

中间顺槽尺寸:1500mm×630mm×180mm

链速:0.92m/s

③运送和安装钻具的设备

单轨吊车一部,起吊速度为3m/min,运行速度为20m/min,起吊高度为3m。

④辅助运输设备

sgw---40t型转载机和stj800/2×40型皮带和sd—150f型皮带运煤。

2.3生产能力

按一个螺旋钻采工作面布置,工作面每班钻进30m,每天钻进深度90m,钻孔高度0.65m,实际采高1m,钻孔宽度为2.0m,钻煤时采储率为0.95,则:

w=l×s×h×r×c=90×2.0×1×1.46×0.95=250t

式中w---日产量,t/d;

l---日钻进深度,m/d;s---钻孔宽度,m;h---钻孔高度,m;r---煤层视密度;

c---采出率×95%;则年生产能力=350×250=8.75万吨

3巷道布置

根据3煤赋存状况,可充分利用ii46上山采区及六采区生产系统运料,排矸,运煤。减少了掘进巷道工程量,在3、4煤层间距较大的地点可设一临时垂直煤仓进行连接,煤仓高度即3、4煤层间距。

4顶板控制

由于3煤无直接顶,老顶以中细砂岩为主,平均厚17.5m,钻采面采宽1.905m,煤柱宽0.5m,顶板来压及下沉量不明显,故钻采工作面采用不支护方式。正常工作时期,在工作面钻孔钻采完备后,在钻孔口以里0.3m处支设3棵φ×h=180mm×650mm的优质木点柱,上方戴规格为长×宽×厚=400mm×200mm×40mm的木柱帽(柱帽沿倾斜使用),并用木栅栏加紧打牢,软底处加穿规格为1500mm×250mm×40mm的大木鞋。木点柱严禁支在浮煤、浮矸上。

随着螺旋钻采煤机不断前移采煤,要随时观测运输巷的围岩变形情况。当巷道压力变大,变形严重时,及时打锚索加强支护,锚索间排距300mm×300mm,长度6.0m,安设在巷道拱顶,防止冒顶或影响钻采工作。运输巷采用猫网作永久支护。在钻孔口以上或以下0.3m处支设3棵φ×h=180mm×650mm的优质木点柱支护顶板。

5通风

钻采工作面通风方式是利用2×15kw局部通风机供风。

6该工艺与传统工艺相比的优点

①在采煤面实现无人操作,安全生产。

②降低伤亡事故和职业病患者。

③可以在螺旋钻具上安装三种不同直径的钻头625mm、725mm、825mm,增加在不同厚度煤层上的采收率。

④实现薄煤层采煤,其中包括从平衡的和保护煤柱上采煤,这样增加采煤量,并降低其在矿藏中的损失。

⑤只采煤不采矸石,采出煤质好。

⑥由于不需要支撑,从而节约了大量的木材。

⑦在相同条件下,与传统工艺相比矿工的工作效率提高一倍以上。

⑧由于留煤柱,代替了支护,降低了采煤成本,由于煤柱的存在,也减少了顺槽等巷道的回收费用。

⑨在顺槽中的设备维护、维修方便,避免了重体力劳动。

⑩人工工效提高,采煤机每班需6人操作,并且大大地减轻了工人的劳动强度。

7 经济 效益

以我矿ii362钻采面为例:

储量8.75万吨,井巷工程600米(ii362运输巷)费用270万元;

螺旋钻采煤机1台520万元,辅助设备136万元;

人工工资/年72万元(2500元/月),电力消耗/年42万元;

其他消耗/年100万元,计1140万元,预计销售收入2625万元

预计利润1485万元。

钻采工艺论文篇(5)

【关键词】筒式钻具；穿越；钢筋混凝土

1 概述

328省道淮安区三堡大桥危桥改造工程为拆除老桁架拱桥，原址新建一座桥梁，桥长97.62m，桥宽8+2×0.5m，上部结构为5跨（16+3×20+16）m先张法预应力空心板梁，下部结构为桩柱式墩台、钻孔灌注桩基础。拆除老桥后，原址桥台处自然地面下11～12m处有钢筋混凝土基础，新建桥梁4根直径150cm的钻孔灌注桩需穿过该基础，桩位处的混凝土底板厚100～130cm，配筋为双层双向钢筋网，钢筋直径为32mm。

2 方案的对比和选择

根据设计，应采取人工挖孔至该基础后，采用人工破碎的方法进行拆除。但由于地下水位较高、土质为砂性土、基础埋置深度较深，人工挖孔难度较大，施工周期较长，安全性较低，故实施较为困难。按常规做法，可采用冲击成孔工艺，但因离民宅和挡土墙较近，设计图纸为了保证桩基施工时挡墙结构的安全及民宅的建筑安全，严禁采用冲击法冲击挡墙底板的工艺成孔，故该工艺也不能满足施工要求。见图1。

为此，我们成立了攻关小组，研究一种确实可行方法，以解决在特定条件和自然环境下的施工需要并保证成孔质量，经反复讨论，针对成孔工艺的改善和创新，决定采用自制筒式钻具钻进，再用钻杆+钢丝绳+倒钩将岩芯取出的新工艺进行成孔。方案对比如上表1，最终选择方案6。

3 工艺设计

3.1 工艺原理

本工艺根据混凝土取芯机和笼式钻具的工作原理，配以倒钩提取芯样的机械原理，采用筒式钻具进行钻孔，通过刃脚焊接的合金刃具，切断钢筋混凝土中的钢筋，采用中心钻孔与筒式钻具相结合，同时钻进，到达设计深度后，换用带倒钩的钻杆，通过钢丝绳的拉紧，达到释放倒钩的作用。由于岩芯的重力作用，提升过程中，倒钩紧紧钩住岩芯，按正常钻孔的起钻程序，逐节提升钻杆，直至取出岩芯，然后改用笼式钻具继续钻进，直至成孔。

3.2 钻具设计

3.2.1 钻筒

采用厚度为10mm的A3Q钢板卷制而成，为了加强钻筒的刚度，在其顶部与钻杆相接面，采用满焊同材质的钢板，并在其圆周四个特征点采用加焊三角形钢板进行加强。

制作钻筒时，采取有效措施，以确保钻筒的轴心与钻杆的轴心处于同心同轴。为了保证钻筒内的泥浆、钻渣和空气的排出，在顶部钢板开孔4个，直径10cm，呈正方形分布。

为了保证钻进顺利，钻筒采用正圆柱空心体。焊接质量按钢结构焊接要求进行。

3.2.2 刃脚

刃脚镶焊有钨钴硬质合金，沿钻筒下口的圆周上间隔焊接，间距为5cm弧长等间距分布，以利在混凝土介质中钻进，并在钻进过程中切断混凝土中的钢筋。

3.2.3 钻杆

在钻杆钻尖处，同样镶焊有钨钴硬质合金，钻尖为直径15cm圆锥小钻头，钻杆伸出钻筒长度约25cm，其一，可以在混凝土介质中，起到钻杆及钻筒的定位作用；其二，是在钻进到混凝土介质时，其进尺寸明显减慢，提示及时选择适当的钻速和进尺，以免损伤钻筒。

另外设计了一个取出砼的带倒钩的钻杆，倒钩设于钻杆内，以钢丝绳相连于钻杆外，成孔后，将倒钩钻杆伸入中间的钻孔内，机械拉紧钢丝绳后，倒钩即可释放出来。

3.2.4 钻具设计图

见图2、图3。

3.3 倒钩钻杆设计

3.3.1 理论支持

由于钻杆伸出钻筒25cm，加之正循环钻进时，泥浆由钻杆压入时对中间小孔下的基底土的冲刷，岩芯下中间小孔位置的四周的岩芯应处理悬空状态，为释放倒钩提供了可行且必备的条件。

3.3.2 带倒钩钻杆的制作

倒钩钻杆：为了保证带倒钩的钻杆能顺利穿过岩芯中间的小孔，采用随钻机标配的钻杆进行改制。改制方法：在距钻尖25cm处的钻杆上开一长方形的孔，开孔尺寸为24mm×220mm。管内设轴，轴上设倒钩，倒钩采用20mm厚16mn钢制成，倒钩尺寸为20mm×200mm，倒钩于L/4处设轴孔，底部设钢丝绳环，见图4。

3.3.3 打开倒钩方法（如图5）

带倒钩钻杆在向下运动时，倒钩因孔壁的作用，呈收起状态。当钻杆到位后，钢丝绳在力F的作用下，使倒钩产生法向力N，此时倒钩打开，当倒钩底端打开接触到钻杆壁时，因钻杆内壁的约束，使之固定在约40°状态而不能再转动，从而形成倒钩。

随之，通过钻机的主卷扬机，将钻杆缓慢提升，倒钩带动岩芯向上运动，直至取出岩芯，实现穿越。

当倒钩已经钩住岩底时，释放钢丝绳，向上运动时，岩体的自重可以使倒钩紧紧卡住岩体。

由于岩体较厚，采用单倒钩时，岩体中间小孔的直径略大于钻杆直径，此时，钻杆起到对岩体的约束作用，使岩体的倾斜度仅局限于小孔与钻杆的间隙，从而保证了岩体不会产生大于钻筒成孔后的切割厚度产生的间隙，从而保证了岩体的顺利取出。

4 施工验证

4.1 工艺流程（见图6）

4.2 实践和验证

施工采用的是SPJ-150型正循环钻机，经实践验证：成孔后钻具完整，岩芯完好，单桩钻进、取芯用时48小时。成孔质量方面，垂直度、桩径检测合格。

提升钻杆，取出岩芯见图7。

4.3 注意事项

（1）钻筒制作应采用卷管机进行卷制，焊接接头和合金刃脚时，焊接质量应满足钢结构焊接要求。

（2）到达钢筋混凝土层时，一定要控制进尺，视情况适时调整钻进速度，每小时进尺寸不宜超过3cm，与转速和钻筒的合金钢的数量成正比。过快可能会导致钻筒因扭矩太大而产生钻具破坏或造成钻机损坏，严重时，可能造成安全事故。因此，必须严格控制进尺，不得违章操作，野蛮施工。

（3）放入倒钩，打开倒钩时，要反复试验是否钩牢。

（4）提升取芯过程中，应平衡、缓慢进行。切忌提升过快，造成岩芯倾斜楔入孔壁泥土中，导致取芯失败。

（5）镶焊钨钴硬质合金刃具时，必须将所有接触面均采用满焊，以确保钨钴硬质合金刃具的有效作用。如不镶焊，钻筒在使用过程中损耗较大，且容易滑落。

（6）施工时一定要做好钻进记录，0#方钻杆的刻度应准确、分明。

（7）未尽事宜同正循环钻机钻孔要求。

5 结语

随着我国城市化进程的加快和大交通建设的快速发展，很多老桥已经与现有的交通流不相匹配。为了能更好地满足行车道路的要求，需要对老桥进行改造，在改造过程中，经常会遇到在原址建造新桥的情况，不仅要保证工程质量，又不能对周边建筑物或构筑物产生影响。有时局限于老桥附近的民居等自然情况，对钻孔桩的成孔工艺提出了新的要求。本文以实践为基础，以民生为前提，探索出一种在特殊地质条件和自然条件下，采用筒式钻具解决穿越地下钢筋混凝土层的成孔的新技术，解决了正循环钻机在取芯方面的缺陷，具有较好的可操作性、经济性，提高了生产效率，既保证了质量，降低了安全隐患，又保护了民宅不被施工影响造成破坏，希望能为同行们提供借鉴。

钻采工艺论文篇(6)

关键词：直眼掏槽单进可行性

中图分类号：A715文献标识码： A

前言

晒口煤矿经过五十多年的开采历史，逐渐延伸至深部采区，随着开采规模的稳定和开采深度的加大，井下深部作业地点温度较高、工作面环境较差，加大了井下职工的劳动强度，为减轻目前存在的困难因素，急需提高我矿的岩巷的掘进单进水平。引用直眼掏槽爆破工艺，在我矿进行可行性研究。

1.采用桶形直眼掏槽爆破工艺

1.1直眼掏槽的特点

直眼掏槽的特点是掏槽孔垂直于工作面且相互平行,有一定数量不装药的空孔,炮孔间距小,炮孔装药长度系数一般为0.7～0.8。

1.2直眼掏槽的主要优点

1.2.1由于炮孔轴线垂直工作面,当炮孔深度改变时,掏槽布置可以不变,易于工人掌握和实现两台钻机作业。

1.2.2炮孔深度不受巷道断面宽度限制。

1.2.3岩石抛掷距离小,爆堆集中,不易崩坏巷道内的设备和临时支护，对使用毫秒延期电雷管时负面影响较小。

1.3爆破参数确定

1.3.1一个掘进循环所需总装药量

Q = q*S*L*η （1-1）

= 3.92*4.3*1.2*0.9

= 18.204kg

1.3.2一茬炮装药炮眼总数

N = (q*S*η*m)/(a*p) （1-2）

= （3.92*4.3*0.9*0.2）/(0.7*0.2)

= 22个

式中 q ……单位炸药消耗量，kg/m³；

S ……巷道掘进断面积，；

L ……炮眼平均深度，m；

η ……炮眼利用率；

N ……装药炮眼总数，个；

a ……炮眼平均装药系数，取0.7；

m ……每个药卷的长度，m；

P ……每个药卷的重量，kg。

1.4桶形直眼掏槽炮眼爆破作业图表

1.4.1桶形直眼掏槽炮眼布置图

图1-1 桶形直眼掏槽炮眼布置

1.4.2爆破原始条件

表1-1 爆破原始条件

1.4.3装药量及起爆顺序

表1-2 装药量及起爆顺序

1.4.4预期爆破效果

表1-3 预期爆破效果

2.桶形直眼掏槽爆破工艺实施存在问题

2.1采用桶形直眼掏槽爆破工艺实施存在问题

2.1.1工艺和技术都比较复杂，要求钻孔质量高，炮孔参数控制严格

职工习惯性采用楔形斜眼掏槽爆破工艺，对使用直眼掏槽爆破工艺有抵触心理，钻眼水平不高，钻孔质量达不到设计精度要求。施工较随意，炮孔参数得不到严格控制。

2.1.2所需的炮孔数量较多

直眼掏槽较斜眼掏槽需钻的炮孔数量多，作业时间长，劳动强度大。

3.桶形直眼掏槽爆破工艺实施存在问题解决方法

3.1进行理论技能培训

对职工进行直眼掏槽爆破工艺理论技能培训，使职工能够明白直眼掏槽爆破工艺的技术原理，深刻意识到直眼掏槽爆破工艺钻眼施工精度要求的重要性，能在现场积极配合实践操作。

3.2现场跟班指导

采取现场跟班指导工作的方式，指导职工布置炮眼，掌握钻眼技术要求和装药、填塞、连线等施工作业程序。

4.现场技术研究进尺参数

4.1现场研究实验数据

表4-1 现场研究实验数据

（施工巷道岩石硬度系数f=6～8，巷道断面S=4.3）

4.2进尺数据统计

对井下工作面现场进行了直眼掏槽爆破工艺研究，共施工了30茬炮，只有一茬炮进尺0.9米，其余29茬炮进尺为1.0～1.17米。

4.3爆破参数选定

根据现场研究实验情况，爆破参数最终选用以下参数：一个循环掏槽眼数6个，其中5个为空眼，一个为装药眼，总眼数28个，雷管22发，炸药消耗18kg，平均进尺1.1米。

5.结论

本文在分析直眼掏槽爆破工艺技术理论的基础上，结合现场实践操作，对直眼掏槽爆破工艺在我矿的可行性研究进行论证。经现场实践研究数据表明，采用直眼掏槽爆破工艺，每循环进尺可达1.1米，较原楔形斜眼掏槽进尺0.9米，每循环进尺可提高0.2米。由此可见，直眼掏槽爆破工艺对提高我矿岩巷单进水平具有可行性操作依据。

参考文献：

1、《工程爆破理论与技术》冶金工业出版社，中国工程爆破协会编，2004年2月第一版

2、《井巷工程》煤炭工业出版社，中国矿业大学等编，1991年4月第三版

3、《煤矿安全规程》煤炭工业出版社，2011年2月第一版

钻采工艺论文篇(7)

一、前言

CFG桩复合地基技术已在全国广泛推广应用，但CFG桩施工在某些地区存在着一些不可忽视的问题，比如，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，施工设备不具备排气装置，钻孔到预定标高后开始向管内泵料，钻杆中的空气排不出，导致桩体产生孔洞；又如，钻孔到预定标高后，怕钻头活门打不开，先提30～50cm再灌料，导致桩端有虚土承载力偏低等等。需要指出的是，一些施工人员由于缺乏对这一技术的深入了解，甚至把先提30～50cm再灌料的错误施工方法作为经验来交流，以至于这种错误的施工方法在全国广泛流传。

为了更好地推广CFG桩复合地基技术，避免施工发生一些质量问题，根据多年对CFG桩施工工艺、施工设备的试验研究，特别是通过处理工程发生的一些事故，对CFG桩施工技术做了回顾和总结，归纳了CFG桩施工技术要点，供施工人员参考，并就其中的几个问题作一讨论。

二、CFG桩施工技术要点

（一）CFG桩施工可根据现场条件选用下列施工工艺：

1、长螺旋钻干成孔灌注成桩；

适用于地下水以上、提钻不塌孔的土层条件；

2、长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩；

适用于粘性土、粉土、砂土、粒径不大于60mm厚度不大于5m的卵石层（卵石含量不大于30％），以及对噪声和泥浆污染要求高的场地；

3、振动沉管灌注成桩；

适用于粘性土、粉土、素填土，对夹有较厚卵石、砂和孔隙比小液性指数较低的粘土层无合理有效的辅助措施不宜采用，软土地基应通过现场试验确定其适用性；

4、泥浆护壁钻孔灌注成桩；

对遇有较厚卵石、砂和孔隙比小液性指数较低的粘土层以及饱和软土，桩端持力层具有水头很高的承压水，长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩容易发生窜孔，对噪声污染要求严格的场地，不宜采用前述施工工艺时，可采用该工艺。

（二）当采用挤土成桩工艺，新打桩对已打桩可能产生不良影响时，可选用非挤土成桩工艺，或挤土和非挤土成桩工艺联合使用的施工方案，挤土和非挤土成桩工艺联合施工时，宜先打挤土桩、后打非挤土桩；在有较厚软土的地基上施工时，混合料宜用低塌落度（3～5cm），以防止桩体自身塌落发生断桩；

（三）通过试成桩检验地质条件是否与地质报告相符、复合地基设计参数是否合理，对发现的问题，及时向地基处理设计单位提出报告。

（四）振动沉管CFG桩施工要点

1、通过在桩机卷扬系统加动滑轮，调整拔管线速度控制在规范建议的范围（不是平均速度）；

2、打桩前、打桩过程中测地表标高，观测地表隆起或下沉量；

3、通过试成桩，观测地面标高变化和测定新打桩对已打桩的影响（新打桩对未结硬的已打桩的影响；新打桩对已结硬的已打桩的影响），确定合理的施打顺序；

4、软土中可采用静压振拔技术，沉管过程可不启振动锤、静压沉管，减少对桩间土的扰动，拔管启锤使混合料振密；

5、软土中可采用大直径予制桩尖，以获得较大的端阻力，而保持桩身混合料用量不变；

6、经施工监测确认桩体断裂并脱开，应逐桩静压（跑桩）将脱开的上下桩接起来；

7、拔管不宜长时间留振，防止粗骨料与水泥浆发生分离。

（五）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩施工要点：

1、基础埋深较大时，宜在基坑开挖后的工作面上施工，工作面宜高出有效桩顶标高300～500mm，工作面为卵石和粗砂取小值，工作面土较软时应采取相应施工措施（铺碎石、垫钢板等），保证桩机正常施工。基坑较浅在地表打桩或部分开挖打桩空孔较长时，应加大保护桩长，并严格控制桩位偏差和垂直度；

2、基坑降水应控制在标高最低的电梯井、集水坑底标高以下500～1000mm；

3、软土地基中施工宜通过掺加减水剂、泵送剂制备泵送性能好塌落度较低的混合料，以防止桩体自身塌落发生断桩、或充盈系数过大。

4、桩体配比碎石最大粒径不宜大于25mm，粉煤灰选用Ⅱ级或Ⅲ级细灰，每立方米混合料掺量70～90kg为宜；

5、桩端为饱和粉土、砂土和卵石层时，应选用下开式专利钻头（专利号ZL 00 2 63200.4），以防止钻头活门打不开、桩端有虚土不能发挥土的端阻；

6、严禁先提钻后灌料；

7、桩径400mm时提钻速度宜为2.5~3.5m/min,桩径增大钻头活门断面应相应增大，若桩径增大而钻头活门断面不变时应相应降低提钻速度；

8、夹有松散饱和粉土、粉细砂的土层，成孔时在剪切荷载作用下，土体液化，导致刚打完处于流动状态桩的桩周土丧失对桩的侧向约束能力，桩体侧向澎出、桩顶下沉，产生窜孔，液化区域连成片甚至导致基坑失稳或周边建筑物倾斜开裂、道路破坏（例如，郑州地区、山东东营、菏泽地区），在这类地基上施工应采取如下措施：

（1）降饱和粉土、粉细砂中的水；

（2）采用小叶片螺旋钻杆成孔，减少剪切能积累并对桩间土具有挤密作用；

（3）合理设计施打顺序和控制日成桩数量，避免在某个区域产生成片的液化区，也可采用跳打等方法减少剪切能量的积累；

（4）快速钻进，减少剪切能量在可液化土层上的积累；

（5）选用下开式专利钻头，防止阀门打不开在同一桩位多次复钻；

（6）混合料尽量采用较小的塌落度；

（7）把施工因素作为基坑支护的设计条件；

（8）设计宜采用大桩距大桩长。

注：当上述措施仍无效时，可采用泥浆护壁钻孔灌注成桩工艺。

（六）清土、剔桩头防断桩和防扰动桩间土措施

1、打桩弃土和预留保护土层可采用人工清除、或机械人工联合清除方案。当采用机械人工联合清除方案时：

（1）对基坑开挖后打桩的场地，采用人工予断桩、挖掘机清土，具体方法如下：

（a）成桩后混合料结硬前人工将有效桩顶标高200mm以上的桩体挖除，用水准仪严格控制挖除后的桩顶标高；

（b）全部桩施工完后，挖掘机自垫路（路面至挖除后桩顶的距离不小于1.5m，基底下土和弃土较软时取高值）进入现场清除现桩顶标高以上的土：

（c）人工清除余土至有效桩顶标高。

（2）在地表打桩后再进行基坑开挖的场地，由现场试挖确定预留人工开挖深度，以保证桩的断裂部位高于有效桩顶标高以上。

2、截桩头宜用无尺锯在有效桩顶标高处切深1～2cm的园环，再用两钢钎相对同时敲击断桩。

3、清土、截桩头后禁止对桩间土产生扰动的施工设备（如轮胎式运土车等）在施工场地内通行，防止产生“橡皮土”。

（七）混合料试块的制作和现场养护

施工过程，应随机选取具有代表性的混合料制作试块（边长为150mm的立方体）并捣实，送实验室前应在现场按标准养护条件对试样进行养护，特别在冬期，不得将试样随意放置在施工现场或工棚里，避免养护条件不标准导致试验结果不能反映桩体的真实强度。

三、几个问题的讨论

（一）如何避免桩端产生虚土

长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩工艺的最大优点是桩端无虚土，这对提高桩的承载力和减少地基变形都是有利的。但施工操作不当，也会导致桩端产生虚土、桩无端阻。

桩端产生虚土的情况主要有两种，一是怕钻头活门打不开，先提30～50cm再灌料，使得叶片上的土可能落到孔底，严重影响桩端土端阻的发挥。

二是桩端为饱和粉土、砂土和卵石层时，水头较高或为承压水，采用侧开的常规钻头，阀门外的水压力大于钻杆管内混合料对阀门产生的侧压力，如图1所示，作用在阀门外的水压力为（水的侧压力系数为1）：

F1＝γhA1

式中，γ－水的容重；h－阀门外的水头高度，A1－阀门水平向投影面积

管内混合料对阀门的水平力为：

F2=K0γcHA2

式中，γc－管内混合料容重，H－管内混合料顶面至阀门中心的高度，K0－混合料的侧压力系数（K0h、γc>γ，但A1> A2、K0 F1，阀门打开，但此时大量虚土落在孔底，导致桩无端阻。

为克服侧开式常规钻头的缺点，闫雪峰、赵风稳发明了下开式专利钻头（专利号ZL 00 2 63200.4），这种钻头的特点是阀门下开，如图2所示，阀门上部受力为混合料的竖向压力 F2=γcHA2，下部受的水压力F1＝γhA1，由于F2=γcHA2式中不再出现小于1的侧压力系数K0，通常为F2> F1，即不再发生阀门打不开的情况，避免了桩端产生虚土。

（二）如何防止饱和粉土、粉细砂的剪切液化

在有松散饱和粉土、粉细砂的场地，采用长螺旋钻管内泵压混合料成桩工艺，成孔时螺旋叶片对周边土产生扰动和剪切作用，当剪切作用累计到一定程度后，土体发生液化，导致刚打完处于流动状态桩的桩周土丧失对桩的侧向约束能力，桩体侧向澎出、桩顶下沉，产生窜孔，液化区域连成片甚至导致基坑失稳或周边建筑物倾斜开裂、道路破坏。

某工程，被加固地基为饱和粉土，采用CFG桩复合地基处理方案，基坑开挖后用长螺旋钻管内泵压混合料成桩工艺施工，钻头为侧开式常规钻头，施工过程中经常发生钻头阀门打不开的情况，其中东北角靠近降水井的一根桩，因阀门打不开7次复钻，邻近的降水井抽出的水为含有大量粉土颗粒的混浊水，复钻成孔时钻杆在自重压力下非常容易地下到预定标高。这说明土体已经液化，土的抗剪强度趋近于0。由于在较多桩位发生上述问题，使液化土体连成片，最后导致基坑产生较大水平位移，地面出现裂缝。

在同一地区类似土层的场地，起初也是采用侧开式常规钻头，由于经常发生阀门打不开，48小时打了3根桩，后改用下开式专利钻头，不再出现阀门打不开的情况，施工顺利完成，没有出现因施工扰动导致基坑失稳的情况发生。

以上情况说明，选用下开式专利钻头，防止在同一桩位多次复钻，对提高施工效率和防止饱和粉土的剪切液化是有效的技术措施之一。

北京凤凰城B座⑴，基础埋深7.6m，基底以下8～12m为饱和的砂质粉土④1，采用CFG桩复合地基处理方案，桩长20.5m、桩径415mm，施工采用长螺旋钻管内泵压混合料成桩工艺，试成桩按4排桩连续施打，当时选用的钻头存在缺陷，成孔进尺很慢，钻孔达设计标高需30～40min，由于钻进速度太慢，螺旋叶片对饱和粉土较长时间的剪切作用，饱和的砂质粉土④1发生剪切液化，先打的处于流动状态的相邻桩桩顶下沉，即产生窜孔。

之后，更换钻头、并采用2排连续施打方案，控制在11min以内钻孔达设计标高，不再发生窜孔。这说明改4排连打为2排连打，和控制钻进速度（提钻一般为静拔，对桩间土不产生剪切作用），可以有效减少剪切能量在已打桩周围土体的积累，对防止饱和粉土、粉细砂的剪切液化是有效的。

此外，诸如降饱和粉土、粉细砂中的水、采用小叶片螺旋钻杆成孔、控制日成桩数量、混合料采用较小的塌落度和采用大桩距大桩长的设计参数都是可行的技术措施。

当上述措施仍无效时，可采用泥浆护壁钻孔灌注成桩工艺。

（四）结语