贺宏伟

（北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013）

采用地面定向千米钻机施工钻孔，利用地面注浆站通过千米钻孔向井下二1矿层底板破碎地段、导含水地段及L8灰岩含水层等区域进行多个水平钻孔施工，钻空合理均布整个区域然后进行注浆加固，变含水层为隔水层或弱含水层。

1 钻孔施工工艺

（1）注浆钻孔轨迹设计。钻孔经过直孔段、造斜段的施工，钻孔顶角由0°变为约85°～90°使钻孔走向与L8灰岩含水层倾角相近，以达到钻孔在L8灰岩含水层内顺层钻进的目的。钻孔轨迹设计如图1所示，在具体施工过程中，钻孔轨迹控制坐标点根据现场情况确定。分支孔在施工过程中，要遵循与主孔夹角合适、大体均布、间距合理的原则，严控顶角，监控方位，保障轨迹。

图1 钻孔轨迹示意图

（2）钻孔结构。本工程经直孔段、造斜段施工，使钻孔进入L8灰岩含水层，并沿L8灰岩顺层钻进，主孔施工完成后，分别进行6个、8个分支孔的施工，钻孔的主体结构如图2所示。一开，孔径Φ350mm，下入Φ244.5×8.94mm套管；下至基岩层段，进入基岩内不少于10m，并用纯水泥浆进行固管。二开，孔径Φ216mm，下入Φ177.8×8.05mm套管，下至L8灰岩顶界，并用纯水泥浆进行固管。三开，孔径Φ152.4mm，沿L8灰岩顺层钻进，为裸孔段。

（3）钻具组合。一开钻进：Φ215.9mm钻头+Φ172mm螺杆钻具+Φ172mm无磁钻铤+Φ172mm钻铤+Φ89mm加重钻杆+Φ89mm钻杆；一开扩孔：Φ350mm钻头+Φ159mm钻铤+Φ89mm加重钻杆+Φ89mm钻杆；二开：Φ215.9mm钻头+Φ172mm螺 杆 钻 具+Φ172mm无 磁 钻 铤+Φ172mm钻铤+Φ89mm加重钻杆+Φ89mm钻杆；三开：Φ152.4mm钻头+Φ127mm螺杆钻具+Φ127mm无磁钻铤+Φ127mm钻铤+Φ89mm加重钻杆+Φ89mm钻杆。在施工过程中根据地层分布特征及钻孔轨迹情况，对钻具组合进行适当调整。

图2 钻孔结构图

（4）钻孔泥浆性能要求。①钻进直孔段时，要求钻孔泥浆密度控制在1.05g/cm3～1.20g/cm3，粘度控制在20＂～30＂，并根据钻孔情况及时加入钻孔泥浆添加剂调整钻孔泥浆；②钻进造斜段和水平顺层段时，采用优质低固相钻孔泥浆，要求钻孔泥浆密度控制在1.10g/cm3～1.25g/cm3，粘度控制在25＂～40＂，适当的时候加入油脂润滑剂，以减小钻具上下阻力，并根据钻孔实际情况及时添加处理剂，调整钻孔泥浆性能。

钻孔泥浆配比与泥浆材料及添加剂量对应表如表1所示。钻孔泥浆配制及维护分段处理，表土段注意防沙、孔壁防塌；基岩段，提高钻孔泥浆排量，以将粉碎的钻屑带出，钻孔泥浆经过处理后再循环使用。

表1 钻孔泥浆配比与泥浆材料及添加剂量对应表

（5）钻孔泥浆管理。①钻孔泥浆性能监测：每2小时检测一次，并认真记录，调整钻孔泥浆时，加密测量。②钻孔泥浆净化：人工捞取沉淀岩粉和旋流除砂器同时进行，降低钻孔泥浆含砂量。③发现钻孔泥浆性能有突然变化时，要分析、查找原因，制定处理方案。钻孔泥浆处理方案见表2所示。④设专职钻孔泥浆管理人员。⑤钻进过程中如果出现泥浆漏失量超过注浆要求数值，施工单位及时上报矿方，按照矿方要求采取措施进行堵漏或注浆。

表2 钻孔泥浆处理方案表

（6）钻进参数。①开孔是保证钻孔垂直度的关键，为确保开孔的垂直度，在开钻前要在砼基础上预留环形孔槽，开孔钻进过程中应以轻压、慢转、大泵量为宜，保证钻孔开孔垂直度。②正常钻进时，控制压力不超过加重钻具重量的2/3。③造斜段、水平段每钻进4m～5m上提钻具，进行扫孔一次，每钻进9m左右，扫孔不少于2次。

（7）测斜及定向。在施工直孔段的过程中，主要是监测钻孔的偏斜，进行及时的纠偏。在造斜段施工过程中，根据需要及时的调整钻具的定向工具面角，保证钻孔实际轨迹与钻孔设计轨迹相吻合，同时应尽量使钻孔轨迹光滑，无大的狗腿角度；在顺层段施工过程中，主要是稳定钻孔的倾角，保证水平段始终在L8灰岩岩层内顺层钻进。

2 注浆施工工艺

（1）注浆施工顺序。①钻机进入现场后，首先对2个主孔进行施工。施工完成后下入套管，并用纯水泥浆固管，进入顺层段后，根据钻探情况进行注浆。②主孔施工结束后，进行各分支孔施工。具体施工顺序根据矿方巷道掘进等综合因素确定。

（2）注浆工艺流程。纯水泥浆注浆工艺流程：一次搅拌（加入水泥）→二次搅拌（加入添加剂）→注浆泵输送（泵量计量注浆量）→注浆管路→受注岩层段。粘土水泥浆注浆工艺流程：采集粘土→制备粘土浆→原浆池→去砂（除砂器、振动筛）→储浆池→一次搅拌（加水泥）→二次搅拌→注浆泵输送（泵量计量注浆量）→注浆管路→受注岩层段。

（3）注浆前的准备工作及管路打压试验。注浆前的准备工作主要包括注浆站的建设，注浆管路系统的形成，电路的架设，水路的敷设，注浆材料来源的确定以及注浆管路系统的打压试验。所有注浆系统形成后，应进行打压试验，注浆段管路打压压力应超过设计最大压力3MPa～5MPa，稳定20min管路无渗漏即可投入正常使用。