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龍固煤礦鉆井泥漿安全護(hù)壁條件的研究

文檔作者：汪廣恒文檔來源：中煤特殊鑿井集團(tuán)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月31日
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煤礦現(xiàn)代化 2010-r第2期 總第95期
龍固煤礦鉆井泥漿安全護(hù)壁條件的研究
汪廣恒
(中煤特殊鑿井集團(tuán)有限責(zé)任公司。安徽淮北2350~ )
中圖分類號：TD265 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1o09—0797(2010)02—0033—02
鉆井法是井筒特殊施工的主要方法之一，它是目前機(jī)械
化程度最高的鑿井方法。泥漿是鉆井過程的重要環(huán)節(jié)之一，對
鉆井工程的成敗和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果均有直接作用。
l 工程及地質(zhì)概況
山東龍固礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力為600萬 ，屬特大型煤
礦。目前正在施工的主井，鉆井深度582．75m，鉆井直徑8．7m，
穿過新生界第四系和上第三系不穩(wěn)定地層。其中，第四系地層
厚1 58．45m，上部為黏土質(zhì)和砂質(zhì)黏土，夾粉細(xì)砂和中砂薄層，
土體松散，透水性好；下部為砂質(zhì)黏土和黏土，夾黏土質(zhì)砂。上
第i系地層厚388．08m，上部為厚層黏土，砂質(zhì)黏土與粉砂，細(xì)
砂和黏土質(zhì)砂互層，土體松散，大部分未固結(jié)，局部微固結(jié)，半
固結(jié)。黏土，砂質(zhì)黏土易吸水膨脹，具有較強(qiáng)的可塑性；砂層松
散，具有流動性，為上第三系主要含水層。下部為厚層黏土，砂
質(zhì)與粉砂質(zhì)黏土，局部夾粉砂，細(xì)砂薄層，大部分半固結(jié)，局部
未固結(jié)。黏土，砂質(zhì)黏土具吸水性，可塑性。底部為含較多鈣質(zhì)
結(jié)核，石膏晶體的黏土和黏土質(zhì)砂，與石炭二疊系地層呈不整
合接觸。石炭二疊系地層厚36．27m主要由砂巖和泥巖組成。
泥巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，具滑面，均勻?qū)永恚瑝K狀構(gòu)造，硬度??；砂巖
為硅泥質(zhì)膠結(jié)，含泥質(zhì)包體，塊狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，硬度中等。
由于地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井施工難度大。
2 龍固礦主井鉆井泥漿安全護(hù)壁條件
(1)地下水位低。實測地下靜水位為一919m(以自然地坪
為±0)，顯然井內(nèi)泥漿柱靜壓力遠(yuǎn)大于巖層中靜水壓力，并能
平衡一部分圍巖壓力，使巖石強(qiáng)度能承受住側(cè)壓力，巖層不發(fā)
生破壞，有利于保持井壁穩(wěn)定。
(2)井新生界第四系，上第三系底部均有較厚的黏土，砂
質(zhì)黏土，使基巖各含水層與地表水體失去水力聯(lián)系。井檢孔未
作單獨(dú)抽水試驗，混合抽水試驗時，作了流量測量，涌水量為
0．281m ，單位涌水量為0．003641m~．m。井筒水文地質(zhì)條件
簡單，主要為孔隙水，有利于泥漿護(hù)壁。
(3)地層黏土造漿能力強(qiáng)。據(jù)土樣化驗報告，三種不同顏
色黏土的化學(xué)類型屬于5042一HCO 一Na 和HCO~O42-一N礦型，
其中綠色黏土的蒙脫石的每一構(gòu)造單位由兩層硅氧四面體和
夾在他們中間的一層鋁氧八面體組成。每個四面體頂端的氧
都指向構(gòu)造層的中央，而與八面體所共有。四面體層中的部分
s 可被Al 取代，八面體層中的A1 可被M ，F(xiàn)e“，Zn 等陽
離子所取代，使晶體帶負(fù)電，能吸附較多的陽離子，有較強(qiáng)的
離子交換能力。同時晶胞間靠微弱的分子間力連接，晶胞連接
不緊密，水分子容易進(jìn)人兩個晶胞之間，故水化分散性能較
好，造漿能力強(qiáng)，容易接受處理劑處理，是配置泥漿的優(yōu)質(zhì)材
料。
(4)選用的泥漿處理劑藥效用顯著。利用地層粘土加水自
然造漿加適量分散劑純堿，以提高粘土的造漿率。而純堿加
入量依粘土中鈣離子的含量而異。該井地層粘土含鈣離子僅
為2．65～3．89mg／100g，而含鈉離子為38，95～64．91mg，10HDg，因此
加少許純堿，pH值7～7．5，粘土分散得就很細(xì)，從而提高粘土顆
粒的∈電位、水化程度和穩(wěn)定性。在鉆進(jìn)中，對循環(huán)漿的維護(hù)
處理，選用三聚磷酸鈉稀釋劑和鈉羧甲基纖維素降失水劑處
理效果很好，滿足了施工要求。三聚磷酸鈉在泥漿中可以結(jié)合
Ga +(鉆遇石膏，鈣結(jié)核)等堿土金屬及某些重金屬離子，形成
可溶性結(jié)合物代之以Na ，增加粘土顆粒的穩(wěn)定性。三聚磷酸鈉
主要是通過配價鍵吸附在粘土顆粒界面斷鍵邊緣的Al 處，
同時剩余的一ONa基又能給粘土顆粒邊緣帶來水化層，大大削
弱了粘土顆粒間的端一面和端一端連接，從而削弱或拆散泥
漿中的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而達(dá)到更為有效的降低泥漿粘度和切
力的作用。鈉羧甲基纖維素在泥漿中的電離生成長鏈多價負(fù)
離子，羧甲基與斷鍵邊緣上鋁離子之間的靜電吸力、大分子鏈
節(jié)上的OH和土粒面上的氧形成氫鍵、大分子間的分子間力
等，使其能吸附在粘土顆粒上形成水化層，同時增高土粒的∈
電位；細(xì)土粒還能與大分子部分粘結(jié)，參與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形成，
避免土粒接觸，從而提高了土粒(特別是聚結(jié)趨勢大的細(xì)土
粒)的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于保持和提高細(xì)土粒的含量，形成致
密的泥皮，降低失水量。此外，具有高粘度和彈性的吸附水化
層的堵孔作用和鈉羧甲基纖維素溶液的高粘度都起降失水的
作用。同時，對基巖風(fēng)化帶和裂隙的發(fā)育巖層崩解掉塊也有防
治作用。
(5)地下水質(zhì)礦化度較高。據(jù)水樣分析報告提供的資料，
龍固礦區(qū)水源水質(zhì)pH值7．83，總礦化度8816．00m ，所配泥
漿應(yīng)屬淡鹽水泥漿，其濾液的性質(zhì)，在粘土，泥巖成分一定的
情況下，淡鹽水能更顯著的抑制水化膨脹，有利于井筒圍巖的
穩(wěn)定。
(6)表土層粘性土層多，純砂層少。表土層厚546．48m，主
要有粘土和粘土質(zhì)砂組成。粘土有55層，累計厚度為
325．38m；粘土質(zhì)砂有27層，累計厚度127．79m，該井泥漿護(hù)壁
的主要矛盾是粘土層膨脹縮徑。鉆進(jìn)過程中，除采取相應(yīng)措施
外，在井筒內(nèi)充滿泥漿，在壓差作用下，泥漿失水滲入井幫周
圍的土層，由于土層吸收了水分，并逐漸達(dá)到了飽和狀態(tài)，此
時膨脹土得以充分膨脹，能量向井筒側(cè)面釋放出來，膨脹超出
井筒周邊的量，經(jīng)掃孑L可以清除掉，待終孑L鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計要求
后，下沉井壁時，膨脹土的膨脹已基本穩(wěn)定，僅對終孔鉆進(jìn)直
徑留有余地即可。
3 泥漿性能參數(shù)選擇
泥漿性能參數(shù)是判斷泥漿質(zhì)量，控制和調(diào)整泥漿性能的
標(biāo)準(zhǔn)
泥漿性能參數(shù)的確定，不僅與地質(zhì)因素有關(guān)，也與測井、
· 33 ·
煤礦現(xiàn)代化 2010年第2期 總第95期
深井易燃厚煤層綜放面回撤防滅火技術(shù)
王占成一。趙厚春 ，劉守華
(1．山東省天安礦業(yè)有限公司；2．兗礦集團(tuán)有限公司通防部)
摘要通過對E3103綜放面回撤火災(zāi)事故分析及E3202綜放面安全回撤防火經(jīng)驗敘述，總結(jié)出深井
易燃厚煤層綜放面回撤防火經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞 深井；綜放面；回撤；防滅火
中圖分類號：TD75 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1009—0797(2010)02—0034—02
1 概述
星村煤礦采用立井多水平開拓方式，主采煤層為3煤層，
煤層厚度4．59 9．25m，平均厚度7．15m，煤層傾角0～42。，氣
煤，容重1．39t／m3,煤塵爆炸指數(shù)38．90％。礦井采用走向長壁后
退式采煤方式，綜采低位放頂煤采煤工藝，自然垮落法管理頂
板。
煤炭科學(xué)總院撫順分院對3層煤鑒定為自燃煤層；西安
科技大學(xué)“星村礦煤樣自燃特性參數(shù)實驗研究”結(jié)論：在起始
溫度為27．7℃時實驗最短自然發(fā)火期為52天。首采面E3103
綜放面回撤支架時發(fā)生自燃火災(zāi)封面事故，實際自然發(fā)火期
為31天。
礦井通風(fēng)方式為中央并列抽出式通風(fēng)，礦井總進(jìn)風(fēng)量
7000m3／min，使用BD—II一8-N027型高效節(jié)能對旋軸流式通風(fēng)
機(jī)，配套兩臺450kW 電機(jī)，礦井負(fù)壓160～200mmH O。綜放工
作面采用一源一匯的u型下行通風(fēng)方式，創(chuàng)造良好的工作環(huán)
境并兼顧防火的需要，風(fēng)量滿足800～1200 m3／min。
2 E3103首采面回撤防火技術(shù)
E3103工作面為星村煤礦第一個偽斜俯采綜放工作面，煤
層傾角l6～25。，平均21 ；工作面采高2．3m，放煤高度4．96m，
采放比1：2．16。工作面面長144m，走向長度350m，共安裝支架
96架。2006年3月6 13試生產(chǎn)，7月17 El停止放頂煤，8月9
日停采，8月14日開始回撤支架，工作面供風(fēng)量400～
500m3／min，工作面停采位置如圖1，19日7時，回撤至32架
時，73架架后出現(xiàn)濃煙，繼而74架架頂部和架前附近出現(xiàn)濃
煙霧、有害氣體超限，火勢難以控制，工作面被迫封閉。
圖1 E3 103綜放面停采位置示意圖
2．1 防火措施
(1)通風(fēng)方式采用全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，在支架開始回撤時風(fēng)
量降為400～500m3／min。
(2)縮小隔離墻的間距，停采時在切頂線位置兩順施工隔
井壁下沉等施工工藝密切相關(guān)。我國煤礦鉆井一般采用一次
超前分次擴(kuò)孔鉆進(jìn)，隨著鉆井直徑的加大，為了維護(hù)井壁的穩(wěn)
定，對泥漿性能參數(shù)的要求應(yīng)有所改變。一般是隨著井徑的加
大，泥漿應(yīng)增大密度，減小失水量，降低含砂量，并增加切力。
地質(zhì)條件是礦井泥漿參數(shù)的重要因素。在鉆進(jìn)流砂層時，關(guān)鍵
是要保證在具有足夠泥漿恒壓力的前提下提高泥皮質(zhì)量。當(dāng)
鉆進(jìn)膨脹性地層時，為防止和抑制泥漿中的自由水滲入井幫
而引起井筒縮徑和塌幫，應(yīng)盡量降低泥漿的失水量。當(dāng)進(jìn)行終
孔鉆進(jìn)和下沉井壁時，因鉆井直徑大，井幫和泥漿接觸時間
長，加之下沉井壁過程中井幫可能受到井壁的擾動故它影響
到泥漿護(hù)壁的成敗，必須使用失水量低，泥皮薄而韌，含砂量
少的泥漿。
4 泥漿性能維護(hù)方法
深井泥漿顯然不同于淺井，由于井深粘土層多，自然造漿
量過大，泥漿性能參數(shù)波動范圍也大，調(diào)整逆境性能較困難，
不僅化學(xué)處理藥劑耗量大，費(fèi)用高，而且泥漿性能維護(hù)時問
短。根據(jù)以往的經(jīng)驗，修訂泥漿性能參數(shù)值，適當(dāng)放寬泥漿密
度，粘度，失水量指標(biāo)，減少泥漿處理次數(shù)，采取以旋流器機(jī)械
凈化與化學(xué)藥劑處理相結(jié)合的方法，達(dá)到既保持泥漿安全護(hù)
· 34 ·
壁性能，滿足施工要求，又節(jié)省處理費(fèi)用的目的。
5 結(jié)束語
泥漿參數(shù)的調(diào)控是一個涉及因素較多的系統(tǒng)工程。欲將
泥漿參數(shù)調(diào)控至有利于改善鉆井效果，一是不能盲目套用其
他的井筒的經(jīng)驗，只能將其他井筒泥漿參數(shù)的調(diào)控措施作為
參考。在鉆進(jìn)施工中，必須對泥漿性能進(jìn)行調(diào)控試驗求得最佳
的處理方法，并及時對泥漿進(jìn)行處理。二是各種處理手段也絕
非只對泥漿的某一種參數(shù)有調(diào)控作用，因此在泥漿處理工程
中，應(yīng)將化學(xué)藥劑處理，機(jī)械凈化，重力凈化等方法有機(jī)地結(jié)
合起來。始終貫徹綜合處理的方針，做到既有效而又經(jīng)濟(jì)的調(diào)
控泥漿的參數(shù)又達(dá)到安全護(hù)壁的條件!
作者簡介
汪廣恒，男，1979年11月，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，機(jī)械電
子工程專業(yè)，在中煤特殊鑿井(集團(tuán))有限責(zé)任公司從事大口
徑深井鉆井技術(shù)。其問在山東新汶礦業(yè)集團(tuán)龍固煤礦主副風(fēng)
井，山東里能煤電集團(tuán)公司鄆城煤礦風(fēng)井，安徽淮北礦業(yè)集團(tuán)
袁店二礦副井，安徽皖北煤電集團(tuán)公司朱集西礦矸石井從事
機(jī)電安裝、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)工作。
(收稿日期：2009—12—25)

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