发电站厂房地应力测试钻孔的施工技术

采用空心包体式全方位地应力测试法测试地下发电站厂房站位的地应力。主要介绍了探洞内水平测试钻孔的钻进技术、工艺参数以及设备选择和注意事项。     

地应力钻孔施工关键技术探讨

汶川地震后,地应力研究受到重视,应力孔施工也日渐增多。本文依据多个项目实践经验,总结了地应力钻孔施工中的一些主要技术问题,介绍了钻孔结构设计按照终孔直径选择、监测仪器安装以及地层条件来综合考虑的方法。特别是从保证技术套管的使用和起拔安全,保障仪器安装精度的扩孔技术,冲洗液的选择与控制,应力测量与应力监测仪器安装的技术保障措施等应力孔施工关键技术方法方面探讨和总结了该类型钻孔施工技术特点和技术经验,系统总结了孔内应力测量和监测仪器安装技术方法,对同类项目的开展具有一定的借鉴和现实指导意义。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-3孔施工技术与体会

WFSD-3孔是汶川地震科学钻探项目的系列钻孔之一,历经2年多的施上,攻克了世界罕见的复杂地层钻进、大直径原状样取心和高地应力下钻孔护壁重重技术难关,圆满完成了施工任务。重点介绍了WFSD-3孔施工技术与经验,并对施工若干技术问题提出探讨与认识。     

压磁套芯三维原地应力测量研究

压磁套芯解除法是20世纪50年代开始发展起来的原地应力测试技术。为了实现在单一钻孔中进行三维地应力测量研制了单孔全应力计。在简单介绍压磁全应力计结构和计算原理的基础上,通过现场测试,对在锦屏二级水电站地下厂房洞群区压磁套心解除3孔交汇法三维地应力测量和单孔三维地应力测量及水压致裂地应力测量进行了比较分析研究。测量结果表明,在探洞浅部,受局部地形影响,测点的应力分布主要受自重和地形地貌控制,形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态,最大主应力为11 MPa左右,作用方向NNW基本近水平;在探洞深部地应力应力值较高,最大主应力为40 MPa左右,作用方向近直立;随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态,说明在洞深部自重应力起主导作用。通过三种方法测量结果的对比分析,说明压磁套心解除单孔三维地应力测试技术与压磁套心解除3孔交汇法和水压致裂地应力测试技术具有相同测试精度。     

φ71 mm同径开口式导斜楔偏斜（绕障）施工技术

针对采用绳索取心金刚石钻进工艺施工中深孔和深孔时会经常遇到处理难度很大的复杂孔内事故和补采岩矿心（煤心）的情况,经反复实践、完善、总结出了钻孔同径偏斜（绕障）施工技术。重点介绍了同径开口式导斜楔的加工制作、下井前校验、孔底架桥、投送方法、钻具组合、钻进注意事项及修孔操作要点。采用该项技术可以减少钻孔报废钻尺、节约施工成本和缩短施工工期。     

山西灵丘腰站铁矿普查项目深斜钻孔钻探设计与施工技术

介绍了山西省灵丘县腰站铁矿项目深斜钻孔施工的技术难点和解决钻进困难问题的钻进工艺方法,分析研究了绳索取心钻进的钻孔结构、钻具、钻进参数和设备的合理选择,提出了钻进施工经验和体会。     

成膜抑制冲洗液体系在地应力钻探中的应用

地应力钻孔是地应力测量的基础场所,对钻孔孔壁质量要求较高,当钻遇地层存在破碎、膨胀缩径等问题时,严重影响了钻孔正常钻进,需要配制专门的冲洗液解决以上问题,以保证钻孔顺利施工。本文详细介绍了处理此类问题的成膜抑制冲洗液体系的配方组成、配制与维护方法和使用效果,该冲洗液体系由成膜抑制剂、接枝淀粉及铵盐等配制而成,对泥页岩地层膨胀缩径、分散造浆起到较强的抑制作用,同时对松散、破碎地层也具有良好的胶结,护壁效果好,有效解决了上述复杂地层钻进所面临的技术难题,为类似复杂地质条件下的钻孔施工提供了有益的参考。     

桃子垭深埋特长隧道地应力预测及复核

深埋特长隧道工程的高地应力问题越来越受到重视,如何准确高效地确定工程区地应力状态,是目前关注的重点和难点。针对深埋特长隧道地应力状态的确定问题,我们提出了基于多源数据的初始原地应力方向综合确定和应力量值预测及复核的综合解决方案。通过勘察阶段有限钻孔的地应力测试,并结合区域多源地应力资料,可以综合确定地应力方向并利用修正的Sheorey模型预测隧道轴线地应力;针对预测结果,在隧道开挖施工过程中,进一步利用有限钻孔的水压致裂地应力测试检验预测结果并复核隧道应力状况。结果表明,桃子垭隧道水平最大主应力方向为N15°W~N40°W,实测三向应力关系为S_H≥S_v＞S_h;钻孔附近的应力预测值在区域实测应力量值变化范围内,隧道埋深最大处的水平最大、最小应力值分别达24 MPa和16 MPa;隧道施工过程中的4个钻孔应力量值复核结果显示,除了局部受到岩性变化、断裂破碎带等影响出现偏差,本文预测结果与实测应力量值基本一致。笔者发展的原地应力综合预测及复核方法,一方面可以快速有效地预测深埋特长隧道等线状工程的原地应力状态,有效降低初始勘察阶段地应力测试成本,另一方面,应力量值的复核保证了应力预测结果的可靠性,可以为隧道施工方案的及时变更及预算调整等提供有力依据和数据支撑。     

Aus-Plug堵漏剂在金厂河等矿区绳索取心钻孔漏失中的应用

钻孔漏失是钻探施工中一直较难解决的难题,尤其是绳索取心钻进施工中的严重漏失,造成钻进效率低、施工成本高的后果,严重的直接威胁钻孔安全、甚至会导致钻孔报废。 Aus-Plug是2006年自国外引进的高效延时膨胀钻孔堵漏剂,Aus-Plug钻孔堵漏剂的使用较好地解决了我院绳索取心钻孔漏失的问题。2003年至今,根据我院用绳索取心钻进工艺在多个矿区试验及钻进施工中遇到的不同地层、不同漏失方式特点,通过多年生产实践,摸索和总结了绳索取心钻进施工中冲洗液漏失的危害及采用的一些堵漏施工方法。同时也总结了Aus-Plug钻孔堵漏剂在不同漏失情况下比较实用有效的应对堵漏方法,较快推动了我院绳索取心钻进工艺施工的应用和发展。     

深圳抽水蓄能电站水压致裂法三维地应力测量和分析

由于水压致裂法地应力测量的突出优点已在国内外得到广泛应用,但以往只能测量钻孔横截面上的二维应力状态。近期兴起的水压致裂法三维地应力测量,已在多个工程中得到应用。深圳抽水蓄能电站采用了3个不同方向钻孔测量法和单钻孔测量法进行了三维地应力测量,得到了很好的测量成果。其中单钻孔三维地应力测量,在近水平向和铅垂向两个钻孔中应用。三维地应力测量成果不仅得到了相应钻孔横截面上和原生裂隙面上二维应力实测值的检验,而且得到了同一位置两种不同三维地应力测量方法的相互印证,和同一个钻孔（铅垂向）中套芯应力解除法三维地应力实测值的印证。两种水压致裂法三维地应力测量成果（单钻孔测量法包含了非铅垂向和铅垂向钻孔的两种测量法）非常一致,能够代表该测量区的地应力状态。     

京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工技术

地应力监测孔作为地应力测量与监测的基础场所,钻探施工的质量直接影响到地应力测量试验的效果,扩孔的质量更是决定地应力监测仪器能否顺利安装以及后期监测仪器能否正常工作的关键因素。本文以京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工为例,详细介绍了地应力监测孔的施工工艺,包括取心钻具组合、金刚石钻头选择、组装式扩孔钻头分级扩孔钻进等,对保证钻孔垂直度和同心度、降低钻孔孔径误差、保证岩心采取率,以及提高监测孔扩孔效率和质量等关键技术提出了一些具体措施,并取得了良好的钻探效果,对今后地应力监测孔的钻探施工具有重要的指导作用。     

三维地应力计算模型研究

简要回顾了现有的三维地应力实测方法在实际工程应用中存在的局限性。对钻孔局部壁面应力全解除法进行了系统的研究,从理论上说明了由它确定三维地壳应力张量的可行性。采用线弹性有限元法对钻孔局部壁面应力解除过程做了数值模拟研究,分析了应力解除曲线的变化特征,给出了达到完全应力解除时解除深度和被解除岩芯直径之间的定量关系,还进一步分析了环形解除槽引起的应力集中对其附近局部孔壁应力分布的影响,从而为在钻孔孔壁的局部壁面上如何合理的布置应变计（花）提供了参考依据。最后对本课题的研究前景做了展望。     

岩心钻探事故孔偏斜钻进技术

本文结合事故钻孔施工实例,简略介绍了钻探施工事故钻孔偏斜器的制作、施工工艺、钻进方法,提出了应用自制偏斜器绕开孔内遗留物继续钻进的注意事项。通过偏斜钻进,在保证钻孔质量的同时,达到钻孔地质目的,获得所需地质资料。     

集束式反井气动潜孔锤钻进工艺在大口径煤矿排水孔施工中的应用

针对在大口径瓦斯排放孔或大口径矿山应急救援钻孔施工中要求时间较短,而应用常规组合牙轮钻头或组合滚刀钻头施工时,由于钻孔口径较大,钻杆柱与钻孔环状间隙大,钻井液上返速度很慢,排除岩粉困难,钻进效率低的问题,以国内外反向钻进用牙轮钻头或滚刀钻头为基础,参考非开发回拖式扩孔钻进的施工经验,研发了集束式反井气动潜孔锤钻进工艺。在内蒙古黄玉川大口径煤矿排水孔施工的经验表明,在钻穿巷道顶板的大口径钻孔施工时,集束式反井气动潜孔锤及反井钻进工艺取代常规组合滚刀反井钻进工艺,可以大大提高了钻进效率,对类似钻孔的施工有很好的参考价值。     

一次套钻确定三维地应力的新型钻孔变形计

基于岩体初始地应力测量的套钻应力解除方法,在36-2型钻孔变形计的基础上增加8个轴向变形测量装置,优化设计加工成12分量新型钻孔变形计。该变形计具有8个轴向变形测量元件和4个径向变形测量元件。试验室内元件标定的结果表明,每个测量元件的分辨率可达0.000 1 mm,精度达到2 ‰;多项室内整体标定试验表明,该变形计应力测量稳定性和可靠性较好,分辨率可达0.028 MPa(当E=30 GPa时),实测误差小于10 %;在利用设计出的专用金刚石钻头钻取的钻孔中,安装该变形计,只需要一次套钻应力解除试验就可以确定测点部位的三维地应力状态。该地应力测试设备和方法解决了传统的利用3个钻孔套钻解除确定三维地应力的弊端,并可进行深孔测试。具有操作方便、精度高、可靠性好的特点。     

垂直孔应力解除法地应力测试技术及工程应用

针对应力解除法在垂直深孔中应用的局限性,提出一种适用于垂直深孔的应力解除法地应力测试技术。研制基于显微光学成像原理的触头式孔径变形测量装置,通过对单动双管钻具进行优化配接,形成了适用于垂直深孔的地应力快速测试技术。孔径变形测量装置采用孔径变形感知、显微成像及测量定向等关键技术,简化了测试过程,缩短了测试时间,能够实现高地温、高水压垂直深孔中多方向孔径变形测量;引入单动双管钻具,对其钻进、取芯以及过流进行优化配接,形成了地应力辅助测试装置。在金山店铁矿张福山矿床–410 m和–500 m水平进行了地应力测试,获取到的环形岩芯内径稳定,且完整性高,验证了辅助装置具备精确成孔和完整取芯的技术优势,为孔径变形准确测量提供了保障;计算得到了4个点位处的地应力数据,其主应力基本随深度增加而增大,最大水平主应力约在NNW～NNE方向上。研究表明,垂直孔应力解除法地应力测量技术能够在垂直深孔中快速、可靠地实现地应力测试     

气动潜孔锤钻进技术

研究潜孔锤内部动力过程,优化潜孔锤性能,研制系列适应于不同工况条件及领域的特殊性能潜孔锤,以满足各种钻孔工程需求。将多种先进钻孔工艺方法融于潜孔锤钻进中,形成多工艺潜孔锤钻进行工艺方法,以满足不同施工领域的钻孔施工需求,解决系列钻孔施工难题,推进钻孔技术的进步与发展。     

二00八年十大科技进展浅层低渗透性含水层水平井开采技术研究与示范（一）

通过浅层低渗透性含水层水平盲井钻进与成井技术的研究,建立了钻孔轨迹设计、导向孔钻进、钻孔轨迹测量与控制、钻孔扩孔施工等水平盲井钻进技术体系和井管安装、填砾、止水封闭、洗井、抽水等水平盲井成井工艺体系。开发出了沿导向杆推进和在冲洗管内推进的井管安装方法。     

水平定向钻进地层适应性的评价方法

水平定向钻进的地层适应性对施工技术方案、钻具选择、参数选取和施工效益都有着重要影响。应采用钻进地层的岩土硬度、完整性和研磨性三方面指标,对比钻进技术工艺和技术器具特点,对钻进效率、钻孔的成孔和孔壁稳定性、以及钻具寿命等进行定性及定量的评价,从而有利于大大提高水平定向钻进铺管施工的技术和经济效益。     

煤矿送料孔、通风孔及救援孔钻进技术

介绍了煤矿送料孔、通风孔及救援孔等工程钻孔的钻进工艺及所用器具,并通过中国神华集团的施工实例对此类工程钻孔的前导钻进及扩孔钻进技术进行了较为详细的探讨。