矿山灾害生命保障救援通道快速安全构建关键技术与装备

矿山发生重大灾害事故导致井筒、巷道破坏,人员被困井下时,通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。救援通道包括井下、地面2种形式,井下具备施工条件时,构建穿过坍塌段的大直径救援通道,是最直接的方式;井下不具备施工条件或易发生次生灾害时,则需先在地面快速、精准钻进小直径搜救孔,确定井下被困人员位置及身体状况,并及时输送给养,再构建大直径救援井,采用专用救援提升装备保障被困人员升井脱困。研究涵盖机械工程、钻井工程、电气工程、软件工程、流体力学、岩土力学、动力学、先进控制技术等多学科多领域,将理论分析、数值模拟、实验研究、型式试验、工程示范相结合,以“救援通道构建装备研制—生命保障通道构建技术开发—大直径救援通道构建技术开发—地面提升救援装备开发—技术与装备集成及工程试验”为主线,开发钻孔救援关键技术与装备。研制了3套应急救援集成装备,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机最大提升力1 200 kN、最大转矩50 000 N·m,开发了钻机与配套机具的一体化集中控制系统,单根起下钻效率小于3 min/根;XZJ5240JQZ30型救援提升车开发了多传感器信息融合的通信监测控制系统,提升系统最大救援深度848 m;ZDG1500型井下大直径顶管机直径1 630 mm,最大顶推力8 541.2 kN。开发了复杂地层生命保障孔快速、精准钻进技术,地面大直径救援井精准、安全、高效钻进及透巷技术,井下大断面救援通道顶管快速施工技术3项矿山应急救援通道构建技术。在宁夏宁煤梅花井矿开展了国内首次生命保障孔及大直径救援井施工、救援提升的集成研究和工程示范,完成井径215.9 mm、井深670.5 m生命保障孔,用时46.83 h,井底水平位移偏移0.27 m,满足72 h黄金救援时间内成孔要求;完成井径830 mm、井深654.1 m救援井,井底水平位移0.19 m,介质溃入井下约7.5 m3,并在救援井内成功进行了救援提升技术与装备试验。在广东省基础工程集团有限公司碎石场开展了顶管钻进工程模拟坍塌条件下的试验,施工长度102.5 m,日进尺43.92 m,顶进误差0.35 m。相关成果在湖南源江山煤矿、山东栖霞金矿、新疆丰源煤矿等5次矿山灾害应急救援中进行了应用。开发的3项救援通道施工技术及3套救援装备,构成了具有自主知识产权的矿山井上井下联合救援技术与装备体系,可满足600 m深度的矿山应急救援需求,为我国矿山灾害救援提供技术装备支撑。      

江垭水电站尾调室预留中层法施工技术

江垭水电站尾调室第Ⅳ层由于施工通道和施工机械的限制，在开挖时采用了深度达18m的一次深孔爆破施工技术，取得了成功。介绍了该层的施工方法和具体实施技术。     

长江深水域水上钻探施工技术

我局地质工程公司于1989年承担了江苏省境内长江第二通道水上工程地质勘察钻探施工,完成黄山港、澄西船厂和西山三条地质勘探剖面线的7个水上钻探孔,共计工作量824.78m,孔斜不超过3°/100m,     

昆仑山隧道沟谷融区发育特征分析

利用多年冻土区昆仑山隧道2#冲沟帷幕注浆的机会,将注浆孔当作测试孔,测试每个孔的水位和孔温。通过测试孔水位、孔温和注浆量变化分析,判断2#冲沟融区发育特征,得出2#冲沟沟底的融化深度远大于通常的冻土上限;阳坡地温高于阴坡地温;在2#冲沟段,昆仑山隧道中心线左右至少7m范围内为融化区,融区深度在隧底25m以下;阳坡地层的孔隙率高于阴坡孔隙率,沟底岩层与地表有较为畅通的地下水流通道,沟底地下水渗流通道明显优于两侧山坡,沟心纵断面位置附近存在至少一条未被冻结的地下水通道,且该通道的埋置深度至少可达1730m,为昆仑山隧道渗漏水病害治理提供依据。     

钻孔施工过程中影响预测见煤深度因素的查找及校正实例

为准确评价勘查区内的水文地质条件,验证原有钻孔的施工质量,在距原7755号孔50m的地方施工了S06-1孔。施工发现,S06-1孔的标志层和煤层资料与原7755号相差很大,最大可达119.60m。究其原因是本区岩性软硬相间、岩层倾角大以及施工质量差所致。在仔细分析施工钻孔岩性的基础上,发现区内有一层灰褐色、含直径为1mm的石英泥岩较为稳定,可作为标志层对煤层进行预测,并以此提出了见煤深度预测公式,对该区煤层进行预测。预测结果与实际见煤深度很近,从而证明该标志层及预测公式可靠,可作为后续钻探施工指导依据。     

介休鑫峪沟煤矿地面2号注浆孔钻探施工技术

山西介休鑫峪沟煤矿2号地面定向水平多分支钻孔,是采用注浆技术封堵奥灰水导水补给通道的注浆钻孔,本孔实际完成总工作量2194.86 m,其中直孔段490.27 m,水平孔段累计1704.59 m。本文详细介绍了该注浆钻孔施工的主要设备、冲洗液及钻探施工技术,并对钻探施工中的难点和经验体会进行了总结,为同类工程施工提供借鉴。     

伊犁盆地砂岩型铀矿孔斜防控实践分析

近年来在新疆伊犁盆地施工的砂岩型铀矿钻孔孔深大多在600~1000 m之间,钻孔终孔测井平均偏斜距在28 m左右,孔斜控制是影响伊犁矿区钻孔成孔质量的主要技术难题。伊犁盆地钻探施工多采用普通取心钻进工艺,成孔的钻杆与孔壁间的环状空间大,盆地内复杂地层引起的钻孔扩径现象普遍。普通取心钻进钻杆刚度小,钻杆在孔内转动时甩动弯曲幅度大,是导致孔斜控制困难的主要影响因素。中深孔钻孔偏斜距较大,影响地质成果质量和钻探经济效益。通过设计适合在伊犁盆地复杂地层内使用的扶正器并优化钻具组合,使伊犁盆地试验区内施工的中深孔平均偏斜距得到了大幅度的下降,该技术方案对同类型钻孔施工具有一定的借鉴性。     

威海地区3000m深部地热钻探关键技术的应用与分析

“山东省文登-荣成-威海地区深部地热资源调查”项目是“山东省2018年度38个省直地质勘查项目”之一,总体目标是通过小口径深部钻探技术来完成3000 m测温孔的施工,为地热地质调查、钻孔测温、岩心热物性及放射性元素含量测试等工作提供通道和具体实物资料。本文结合3000 m小口径地热探孔的施工进程,系统介绍了该深孔的钻孔结构、施工设备、钻探工艺方法及关键技术等内容,重点针对严重破碎带、高应力复杂地层条件的泥浆技术、深孔钻头技术等展开了试验对比和分析研究,采取针对性技术措施,成功地解决了孔内复杂难题,配套研究的长寿命高效钻头提高了钻孔施工效率,减少了钻探成本投入。论文还探讨了深孔地热钻探的“现场标准化建设和绿色施工”管理方法。     

新疆鄯善县彩霞山铅锌矿ZK4503孔深部钻探施工技术

彩霞山铅锌矿区是新疆地矿局第一地质大队2002年发现的,2009年进行深部探矿,取得了较好的地质成果,累计探求资源量已达511万t,是迄今为止全疆最大的铅锌矿;2010年施工的最深孔ZK4503孔达1703 m,钻孔完工时为新疆小口径岩心钻探最深孔,至今仍为全液压动力头钻机最深孔记录。总结了ZK4503孔的钻探施工的成功经验和失败的教训,为以后施工深孔提供了参考借鉴。     

岩溶地区桩基施工主要事故通病及质量隐患防治对策

深圳怡龙枫景园桩基工程地处灰岩岩溶地区,累计完成灌注桩364条,最大成桩桩长48m,最大桩径1．7m。施工所遇地层复杂,频繁出现偏孔、涌水、漏水、坍塌、桩孔底层溶洞判断及灌注中溶洞洞穿等难题,以科学判断,严密预防,慎重处置,取得了良好的效果。     

中江19H井卡钻原因分析及预防技术措施

中江19H井是川西中江地区的一口长水平段水平井,设计井深3830 m,水平段长990 m。目的层为下沙溪庙组,是开发中江地区该层位的首口水平井,邻井参考资料少。中江地区地层裂缝发育,普遍存在井壁失稳现象,极易产生掉块,同时,该井设计二开裸眼段长,更恶化了井壁失稳,施工中产生大量掉块,掉块在井眼局部堆积形成砂桥造成该井水平段卡钻。仔细分析了该井卡钻原因,提出了优化钻井液性能、优选钻井工具、优化水平段钻具组合、加强井眼净化等相应预防技术措施,顺利完成了该井的后期侧钻施工。为川西中江地区下沙溪庙目的层的开发提供了宝贵施工经验。     

淮南刘庄煤矿定向水平井施工技术研究

刘庄煤矿的定向水平井,为首采工作面的沿煤层定向水平瓦斯抽排井,成井总进尺为1116.60m,终孔直径215.9mm。根据淮南矿区13-1煤层开采显现的三带岩移规律和瓦斯抽放效果的具体分析,该抽排井水平段的设计位置在内错风巷30m和13-1煤层顶板之上25m左右,基本上按照13-1煤层的走向延伸。施工后的实际结果为:水平方向,水平段内错上风巷最小19.88m,最大34.98m;垂直方向,水平段距13-1煤顶板最小距离20.79m,最大距离26.8m;与设计目标基本一致,后期瓦斯抽放效果良好。从介绍该井的井身结构和剖面设计入手,着重对该井在施工过程中的钻具组合、钻探施工、下管固井技术和定向技术进行了详细的说明,最后分析了该定向水平井施工技术取得的主要成效。     

CG经济型滚刀钻头的研究及应用

介绍了滚刀钻头的特点、破岩机理、分布规律以及钻进参数等因素对钻进效果的影响,并通过施工实例对目前滚刀钻头使用中所存在的主要问题进行了分析     

ZX-200泥浆净化装置的研制及其在三峡工程中的应用

ＺＸ－２００泥浆净化装置是一种用于人工造浆的地连墙及灌注桩工程施工的技术先进、性能可靠的泥浆处理设备。阐述了ＺＸ－２００泥浆净化装置的研制思路、工作原理及现场布置方案     

煤田泡沫绳钻应用与问题探讨

采用国产设备及自行设计配套的灌排系统首次在国内进行了金刚石泡沫绳钻试验,达到了217.74m的最大应用孔深;分析了试验中获得的钻进时效、纯钻进时间率两项主要效果指标;探讨了影响压降的几个关系问题;基本明确了煤田泡沫金刚石绳钻风量、气压等关键参数的变化规律和泡沫稳定运行的重要性。      

山西河东煤田石楼北区块NSL05井煤层气钻井施工工艺

石楼北区块位于鄂尔多斯盆地东缘。该区域表土层松散易坍塌,在以往的钻探施工中,地层中不同程度的存在涌水或者漏失情况。太原组第三层灰岩可钻性较差,取心作业中频繁发生钻头被堵死的情况。为了解决以上问题,缩短施工工期,对钻具组合和钻井参数进行了调整,采用四翼PDC钻头、直螺杆的钻具结构;取心作业主要采用绳索取心,采用①215．9mm的取心钻头代替该区以往的016．9mm钻头,利用Φ127mm钻杆作为绳索取心工具的运行通道,并采用自行研制的内外管总成和内管取心工具．保证了取心效果;将钻头水眼更改为12mm×2＋14mm＋16ram的组合方式,有效保持了钻孔内的清洁,避免岩屑重复破碎,进一步提高钻进效率。同时介绍了钻探施工程中设备的配套、钻井液的配制、钻井技术参数的选择等。结果表明：该井取心岩心总收获率为92．15％,其中8#煤心质量总采取率为93．50％;井斜3°10′,全井水平位移44．17m,最大全角变化率耋1．1。／30m。对该区煤层气井钻探施工有很好的借鉴作用。     

横波测井技术在海洋工程中的应用

单孔波速测试的传统做法是在地面激振,在孔中接收,但该方法测试深度受限,测试精度较低,且对于海上钻孔来说,根本无法实现激振,故对于海洋工程钻孔的波速测试,则需要新技术来实现横波波速的获取。笔者介绍的悬挂式波速测井法将震源和检波器同时放入井孔中,摆脱了笨重的地面敲击震源,实现了波速测井设备的轻便化,由相距1 m的两个检波器接收S波的传播信号,为一发双收装置,利用传感器接收到震源传来的S波信号到达时间(初至)差,来确定钻孔所在处地层波速的一种新技术。该方法在南堡油田平台场址调查中发挥了重要作用,对120 m深的钻孔进行了横波测井,取得了良好的测试成果,为该工程项目提供了准确的剪切波速,为划分该场址的场地土类别发挥了重要作用。     

深井钻进时井底参数自动遥控系统用传感器的设计研究

我国正在计划打一口13000 m的特深地质井,以超过目前世界上最深的俄罗斯12262m科拉超深井,意义重大。深井、特别是超深井钻进中,除了钻井设备、钻具(含钻头)之外,钻井工艺和操作技术也非常重要。钻井工艺和操作技术目前主要是利用地面仪表显示的井底参数数据来进行指导的。但是这些数据与井底钻井参数的实际情况可能有较大差异,直接影响技术经济指标的提高。俄罗斯阿斯特拉罕国立技术大学В.Н.Есауленко教授等人,设计出了井底参数自动测量控制系统,其中传感器是必不可少的关键器具。现以方位角传感器设计计算为例对其进行讨论和分析,或许对我国打此特深地质井有一定的参考价值。     

哥伦比亚Llanos盆地东部油田Carbonera组C5段河道砂岩地震识别与预测

哥伦比亚Llanos盆地东部的中新世Carbonera组属于三角洲前缘相沉积。Carbonera组内部的水下分流河道砂体是良好的储层,因此对河道的精细刻画有利于指导下一步的油气勘探和开发。研究通过波动方程波场正演模拟建立了河道砂岩储层的地震识别模式,并利用地震沉积学RGB混频体地层切片以及沿层地震振幅属性对河道的形态、发育期次、以及砂体的平面分布进行了详细的研究。在此基础上,利用约束稀疏脉冲反演和地质统计学反演研究定量描述了河道砂体的孔隙度和厚度。最终对五条有利的河道砂岩岩性圈闭进行了详细的描述,研究区河道的宽度为322~830 m、砂岩最厚可达到35.05 m,这些河道砂体可为有利勘探目标区。区内钻探的W2井证实了该技术方法的有效性和储层描述结果的可靠性,为研究区下步的油气勘探开发提供新方向。