一種利用全斷面高配重鉆頭裝置進行小直徑深井施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用全斷面高配重鉆頭的小直徑深井施工方法。包括以下步驟：（1）深井覆蓋層鉆孔；采用回轉鉆機正反循環鉆孔工藝，牙輪鉆頭或牙輪組合鉆頭成孔完成覆蓋層的成孔；（2）井壁套管安放及壁后充填。按照設計要求進行護壁套管安放及壁后水泥漿充填注漿；（3）加工制作小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置；（4）采用全斷面高配重鉆頭裝置基巖段鉆進，完成成井。利用特殊的牙輪布刀結構使破巖牙輪刀具沿孔壁沒有相對位移，有利于孔壁穩定，提高成孔的可靠性；自下而上直徑及重量逐漸變小的塔式鉆具結構，配以減壓方式、反循環清孔鉆進至設計深度，鉆具的重心始終位于鉆頭體中心附近，使井孔的垂直度得以有效控制。
【專利說明】ー種利用全斷面高配重鉆頭裝置進行小直徑深井施工方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及ー種小直徑深井施工的方法，特別是ー種利用全斷面高配重鉆頭裝置進行小直徑深井施工方法，屬于礦山和市政工程建設【技術領域】。
【背景技術】
[0003]礦山豎井中的小直徑深井(井徑1.0-1.5m、井深大于300m)—般是通過傳統的機械鉆孔方式實現成井，成井質量受地層條件和鉆具設備的影響很大。目前豎井施工中所用鉆頭一般為普通牙輪鉆頭或滾刀鉆頭，只是按照破巖面積大小，將ー定數量的牙輪或滾刀布置焊接在鉆頭體上，往往牙輪或滾刀的位置布置不盡合理，當出現不穩定地層尤其是軟硬不均地層時，鉆頭很容易因受カ不均而發生偏斜，造成成孔偏斜，影響施工質量。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供ー種利用全斷面高配重鉆頭裝置進行小直徑深井施工方法，解決礦山豎井成井過程中容易發生孔斜的問題，保證深井鉆進的垂直度，提高成孔效率。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:ー種利用全斷面高配重鉆頭裝置進行小直 徑深井施工方法，包括以下步驟:
(1)深井覆蓋層鉆孔
采用常規回轉鉆機正反循 環鉆孔エ藝，普通牙輪鉆頭或牙輪組合鉆頭成孔，化學泥漿穩定孔壁和平衡鉆孔內外水壓カ差，完成覆蓋層的成孔；
(2)井壁套管安放及壁后充填
覆蓋層鉆孔完成后，按照設計要求進行護壁套管安放及壁后水泥漿充填注漿，水泥漿采用礦洛娃酸鹽水泥或普通娃酸鹽水泥；
(3)加工制作小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置
全斷面高配重鉆頭裝置由全斷面牙輪組合鉆頭和高配重的塔式組合鉆具構成，根據地質地層條件，結合成井直徑，在全斷面牙輪組合鉆頭體刀盤上分兩圈均勻設置并焊接牙輪瓣，其中，外圈均勻設置的牙輪高于內圈牙輪，鉆頭體預留水口后內注鉛增加自重，通過法蘭盤同下配重體、上配重體、鉆鋌連接，配重體和鉆鋌上均焊接導正體，下配重體直徑小于鉆頭體直徑100-200mm，上配重體直徑小于下配重體直徑100-200mm，下配重體重量重于上配重體，形成下重上輕、下大上小的塔式組合鉆具體系?？筛鶕嶋H情況制作不同直徑大小的高配重鉆頭，以實現分級擴孔施工；
(4)基巖段鉆進，完成成井
利用制作的小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置，采用減壓方式鉆進，鉆壓不大于鉆頭及配重總重量的80%(扣除泥漿浮力)，以保持高配重鉆頭始終在鉛垂線上(類似于線錘的效果)，導向功能顯著，確保鉆孔垂直度。
[0006]本發明特別適用于直徑0.8?1.5m小直徑深井施工。
[0007]本發明取得的有益效果是:
1、本發明針對不同地層選用不同的鉆頭，上部覆蓋層使用普通牙輪鉆頭或牙輪組合鉆頭，下部基巖采用制作的全斷面高配重鉆頭裝置鉆進，充分發揮了各自的特點；全斷面高配重鉆頭裝置制作簡單、成本低廉、使用方便、工作效率高；
2、全斷面高配重鉆頭裝置破巖牙輪刀具沿孔壁運行沒有相對位移，有利于孔壁穩定，分級擴孔，前導孔起到導向作用，提高成孔垂直度，鉆井的傾斜度可控制在3%。以內。
[0008]本發明拓展了礦山小直徑深井鉆進成井的施工方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置的外形結構示意圖。
[0010]圖2是牙輪組合鉆頭結構示意圖。
[0011]圖中標號代表的含義如下:
1、牙輪2、牙輪組合鉆頭體3、法蘭盤4、下配重體5、導正體6、上配重體7、鉆鋌8、內圈牙輪9、外圈牙輪。
【具體實施方式】
[0012]以下實施例用于說明本發明。
實施例
[0013]某建筑物下固體充填開采投料井工程，井深616m，主要用來將地面固體充填物料運輸到礦井井下，對采空區進行充填，投料井上部覆蓋層段成孔直徑1200mm，下部基巖段成孔直徑820_，成孔后下放耐磨管及壁后充填。
[0014]利用本發明的施工方法，具體實施過程如下:
(I)深井覆蓋層鉆孔
上部覆蓋層段の1200mm鉆孔，開孔采用小311mm牙輪鉆頭，鉆穿覆蓋層并進入完整基巖2m后，采用小1200mm組合牙輪鉆頭擴孔，鉆至完整基巖Im后，采用小1200mm、長度為12m的筒鉆進行圓孔。
[0015](2)護壁套管安放及壁后充填
覆蓋層段鉆孔完成，經垂直度檢測符合要求后，進行長度為170m、內徑1020mm、厚度16_的護壁套管的安放及壁后水泥漿充填，水泥漿采用礦渣硅酸鹽水泥。
[0016](3)加工制作小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置
全斷面高配重鉆頭裝置由全斷面牙輪組合鉆頭和高配重的塔式組合鉆具構成。見圖1，ー種小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置，由牙輪組合鉆頭和高配重的塔式組合鉆具構成。牙輪I均勻設置并焊接在牙輪組合鉆頭體2刀盤上，見圖2，其中外邊緣ー圈均勻設置6個牙輪，內圈均勻設置6個牙輪，內外圈共12個牙輪，外圈牙輪9高出內圈牙輪8 30mm。牙輪組合鉆頭體2預設水口并在其內加注鉛增加自重。高配重的塔式組合鉆具包括牙輪組合鉆頭體2通過法蘭盤3連接的下配重體4，下配重體4上焊接導正體5，通過法蘭盤3和上配重體6連接，上配重體6上焊接導正體5，并與鉆鋌7連接。下配重體4直徑小于鉆頭體2直徑100?200mm，上配重體6直徑小于下配重體4直徑100?200mm，上配重體6、下配重體4分別由2塊圓柱形配重塊組成，重量分別為6t、8t，形成由下往上直徑逐漸變小的全斷面高配重塔式組合鉆具體系。
[0017](4)基巖段鉆進，完成成井
待覆蓋層護壁套管充填水泥漿達到設計強度后進行基巖段鉆進，為保證垂直度、加快鉆進速度，采用步驟(3)加工制作的全斷面高配重鉆頭裝置進行鉆進成井。護筒壁后水泥漿凝固達到設計強度后，利用反循環鉆進エ藝，Mllmm、(j5820mm全斷面高配重鉆頭分級擴孔，進行基巖段成井施工至設計深度。
[0018]鉆孔達到設計孔深后，利用高精度陀螺測斜儀、試孔器配合超聲波檢測儀對鉆孔進行了檢測，鉆孔圓滑順直，井徑滿足設計要求，最終鉆孔垂直度小于3%。，最后進行耐磨管下放及壁后充填，完成成井。
【權利要求】
1.ー種利用全斷面高配重鉆頭裝置進行小直徑深井施工方法，其特征在于包括以下步驟: (1)深井覆蓋層鉆孔 采用常規回轉鉆機正反循環鉆孔エ藝，普通牙輪鉆頭或牙輪組合鉆頭成孔，化學泥漿穩定孔壁和平衡鉆孔內外水壓カ差，完成覆蓋層的成孔； (2)井壁套管安放及壁后充填 覆蓋層鉆孔完成后，按照設計要求進行護壁套管安放及壁后水泥漿充填注漿，水泥漿采用礦洛娃酸鹽水泥或普通娃酸鹽水泥； (3)加工制作小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置 全斷面高配重鉆頭裝置由全斷面牙輪組合鉆頭和高配重的塔式組合鉆具構成，在牙輪組合鉆頭體刀盤上分兩圈均勻設置并焊接牙輪瓣，其中，外圈均勻設置的牙輪高于內圈牙輪，鉆頭體預留水口后內注鉛增加自重，通過法蘭盤同下配重體、上配重體、鉆鋌連接，配重體和鉆鋌上均焊接導正體，下配重體直徑小于鉆頭體直徑100?200mm，上配重體直徑小于下配重體直徑100?200mm，下配重體重量大于上配重體，形成下重上輕、下大上小的塔式組合鉆具體系； (4)基巖段鉆進，完成成井 利用制作的小直徑深井全斷面高配重鉆頭裝置，采用減壓方式鉆進，鉆壓不大于鉆頭及配重總重量的80%，以保持高配重鉆頭始終在鉛垂線上，確保鉆孔垂直度，鉆孔達到設計孔深后，利用高精度陀螺測斜儀、試孔器配合超聲波檢測儀對鉆孔進行檢測，井徑滿足設計要求，最后進行耐磨管下放及壁后充填，完成成井。
【文檔編號】E21B12/00GK103452473SQ201310362469
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】聶慶科, 孫運青, 楊海朋, 張軍旗, 趙建秋, 劉俊永, 張鵬, 李振寧 申請人:河北建設勘察研究院有限公司