矿井井下高压含水层探水钻探技术规范

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国家标准 GB/T24505一2009 矿井井下高压含水层探水钻探技术规范 Techniealspeeifieationofdriingforhighpressure aquiferwaterdeteetioninundergroundmine 2009-10-30发布 2010-04-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管蹬委员会国家标准
GB/T24505一2009 矿井井下高压含水层探水钻探技术规范 范围 本标准规定了矿井井下高压含水层探水钻探作业的施工条件和作业技术要求 本标准适用于井工开采煤矿井的井下高压含水层探水钻探作业,其他高压含水体探水钻探作业可 参考本标准 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可便用这些文件的最新版本 凡是不注日朋的引用文件,其最新版本适用所于本标准 MT/T632一1996井下探放水技术规范 煤矿安全规程 电力工程地质钻探技术规定 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准 高压含水层highpressureaquifer 探水钻孔孔口压力不小于3MPa的含水层 3.2 钻杆外射drillroekeroutshootfromtheborehole 探水钻探过程中,由于水压大,当钻机卡盘松开瞬间,钻杆被高压水突然顶出钻孔的现象 3. 3 套管失效boreholeceasingoutofaetionm 在高压水作用下,由于套管生锈、固结不牢等原因造成的套管松动、鼓出、破裂、孔口冒水等现象 总则 为适应井下探水钻探技术的要求,确保探水安全,特制定本标准 4.2井下高压含水层探水钻进过程中极易发生喷孔、顶钻、套管失效等问题,探水作业应制定严格的 探水钻探技术措施 4.3探水钻探应严格按照探水钻孔设计要求,编制探水钻探施工组织设计及安全技术措施 4.4本标准是按现有井下常规钻探设备和机具编制的,对各种钻探设备的使用除执行本标准外,还应 按设备使用说明书的要求操作" 4.5本标准中未涉及的新技术、新方法、新工艺、新设备、新材料,各施工单位可根据实际情况制订实施 细则或做出补充技术规定 探水钻探的准备工作 5.1 一般规定 55 .1.1接到探水钻探任务后,钻探负责人及工程技术人员应熟悉探水钻孔设计,了解现场施工条件,编 制探水钻探施工组织设计
GB/T24505一2009 5.1.2探水钻探施工组织设计应包括以下内容 a)探水目的和任务; 探水钻孔设计; D 钻探设备和工具 d) 探水钻探作业流程; 探水钻探技术要求; f 探水钻探安全措施; 施工后对探水孔的管理; g h)避灾路线 5.1.3探水钻探施工组织设计应由矿总工程师(技术负责人)组织审批后方可实施 探水钻探施工组织设计在实施前应向参加施工的有关人员进行贯彻,对施工中所涉及的技术方 法、注意事项等进行培训 5.2钻场条件和配套设施要求 钻场位置不应布置在断层破醉带、松软岩层内 5.2.1 钻场应满足钻探设备的安装和施工条件,设备进场前钻场应具备场地平整,通风,通水、,通电(三 5.2.2 通一平)条件 井下钻场应具备的条件 5.2.3 a)钻场顶板及两帮的支护应安全可靠; b) 钻场周围应具备排、泄水条件; 独头巷道探水时,应有安全躲避碉室及临时排水系统; e) d)钻场应设照明及专用电话 5.3钻机的安装和固定 55 3.1钻机的安装、固定工作应在班长的统一指挥下进行 5.3.2安装好钻机接电时,应严格按照《煤矿安全规程》的有关规定执行 5 3. 3 钻机应采用专用锚杆或立柱固定,安装平稳牢固,单根锚杆拉拔力不小于98kN 水平孔或斜 孔施工还要采用锚链或顶柱对钻机进行前后加固,防止钻进过程中钻机前后串动 5.3. 垂直孔施工钻机安装应遵守下列规定 a)钻机安装应稳固,水平、周正,各相应的传动部件应对正 b) 天车、钻机立轴或转盘与孔口的中心线应在同一直线上; e配套电器设备应安装在清洁干燥的地方,严防油水及杂物侵人电线,应绝缘良好,电机配电盘 起动装置的外壳应接地 d 皮带轮和机械传动部分应设有牢固的防护栏或防护罩; 5.3.5水平孔或斜孔施工钻机安装应遵守下列规定: a)钻机机架应摆放在平整的枕木上,保持钻机周正水平; D) 钻机回转器和夹持器中心轴线应与钻孔方向在同一中心线上; 其他要求参照5.3.4中的c)、d)执行 c 5 钻探前准备工作 5.4.1开钻前,应由班长检查开孔位置、方位、倾角是否与设计相符,检查钻机各部件安装是否稳定牢 固,并进行试运转 2 5.4. 钻进前各设备安装质量和安全防护措施 钻探设备和附属设备的安装位置应正确牢固,各部件润滑应符合要求,试运转应正常; a b各类安全防护设施应齐全可靠; 各种钻具、工具应摆放整齐、位置适当,检查钻具丝扣,并涂油保护; c
GB/T24505一2009 d)操作系统各手把、按钮、仪表应齐全,灵敏可靠; 液压系统的油量和各油管接头控制阀密封是否完好,油压系统应调整到“0”位 e f制动装置、摩擦离合器、锁紧装置应正常,必要时进行调整; g 泥浆泵转动应正常,排量、压力应达到要求 5.5孔口装置及其安装要求 5.5.1高压含水层探水钻孔应安装孔口装置,孔口装置包括孔口套管、下部高压阀门、孔口防喷帽、钻 杆控制器、孔口三通及上部高压阀门等 5.5.2孔口套管应设在稳定的岩层内,套管的长度和层数根据钻孔地层情况及水文地质条件确定 5.5.3孔口套管应采用注浆固结法进行固定,确保固结质量,严防漏水和套管鼓出 注浆固结应遵守 下列规定: 套管孔口处可用棉纱,黄麻等缠绕后再下人孔内 a b)多级套管时,各级套管应牢固地连为一体,各级套管管口位置应预留返浆口,最外一层套管应 在返浆口安装截止阀; 注浆用水泥强度等级不低于42.5,浆液水灰比应控制在0.6~0.7之间 c 5.5.4孔口套管注浆固结后，一般待凝48h以上可进行扫孔,扫孔深度应超过孔口管0.5m1m;待 凝72h以上可采用清水进行打压试验,试验压力不小于预揭露含水层水压的1.5倍,持续稳压时间不 小于30min,确保孔口套管不松动、孔口周围不漏水后方可继续钻进,否则重新注浆固结 5.5.5孔口套管应根据钻孔用途和水质情况进行防腐处理 5.5.6在揭露高压含水层前,应安装好下部高压阀门、孔口防喷帽和钻杆控制器,下部高压阀门和套管 法兰的连接口应经耐压试验,不应渗漏 5.5.7当孔口返水压力超过正常循环水压力进行钻进或起下钻时,应采用钻杆控制器控制钻杆,防止 因卡盘松开,高压水顶钻造成钻杆外射事故 5.5.8钻探结束后,根据需要安装孔口三通及上部高压阀门 下部高压阀门应保留,上部高压阀门可 经常启闭,观测水压、水量,以防单阀门失效而难以更换 钻探工艺 6.1 -般规定 6.1.1井下探水钻探宜采用孔口回转的硬质合金钻进或金刚石复合片(PDC)钻进工艺,不宜采用钢粒 钻进、冲击钻进等工艺 1. 2 在遇到坚硬、高研磨性岩层时,可采用金刚石钻进工艺穿过坚硬岩层后,再换用硬质合金钻进或 o 金刚石复合片(PDC)钻进工艺继续钻进.以提高钻进效率 6. .1.3根据钻孔目的、钻孔结构和钻孔深度等要求合理选配钻具,采用合理的钻进工艺方法和钻进工 艺参数 换径钻进时应采用带导向的钻头钻进 硬质合金钻进 6.2.1对于可钻性I级和部分级岩石可采用硬质合金钻进工艺,其技术参数应根据地层条件、 钻头结构、设备能力及技术水平确定 6.2.2硬质合金钻进给进压力、钻头转速和不同孔径的冲洗液量按照《电力工程地质钻探技术规定》中 5.1.2、5.1.3和5.1.4的规定执行,具体参数选择参考附录A 钻进过程中应遵守下列规定 6.2.3 正常钻进时应保持孔底压力均匀,钻进硬岩石在压力不足时,不应采用单纯加快转速的办法提 高进尺
GB/T24505一2009 b 在换径、扩孔、扫孔和钻遇破碎带时,应轻压慢转,适当控制水量钻进; e)拧卸钻头时不应损伤钻头合金,钻具将要下到孔底时应带水缓慢下放,边回转边给进; 松散塑性地层使用肋骨或刮刀钻头时,钻进一段后应及时修孔,保持孔径一致; d 合金钻头应分组(5~6个为一组)轮换修磨使用,以保持孔径一致 e 每次提钻后应检查钻头的磨损情况,以确定下一回次的钻进技术参数 金刚石复合片(PpC)钻进 对于可钻性I一W级岩石均可采用金刚石复合片钻进工艺,其切削碎岩方式与硬质合金钻进相同 钻头结构与和工艺要求也大致相同,因此其钻进工艺参数可参考硬质合金钻进的工艺参数和相关规定 执行 6.4金刚石钻进 6.4.1对于可钻性W级以上的岩石可采用金刚石钻进工艺,其技术参数应根据地层条件、钻头结构设 备能力及技术水平确定 6. .4.2金刚石钻头、扩孔器的选择应根据岩石可钻性,研磨性和岩石完整程度确定,参考附录B ..4.3金刚石钻进给进压力、钻头转速和不同直径钻头冲洗液量按照《电力工程地质钻探技术规定》中 6. 5.3的规定执行,具体参数选择参考附录c 金刚石钻进应遵守下列规定 6 4 钻头和扩孔器使用时应外径的大小排好顺序,轮换使用,即扩孔器外径大的先用,外径小的后 用钻头应内径小的先用,内径大的后用 b)新钻头到达孔底后,应采用轻压(正常压力的1/3)、慢转(100r/min左右)进行10min左右的 初磨,然后才能按正常参数钻进; 钻压、转速应与岩石等级相适应,不应盲目加压或提高转速,不应使用弯曲度超过规定的钻杆 和钻具; 钻进过程中应随时注意观察冲洗液量大小,系压的变化情况,发现异常应立即停止钻进,查明 原因: 金刚石钻头钻进过程中严禁上下窜动钻具;遇下钻受阻、岩芯堵塞、钻速骤降时应提钻 探水钻探的技术要求 -般要求 探水钻探设计应充分考虑各种问题的预防和处理,并向现场人员明确问题的危害性和预防处理 措施 7.1.2钻孔施工人员应按照批准的设计施工,未经审批单位允许,不应擅自改变设计 7.1.3钻进中要配备高压注水泵,保证停钻不停泵,应做到现场交接班 7.1.4对所有钻探设备,做到每班一检查,发现松动,立即紧固处理,确保其正常运转 7.1.5各种安全装置应在揭露高压含水层前安装完毕,并投人正常使用,严防钻孔见高压水失控 77 .1.6钻孔竣工后,应核实钻孔的方位、倾角,重新丈量钻具长度,核实钻孔实际深度;对探水孔的管理 按照MT/T632一1996的9.9,9.10执行 7.2钻探设计的技术要求 7.2.1钻孔直径应大于套管直径的1一2级,每一级钻进深度应大于套管长度的0.5m1.0m 7.2.2 钻杆直径和钻头匹配应根招所适应的钻孔译度情况选择，一般要求钻杆直径不小于50mm,树 露含水层时的钻头直径不大于75mm,具体钻杆直径和钻头匹配可参考附录D. 钻机型号应根据设计孔深,孔径和含水层水压选择,钻机钻进能力应满足设计钻孔的施工要求 7.2.3 钻机最大给进力应大于含水层水压的1.5倍
GB/T24505一2009 7.3钻进操作的技术要求 7.3.1正常钻进时,应保持压力均匀,要随时观察仪表,注意钻速、钻井液消耗量和回水颜色变化等,发 现孔内异常应及时处理 7.3.2钻进中发现“见软”,“见空”、“见水”和变层,要立即停钻,丈量残尺并记录其深度;发现孔内涌水 时,应测定水压和涌水量 7.3.3钻进时发现孔内水量,水压突然增大,有顶钻等现象时,应立即停钻,记录孔深,分析原因;如需 继续钻进时,应采取防喷和控钻措施 7.3.4钻进过程中应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度 一般每钻进15m30m或更换钻具 时,测量一次钻杆,并核实孔深 终孔前再复核一次,需要确定终孔位置时应进行钻孔测量 7.3.5钻进中发现有害气体喷出时,应立即停止钻进,切断电源,人员撤到安全地点 钻进过程中,钻机后面或正对孔口方向一定范围内,不准站人,防止钻杆外射伤人 7.3.7钻孔施工过程中应加强出水征兆的观察,发现涌水量增大应立即停止钻进,及时处理 情况紧 急时应立即发出警报,撤出所有受水威胁地区的人员 起下钻具操作的技术要求 每次起下钻具前,都要认真检查制动装置、升降(起下)装置等是否安全可靠,发现问题及时 4.1 处理 7 .4.2起下钻具时应保持钻具运行平稳,不应强拉、猛提钻具;钻头下至距孔底1m~2m时,应缓慢 下放,并开泵送水,见返水后才能继续进钻 遇高压水顶钻时,可用卡瓦和钻杆控制器交替控制起下钻具 采用升降机起下钻具应遵守以下规定 a)升降机拉起或放倒钻具时,钻具下面不应站人; b) 不应用手直接接触钻杆和钢丝绳,应使用垫叉,不应用牙钳、链钳代替; e机器运转时,不应拆卸和修理 d)孔口人员抽、插垫叉时,不应手扶或用脚勾垫叉 孔内事故的预防与处理 8.1 一般规定 8 .1.1钻探现场应配备常用的孔内事故处理工具 8.1.2孔内发现异常情况后应立即采取措施,避免事故发生和扩大 8.1.3事故发生后应弄清事故孔段的孔深,地层情况、钻具的位置、,规格、数量,判明事故类型,提出处 理方案,并组织实施 事故排除后应总结经验教训,采取预防措施 8.2孔内事故的预防 8.2.1现场所用的各种规格的管材、接头、接箍均应按新旧程度分类存放和使用 8. 2.2发现钻杆、钻具有裂纹、丝扣严重损伤,加工不当等现象时均不应下人孔内使用 8. .2.3旧钻杆使用前应逐个检查磨损程度,发现局部偏磨严重或平均测量直径比新钻杆直径小2m 以上的钻杆不应使用 钻进中若遇动力机响声异常,孔内的钻具回转突然减慢、上下提动困难、泵压升高、孔口返水中 8.2. 断等情况,应停钻分析原因,防止卡钻、埋钻等事故的发生 每次加接钻杆应确保拧紧丝扣,应根据孔内岩层情况正确掌握钻进工艺参数,采取合理的护孔 措施 6 8.2. 长期停用的打捞工具在下人孔内之前,应经过严格检查
GB/T24505一2009 8.3孔内事故的处理 8.3.1在钻进过程中,常见的孔内事故类型主要有卡钻,埋钻、掉钻等事故,事故发生后应及时判明事 故类型,确定处理工具和处理方法 8.3.2发现钻具遇卡时应保持冲洗液畅通,宜先用扭、打、拉等方法转动或上下窜动钻具,也可采用液 压油缸或振动器强力起拔,若处理无效,再采用反出钻杆进行扩孔或掏心钻进等方法处理 8.3.3在孔壁不稳定情况下,应先考虑护孔,再处理事故 8.3.4提拉被卡钻具时,应核实钻机起拔能力和钻具抗拉强度,不应超过其额定负荷 8.3.5处理掉钻事故时,应根据孔内钻具的情况合理选用打捞工具 如反丝公锥、反丝母锥等 8.3.6采用丝锥打捞钻具时,当丝锥对上事故钻具后应立即提钻,不应带丝锥长时间旋转
GB/T24505一2009 附 录A 资料性附录 硬质合金钻进压力、转速和冲洗液量 A.1硬质合金钻头每块切削具可施加的轴向压力见表A.1 表A.1硬质合金钻头每块切削具可施加的轴向压力 岩石性质和级别 切削具型式 给进压力/kN 软、塑I川性级 片状合金 0.500,60 中硬、均质N级 方柱状合金 0,70l.20 硬,致密懂级 八角柱状合金 0.901.60 1.50~2.00 硬,研磨性W级 针状合金胎块 注，切削具合金型号为YG8. 硬质合金钻进转速见表A.2 表A.2硬质合金钻进转速 单位为转每分 钻头直径/mm 岩石性质 75 94 113 133 153 400~500 300350 250300 180220 软、无研磨性无裂隙、硬度均匀 220260 较软、无研磨性无裂隙、硬度均匀 350~400 250300 180250 180220 150~180 中硬、研磨性较小、裂隙小 300350 200250 150200 120150 100120 160180 140~160 120~14o 100~12o 硬,研磨性较大有裂隙 80l00 90100 7090 60~70 50~60 5060 硬、破碎,裂隙多 硬质合金钻进冲洗液量见表A.3 表A.3硬质合金钻进冲洗液量 单位为升每分 钻头直径/mm 岩石性质 75 94 113 33/153 松软、易破碎、怕水冲 <60 60 80 <100 塑性,无研磨性,均质 100120 120150 150180 180200 120~150 15018o 致密,有研磨性 80100 100120
GB/T24505一2009 B 附 录 资料性附录 金刚石钻头和扩孔器的级配 B.1金刚石钻头和扩孔器的级配表见表B.1 表B.1金刚石钻头和扩孔器的级配表 硬 硬度 中硬 坚硬 N~ 可钻性 X 研磨性 弱 中 中 强 强 人造聚晶 15~25 25~40 天然金刚石 粒度粒/克拉 40~6o 表镶 钻头 60100 I2030 胎体硬度 l(35~40 HRC (>45 2030 >46 4660 3040 人造金刚石 天然金刚石 网目数 粒度目 6080 4060 80100 608o 孕镶 0(2030 钻头 20~30 胎体硬度 I(35~40> HRC I(>45 (20~30 表镶扩孔器 孕镶扩孔器
GB/T24505一2009 c 附 录 资料性附录 金刚石钻进钻压、转速和冲洗液量 C.1金刚石钻进钻压见表C.1 表c.1金刚石钻进钻压 单位为千牛 钻头直径 mm 钻头种类 46 59 66 75 91 初压力 0.501.00 1.002.00 2.50 表镶钻头 4.007.50 5.008.50 6.00~10.00 正常压力 3.006.00 8.0011.00 4.00~7.00 4.508.50 5.00~10.00 6.00~11.00 8.0015.00 孕镶钻头 金刚石钻进转速见表c.2 金刚石钻进转速 单位为转每分 钻头直径/ mmmm 钻头种类 59 75 46 66 5001000 400800 350650 300550 250500 表镶钻头 表镶钻头 501500 6001200 5001000 400850 350700 金刚石钻进冲洗液量见表C.3 表C.3金刚石钻进冲洗液量 75 钻头直径/ /mmm 16 59 66 91 254o 35一45 3555 40一6o 5070 冲洗液量/L ”min 注:适应于单管不取芯钻进
GB/T24505一2009 D 附 录 资料性附录 不同钻杆直径和钻头匹配所适应的钻孔深度 D.1不同钻杆直径和钻头匹配所适应的钻孔深度参照表见表D.1 表D.1不同钻杆直径和钻头匹配所适应的钻孔深度参照表 单位为米 钻杆直径/mm 匹配钻头直径 mm 42 50 63,5 73 89 65 0150 0一300 75 0100 0200 400 0~150 94 050 0300 0600 113/113(扩 /0100 0~150 -/0~300 0~800 133(扩) 050 0100 -200 0400 153(扩 050 I l00 -200 注:l13(扩)、133(扩)、153(扩)是指扩孔钻头,要达到所适应的钻孔深度,需采用扩孔钻头进行二次或三次扩孔 10