[发明专利]一种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种小直径深井施工的方法，特别是一种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法，属于矿山和市政工程建设技术领域。

背景技术

矿山竖井中的小直径深井（井径1.0～1.5m、井深大于300m）一般是通过传统的机械钻孔方式实现成井，成井质量受地层条件和钻具设备的影响很大。目前竖井施工中所用钻头一般为普通牙轮钻头或滚刀钻头，只是按照破岩面积大小，将一定数量的牙轮或滚刀布置焊接在钻头体上，往往牙轮或滚刀的位置布置不尽合理，当出现不稳定地层尤其是软硬不均地层时，钻头很容易因受力不均而发生偏斜，造成成孔偏斜，影响施工质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用全断面高配重钻头装置进行小直径深井施工方法，解决矿山竖井成井过程中容易发生孔斜的问题，保证深井钻进的垂直度，提高成孔效率。

   本发明的目的是这样实现的：一种利用全断面高配重钻头装置进行小直

径深井施工方法，包括以下步骤：

（1）深井覆盖层钻孔

采用常规回转钻机正反循环钻孔工艺，普通牙轮钻头或牙轮组合钻头成孔，化学泥浆稳定孔壁和平衡钻孔内外水压力差，完成覆盖层的成孔；

（2）井壁套管安放及壁后充填

覆盖层钻孔完成后，按照设计要求进行护壁套管安放及壁后水泥浆充填注浆，水泥浆采用矿渣硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；

（3）加工制作小直径深井全断面高配重钻头装置

全断面高配重钻头装置由全断面牙轮组合钻头和高配重的塔式组合钻具构成，根据地质地层条件，结合成井直径，在全断面牙轮组合钻头体刀盘上分两圈均匀设置并焊接牙轮瓣，其中，外圈均匀设置的牙轮高于内圈牙轮，钻头体预留水口后内注铅增加自重，通过法兰盘同下配重体、上配重体、钻铤连接，配重体和钻铤上均焊接导正体，下配重体直径小于钻头体直径100～200mm，上配重体直径小于下配重体直径100～200mm，下配重体重量重于上配重体，形成下重上轻、下大上小的塔式组合钻具体系。可根据实际情况制作不同直径大小的高配重钻头，以实现分级扩孔施工；

（4）基岩段钻进，完成成井

利用制作的小直径深井全断面高配重钻头装置，采用减压方式钻进，钻压不大于钻头及配重总重量的80%（扣除泥浆浮力），以保持高配重钻头始终在铅垂线上（类似于线锤的效果），导向功能显著，确保钻孔垂直度。

本发明特别适用于直径0.8～1.5m小直径深井施工。

本发明取得的有益效果是：

1、本发明针对不同地层选用不同的钻头，上部覆盖层使用普通牙轮钻头或牙轮组合钻头，下部基岩采用制作的全断面高配重钻头装置钻进，充分发挥了各自的特点；全断面高配重钻头装置制作简单、成本低廉、使用方便、工作效率高；

2、全断面高配重钻头装置破岩牙轮刀具沿孔壁运行没有相对位移，有利于孔壁稳定，分级扩孔，前导孔起到导向作用，提高成孔垂直度，钻井的倾斜度可控制在3‰以内。

本发明拓展了矿山小直径深井钻进成井的施工方法。

附图说明

图1是小直径深井全断面高配重钻头装置的外形结构示意图。

图2是牙轮组合钻头结构示意图。

图中标号代表的含义如下：

1、牙轮  2、牙轮组合钻头体  3、法兰盘  4、下配重体  5、导正体  6、上配重体  7、钻铤  8、内圈牙轮  9、外圈牙轮。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例

某建筑物下固体充填开采投料井工程，井深616m，主要用来将地面固体充填物料运输到矿井井下，对采空区进行充填，投料井上部覆盖层段成孔直径1200mm，下部基岩段成孔直径820mm，成孔后下放耐磨管及壁后充填。

利用本发明的施工方法，具体实施过程如下：

（1）深井覆盖层钻孔

上部覆盖层段Φ1200mm钻孔，开孔采用φ311mm牙轮钻头，钻穿覆盖层并进入完整基岩2m后，采用φ1200mm组合牙轮钻头扩孔，钻至完整基岩1m后，采用φ1200mm、长度为12m的筒钻进行圆孔。

（2）护壁套管安放及壁后充填 

覆盖层段钻孔完成，经垂直度检测符合要求后，进行长度为170m、内径1020mm、厚度16mm的护壁套管的安放及壁后水泥浆充填，水泥浆采用矿渣硅酸盐水泥。

（3）加工制作小直径深井全断面高配重钻头装置