米博体育平台米博体育平台米博体育官网米博体育官网在煤炭开采过程中，瓦斯灾害一直是威胁矿井安全的主要灾害之一。虽然国内外学者在瓦斯治理方面进行了大量试验研究工作，但实践效果均差强人意。目前煤层瓦斯预抽采措施仍然被认为是预防瓦斯灾害最为有效的方法之一。

　　抽采浓度偏低成为困扰瓦斯灾害预防的瓶颈，一般来说造成钻孔抽采浓度低的因素有很多，其中封孔工艺是影响因素之一，也是最重要、最关键的影响因素。目前十矿煤层瓦斯抽采孔普遍采用水泥砂浆封孔、开放式注浆(即无压注浆)，显然抽采浓度低与该工艺封孔效果不理想有很大的关联。因此，开展带压封孔技术研究是改变十矿煤层瓦斯抽采现状的关键。

　　平顶山股份煤业股份有限公司十矿（以下简称十矿）是全国瓦斯治理难度最大的煤矿之一，井田瓦斯具有储量大、含量高、压力大的特点[1]。近年来，随着煤层开采深度的进一步增加，复杂瓦斯地质因素的相互作用使得开采条件变得渐趋恶化，瓦斯动力灾害逐渐显现并趋严重，而作为该矿重要预防手段实施的本煤层瓦斯抽采措施却存在着抽采浓度偏低的现状（数据显示仅为5%左右）[2]，严重影响了十矿安全生产的进度。抽采效果是以瓦斯抽采浓度为首要表现形式，并直接决定了瓦斯抽采进度，因此，如何提高瓦斯抽采浓度就成为十矿瓦斯治理方面亟待解决的首要问题。

　　根据抽采钻孔封孔工艺现状分析和空气扩散渗透进入抽采管的途径，我们可以清楚的知道，要成功提高煤层钻孔抽采浓度，其钻孔封孔段必须具备两个关键条件：一是抽采钻孔周围煤体裂隙封堵密实[3]；二是封孔段不能出现空气通道[4]。为了实现这一目标，本文提出了煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术，即双侧聚氨酯-水泥砂浆带压封孔工艺。实现了封堵煤体周围松动裂隙、杜绝空气通道形成的目的，从而达到抽采钻孔密封技术要求，提高钻孔抽采浓度，进而提高煤层瓦斯抽采率。

　　该封孔工艺是对双侧聚氨酯-水泥砂浆封孔工艺的彻底改进，其本质改进有两点：一、为了加强重力对浆液在煤体扰动裂隙内渗透扩散的影响，对封孔段长度做了重新调整，延长封孔段长度；二、给浆液的渗透扩散一个直接的源动力，带有一定的注浆压力。

　　由于现在煤矿企业所使用的聚氨酯大多是预先调配好的，通过添加一定试剂方式对反应时间调整余地不大，因此，本封孔工艺中固定抽采管、配合延长封孔段使用的聚氨酯就不能采用将其均匀涂抹到缠裹在抽采管预定位置毛巾上的方式。通过理论和试验论证决定采用手压泵将聚氨酯注入预留固定位置的方式，这样就可以解决由于反应过快而带来的难以实现延长封孔注浆段长度的问题。

　　注浆压力的选择要根据钻孔周围煤体情况，聚氨酯固定段长度、抗压强度及抽采钻孔的密集程度等等作出。

　　(3) 抽采管预定封孔段两端缠有具有一定长度的用来约束聚氨酯不至于四溢流失的毛巾；

　　(4) 利用预留的聚氨酯注入胶管将一定量的聚氨酯注入，待聚氨酯反应完全，再通过孔口端预留注浆管利用压力可调风动注浆机向封孔段注入水泥砂浆，要求达到一定的压力；

　　普通封孔工艺参数：开孔长度14.4m、封孔段长度15 m、抽采管长度14.4 m；设计封孔工艺参数：封孔段长度15 m、抽采管长度15.15 m。根据十矿的实际情况，施工队伍的钻头规格最小的为Ф54 mm，故确定抽采管的孔径规格为Ф94×5 mm，普通工艺开孔孔径选为Ф120 mm，扫孔孔径为Ф54 mm；设计工艺施工孔径选Ф120 mm。确定十矿戊组煤层带压注浆的注浆压力为：2.1MPa本文中所设计的封孔工艺单孔需0.63的聚氨酯，而普通封孔工艺需要0.315的聚氨酯。当水玻璃加热到38°时，0.75:1 比例的灰浆凝固速度达到最快，这与添加波美度39°的水玻璃反应速度相同。所以，本文注浆用的水泥与水玻璃也按上述比例进行配比。

　　参数设计要求：封孔后钻孔封孔段可以满足注水承压实验，在注浆压力下封孔段周围不会出现漏浆、涌浆现象。并网抽采时，可以实现较高的抽采负压。

　　本文中所设计的带压封孔工艺与普通封孔工艺在十矿戊9-20180机巷进行试验。设计封孔工艺钻孔与普通封孔工艺钻孔共施工8个，依据十矿要求可知，一般本煤层抽放钻孔皆超过50米，封孔长度一般在20米。（钻孔布置如图3-1所示），设计封孔工艺钻孔和普通封孔工艺钻孔各四个，抽采管采用相同的Ф89×5mm。

　　1――1#孔设计工艺2――2#孔普通工艺3――3#孔设计工艺4――4#孔普通工艺

　　5――5#孔普通工艺6――6#孔设计工艺7――7#对普通工艺8――8#孔设计工艺

　　封孔半径：注浆扩散半径影响注浆加固范围内的煤体的密实性，在给定注浆布置条件下，注浆扩散半径越大，各注浆孔浆液扩散圈相交重叠厚度越大，则煤体被浆液充填的密实性越高。封孔半径就是注浆浆液扩散所达到的有效范围，主要基于钻孔扰动裂隙影响范围而言。

　　有效半径是浆液渗透扩散的下限，一般结合煤体地质特性确定。其次封孔半径是注浆压力确定的基础。根据经验，瓦斯抽放钻孔的煤体扰动破坏范围一般为孔径的5~ 10倍，考虑到抽采钻孔周围煤体由于地应力的存在而具有随时间的卸压裂隙延伸，故可确定钻孔扰动裂隙影响范围较计算值大一些，从而使得打钻活动照成的扰动裂隙影响范围均囊括在封孔半径影响范围之内。

　　由于数据较多，本文只取了前23天的抽采数据，且文中只列举了1#和2#孔的瓦斯浓度变化曲线作为直观的比较。

　　从观测得到的抽采数据制成的浓度随瓦斯抽采天数的变化曲线中可以直观的看出，随着煤层瓦斯抽采工作的进行煤层瓦斯是呈现递减态势，这与煤与瓦斯突出的防治目标正好吻合。从列出来的曲线图中可以观察出，本文中所设计的带压封孔工艺技术措施与普通单侧聚氨酯-水泥设计带压封孔工艺从抽采浓度变化曲线效果来分析，我们可以发现本文所设计带压封孔工艺较十矿以前所采用的封孔工艺瓦斯抽采浓度有大幅度的提升，可以实现大幅度提高煤层瓦斯抽采浓度的要求。

　　带压注浆封孔技术是借助注浆设备提供一定的注浆压力，以此保证封孔材料在孔壁裂隙内的渗透扩散，加固、充填裂隙，在裂隙面上形成网络骨架，增强煤体强度，凝固后生成对煤体具有较高粘结性的有机塑性体。带压注浆封孔可以保证在钻孔周围一定范围内形成人造外壳从而达到杜绝孔壁裂隙对钻孔瓦斯抽采的影响。以此作出以下结论。

　　(1)提出了煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术原理。由于煤体是一多孔且裂隙发育的介质，在地层压力作用下，煤层本身具有一定的塑性，当钻孔在煤体内钻进时，钻孔周围煤体内会形成一定范围的松动裂隙，瓦斯气体可以通过这些裂隙解吸逸散，空气可以通过这些裂隙渗透到深部煤体，因此，必须对这些裂隙进行处理才能提高瓦斯抽采浓度。

　　(2)根据带压封孔技术原理，就目前采用的煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺自行改造设计了一套本煤层抽采钻孔封孔工艺。经十矿戊9-20180机巷的实地封孔抽采表明：带压封孔工艺技术可以成功的抽取较高浓度的煤层瓦斯，很好的实现了提高瓦斯抽采浓度的目的。

　　(3)由于该煤层瓦斯抽采钻孔封孔工艺能够实现较高瓦斯抽采浓度，满足提高煤层瓦斯抽采浓度的要求，因此有一定的推广价值。

　　[1] 平顶山股份煤业股份有限公司十矿矿井地质报告，内部资料，平煤股份十矿,2008.

　　[2] 平顶山股份煤业股份有限公司十矿瓦斯地质图说明书，内部资料，平煤股份十矿,2008.

　　[3] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992.

　　[4] 韩贵雷，破裂岩体承压注浆加固力学特性试验研究[D].徐州：中国矿业大学硕士论文,2008:4-7.

　　随着开采深度的加大，我国煤矿瓦斯涌出和煤与瓦斯突出灾害加剧，由此引发的重大特大事故时有发生，2005年以来发生重特大瓦斯事故329起，死亡3082人，占煤矿同类事故起数的58.6%，死亡人数的64.6%，煤矿瓦斯事故仍是第一杀手。煤与瓦斯突出矿井对突出综采工作面进行先抽后采措施，但由于本煤层钻孔设计与钻进工艺限制，钻孔之间没有交叉，综采突出工作面出现空白带，造成空白带区域的煤与瓦斯突出时有发生。为吸取事故教训，确保平煤四矿丁5，6-19190综采突出工作面安全生产，在丁5，6一19190突出工作面消除空白带进行了钻孔设计与打钻工艺技术攻关。

　　丁5，6-19190采面位于一水平丁九采区东翼下部，北部为丁5，6-19210采面（已回采结束），南部未回采，东部至一、四矿井田边界，与一矿丁6-32020采面平均相距32米，西与丁九总回、轨道相通，该采面标高-432～-485，地面标高+245～+340，距地面垂深650～840米，采长194米，按突出危险管理。

　　在没有开采保护层条件下， 预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出，减少采场瓦斯涌出 主要措施。根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》AQ1026-2006规定，不同矿井，不同煤层要求达到不同大小的瓦斯抽采率指标。由于在规定预抽期内，煤层瓦斯抽采率大小，决定于抽放钻孔的设计参数，特别是钻孔的孔间距和钻孔孔深最为重要，因此优化抽放钻孔的间距和孔深是保证煤层在预抽期内达到预定的抽采率，具有十分重要的意义。

　　根据煤层瓦斯流动理论可知，当流动性质为非稳态时，钻孔瓦斯流量随着时间的延长呈衰减规律而变化。钻孔瓦斯流量的变化规律基本上符合负指数方程，即：

　　式中q（t）-百米钻孔瓦斯流量，m3（min·hm）；q0-钻孔的初始瓦斯流量，m3/min；a-钻孔瓦斯流量衰减系数d-1。

　　根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程式（1）推算经t（d） 时间单孔抽放的瓦斯总量为；

　　q（t）-百米钻孔经t日排放时的瓦斯流量，m3（min hm）； l-钻孔长度，m； t-抽放时间，d。

　　平煤四矿地质构造复杂，瓦斯问题严重，1997至2007年共发生21次与瓦斯突出，丁九采区累计发生突出19次，丁56煤层较软，打深比较困难，为了消除丁5，6-19190突出工作面空白带难题，如何提高软煤层瓦斯预抽率，增加抽放量，已经成为矿井安全生产中重要丞待解决的问题。

　　四矿丁九采区丁5，6-19190采面采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯。为摸过适合于丁九采区丁5，6煤层瓦斯抽放的参数，优化本煤层钻孔管理，在丁5，6-19190工作面风巷打试验本煤层钻孔3个，设计钻孔直径为89mm，孔深40米，间距15m，成孔后立即挂网抽放，2008年4月至2008年7月对钻孔瓦斯流量和深度进行参数测定，其百米月平均瓦斯流量如表1

　　对表1试验钻孔考察数据进行回归拟合分析。可求得钻孔间距与钻孔抽放时间之间的指数关系。四矿丁56-19190采面煤体密度 =1.40t/m3，煤层厚度3.4m，煤层瓦斯含量5.04 m3/ t，预测工作面回采期间绝对瓦斯涌出量将

　　根据式（6）求得丁5，6-19190采面本煤层钻孔不同预抽期所对应的钻孔布置间距如表2所示。

　　从表2可以看出，当钻孔布置间距采用4.6m时，本煤层预抽期需要6个月，其预抽率达到20%。因此，确定优化后本煤层钻孔间距为4.6m。

　　根据我矿在丁5，6-19190风巷钻孔间距的优化确定，现场按4.6m布置，采用大功率钻机虽然达到瓦斯抽采率要求，风巷钻孔深度一次只能打到80-100米左右，机巷钻孔只能打到60-75米左右，不能消除空白带。因此，还需对打钻工艺进行改进试验。

　　丁5，6-19190机风两巷掘进期采取随掘随打随抽，使MK-3钻机，钻机扭矩660N.m，钻杆直径为φ42mm，钻孔深孔只能打到40米左右。

　　根据平煤[2008]183号文《关于进一步加强矿井瓦斯抽采工作的通知》第二条必须落实本煤层瓦斯抽放规定。突出煤层综合机械化采煤工作面执行措施孔深度必须在20米以上。对采面中部空白带必须执行震动爆破卸压措施规定要求，另外，一旦采取震动爆破卸压措施，容易出现瞎炮现象，更不安全，为此，分别在丁5，6-19190机风两巷对打钻工艺进行试验，技术措施为使用大功率钻机，增大钻机扭矩，提高钻孔深度。

　　主要从钻机滑道、压柱、固定方法、钻杆、钻进顺序等五个方面进行改进，优化打钻工艺。

　　4.1 改造钻机滑道。甩掉钻架；改变滑道下方四个卡钻架横梁上的前后卡瓦间距，实现跨皮带稳钻。

　　4.2 革新压柱。去掉人工进行升降单体液压支柱，换成自动油压支柱；根据液压原理和钻机操作台的控制，实现自动升降支柱。

　　4.3 改变固定方法。皮带里侧两颗压柱用原有钻架横梁进行固定间距，压柱下方用螺丝固定在滑雪上，实现容易移动。钻机滑道下落到皮带里外侧柱子上的横梁，上紧卡瓦实现了跨皮带稳钻。

　　4.4 更新钻杆。把原有的1.6米长的光钻杆更换成0.8米长的来复线mm来复线mm复线钻杆实现巷道狭窄接卸钻杆。

　　4.5 优化打钻顺序。在丁5，6-19190机巷使用MK-4钻机，φ50mm来复线米，先进行卸压，卸压后把MK-4钻机退回去，在两个卸压孔中间再打深孔，孔间距为2.3米， 通过这种方法，机巷本煤层钻孔打到80米以上，最深打到100米左右。

　　丁5，6-19190风巷使用两台大功率钻机，第一台ZYW1900R钻机在前打80米钻孔先进行卸压，然后在设备车后用ZDY4000S钻机在卸压孔中间再布孔，孔间距为2.3米，现场把ZDY4000S钻机底座垫高400mm打深孔，目前丁5，6-19190风巷设备车以里的钻孔孔深在120米以上，最深打到140米左右。

　　根据四矿丁九采区丁5，6-19190突出工作面本煤层钻孔间距优化结果，进行钻孔抽放参数设计施工钻孔，并挂网抽放，同时对打钻工艺改进，消除了空白带。由资质单位对丁5，6-19190工作面进行消突评价，结果认为：瓦斯预抽率达到24%，可解吸瓦斯含量降至2.40m3/t，小于 7 m3/t，达到了瓦斯抽采指标。消除空白带后，消除了工作面煤与瓦斯突出危险性，取消了排放钻孔，大大解放了生产力。

　　（1）根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程，以抽出率作为指标，建立了本煤层瓦斯预抽钻孔布置间距的理论方程式，为合理确定钻孔布置间距提供了依据。

　　钻床夹具主要用于零件孔的钻、扩、铰等加工，钻模借助其上的钻套以引导刀具准确地确定刀具与工件间的相对位置。零件上通常都有待加工的各种不同用途和不同精度的孔。由于钻孔时切削条件差，常影响孔的加工精度和生产效率，尤其是孔和孔系的位置精度，用划线找正的方法难以达到较高精度和较高的生产效率。因此在零件的批量生产中，采用钻模进行孔加工，这样既可提高零件加工尺寸的稳定性和经济性，又能增强了零件在装配过程中的互换性。

　　现有一批名叫加紧机构的零件，其结构及主要尺寸如图1所示。它是某产品上的一个关键零件，该零件孔位加工精度的好坏直接关系到产品的使用性能。该零件材料为ZG35CrMnSi，两端面尺寸已加工。

　　1）采用传统的钳工划外形轮廓加工线孔的中心线。后钻铰孔。但该零件形状不规则，划线之中有角度换算，同时加工精度较高，单靠钳工划线钻铰孔既不经济也不能很好保证零件在装配过程中的互换性；

　　2）采用钻床夹具及钻模板划线和钻铰孔，由于钻模板的设计就已充分考虑好了零件的外形和三个孔的位置关系和加工精度，只要钻模的设计尺寸保证要求，无论加工数量多大，其加工出来的零件尺寸稳定性好，零件在装配过程中互换性也比较好，即在工艺上考虑了零件加工的合理性和经济性。

　　通过上述两个方案的分析比较，结合零件中图纸要求，采用方案二比较好，具体钻模的设计需要先研究解决如下问题。

　　在钳工工序中，主要是划零件的外形轮廓线孔。在划线和加工过程中，主要保证尺寸17、110、224±0.2、249±0.5、R221、27°。这些尺寸精度要求并不是很高，但是由于零件的形状不规则，且在后续的加工R206±0.15尺寸时是以已加工好的圆孔来定位，因此在加工圆孔时还要兼顾到后续尺寸，以避免在铣R206±0.15尺寸时没有留加工余量以致引起零件报废。

　　为保证零件R206±0.15尺寸的加工余量以及孔位的精度要求和光洁度要求，在划线时以钻模板的精确外形划线，同时以钻模板上的孔和快换钻套对零件待加工孔分别按钻、扩、粗铰、精铰四个工步进行加工，依靠所设计的钻模保证相关尺寸关系。

　　零件上的三个待加工孔为通孔，根据基准重合原则，以加工过的平面定位，使该零件在XY平面上被限制了X、Y、Z三个自由度；同时将可升降式钻模板靠近零件，调整零件使零件外圆与钻模板的外圆一致。

　　零件定位后，需要对零件进行压紧夹牢。根据零件的结构特点，在本钻夹具中，装夹是通过升降式钻模板将零件固定在本体上，其钻模板既有定位作用又能夹紧。由于夹具体积较小，可固定在钻床工作台上，因而使用方便。

　　当零件定位并被升降式钻模板压紧后，使零件沿Z轴反方向被压紧在定位块上。为便于操作和提高机械效率，夹紧方式采取两块压板压在钻模板的两侧。夹紧机构采用支承点在中央的螺旋压板机构，力的作用点落在靠近钻模板外边沿侧面，在钻削孔时，由于孔径较小，钻削扭矩和轴向力较小，且已有定位底板承受轴向切削力，故此夹紧机构是可靠的。

　　钻模板设计时要兼顾到加紧机构零件实际尺寸，使钻模板既具有按外形划线功能，又具有钻模功能。由于要求钻模板具有夹紧功能，所以设计钻模板时应使钻模板具有一定的强度和刚度，以防止由于变形而影响钻套的位置精度和导向精度。同时，为便于按钻模板外形给加紧机构零件划线，钻模板的周边外边沿应向内侧倒一定角度。另外钻模板的导向孔和本体上的导向柱应为H7/g6的间隙配合，以便于钻模板的升降。

　　为进行钻、扩、铰加工，采用快换式钻套。为了使钻头能自动定心，钻套内孔与钻头的间隙不能过大，钻套内孔尺寸应与加紧机构零件所需加工的孔径尺寸相同，。钻套外径与钻模本体的安放钻套的孔的配合为间隙配合，这主要是换钻套时方便。为了提高钻套的使用寿命，钻套表面应渗碳、淬火处理。

　　钻模主要由本体、定位元件、钻模板、夹紧装置等组成。本体是钻模的主体，主要作用是用来配置安装各元件，如定位元件、夹紧装置、导向柱等使之组成一个整体。定位元件主要由定位底板组成，主要作用是确定工件在夹具中的正确位置；钻模板的主要作用是给零件定位时提供一个参考位置，同时对零件孔的加工精度起着精确保证作用；夹紧装置主要由压板、弹簧、滑杆和螺柱等零件组成，主要作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中正确位置不变。其结构简图如图2所示。

　　钻模的工作原理如下：先将零件用游标卡尺测量R236与R212之间的实际尺寸，兼顾R212与R206之间是否能保证壁厚6±0.65，将零件加紧机构放在钻模地定位底板上，后将钻模板靠近零件，调整零件位置使零件不加工面外形与钻模板的外形位置能保证壁厚6±0.65，之后用夹紧装置将钻模板和加紧机构零件压紧，最后划零件的加工轮廓线，同时通过钻套内径进行钻铰孔。在钻铰孔时应注意：钻孔的钻套与铰孔的钻套孔径不一样，需换钻套。

　　1）定位合理准确、夹紧可靠方便，在加工过程中夹具有足够的刚性，确保加工精度；

　　该夹具的使用极大地提高了零件加工精度和生产效率，减少了后续加工时没有加工余量而报废的零件数量，增强了零件在装配过程中的互换性，在生产中取得了明显的经济效果。

　　经对产品加工后的检测，零件尺寸完全满足要求。经几批零件的加工后表明,该钻模完全能保证零件的加工精度，达到了预期的使用要求，对于加工类似的零件，本文所述的加工方法有一定的借鉴意义。

　　论文摘要:刘桥一矿3煤为极薄煤层,4煤为主采煤层,3、4煤层间距较小,3煤采用走向长壁全部冒落法回采不现实,选用螺旋钻采煤法较好地解决了这一难题。

　　刘桥一矿位于安徽省濉溪县境内,煤系地层为华北晚生古生界二叠系下石盒子组及山西组地层,含3、4、6煤及三到四层发育不全的极薄煤线,以单一薄煤层为主,煤层厚度0-1.75,平均厚度0.82m,平均倾角14°,局部可采,为极不稳定煤层。3煤储量主要分布在ii46上山采区东翼及六采区,可采储量合计为148.8万吨。

　　根据3煤赋存特点及煤层厚度特征,我矿3煤采用钻采采煤工艺,边掘边采,掘进与钻采平行作业的方式施工。前方掘进工作面至少超前钻采工作面80米,钻机采用乌克兰生产的薄煤层三轴螺旋钻机,采用独头单向钻采。钻采顺序为前进式钻采至迎头。该机先在巷道下帮沿煤层倾向向下进行钻采,钻采完后再退回调头在巷道上帮沿煤层倾向向上进行钻采,该机适用于煤层厚度为0.5m-0.9m,煤层倾角-15°-+15°,煤层走向倾角小于8°的各种硬度的煤层。

　　即一台螺旋钻机布置在运输顺槽中,向煤层打钻,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在运输巷的刮板输送机上运出。该机一次采宽2.0米,三轴联动钻杆1.54米一节,钻机本身自动接杆,达到设计采深或遇断层时,推出钻杆,螺旋钻机整体前移,预留0.8±0.2米煤柱后开始下一循环钻采。

　　设计钻采长度:钻采从运输巷设计位置处开始运行,从顺槽上帮向上钻采,钻采深度最大85米,平均80米,螺旋钻机以2.0m/min的速度向上钻采,直至达到设计深度。

　　单轨吊车一部,起吊速度为3m/min,运行速度为20m/min,起吊高度为3m。

　　按一个螺旋钻采工作面布置,工作面每班钻进30m,每天钻进深度90m,钻孔高度0.65m,实际采高1m,钻孔宽度为2.0m,钻煤时采储率为0.95,则:

　　根据3煤赋存状况,可充分利用ii46上山采区及六采区生产系统运料,排矸,运煤。减少了掘进巷道工程量,在3、4煤层间距较大的地点可设一临时垂直煤仓进行连接,煤仓高度即3、4煤层间距。

　　由于3煤无直接顶,老顶以中细砂岩为主,平均厚17.5m,钻采面采宽1.905m,煤柱宽0.5m,顶板来压及下沉量不明显,故钻采工作面采用不支护方式。正常工作时期,在工作面钻孔钻采完备后,在钻孔口以里0.3m处支设3棵φ×h=180mm×650mm的优质木点柱,上方戴规格为长×宽×厚=400mm×200mm×40mm的木柱帽(柱帽沿倾斜使用),并用木栅栏加紧打牢,软底处加穿规格为1500mm×250mm×40mm的大木鞋。木点柱严禁支在浮煤、浮矸上。

　　随着螺旋钻采煤机不断前移采煤,要随时观测运输巷的围岩变形情况。当巷道压力变大,变形严重时,及时打锚索加强支护,锚索间排距300mm×300mm,长度6.0m,安设在巷道拱顶,防止冒顶或影响钻采工作。运输巷采用猫网作永久支护。在钻孔口以上或以下0.3m处支设3棵φ×h=180mm×650mm的优质木点柱支护顶板。

　　③可以在螺旋钻具上安装三种不同直径的钻头625mm、725mm、825mm,增加在不同厚度煤层上的采收率。

　　④实现薄煤层采煤,其中包括从平衡的和保护煤柱上采煤,这样增加采煤量,并降低其在矿藏中的损失。

　　⑧由于留煤柱,代替了支护,降低了采煤成本,由于煤柱的存在,也减少了顺槽等巷道的回收费用。

　　钻孔灌注桩技术，因其对各种土层的适应性强、无挤土效应、无震害、无噪音、承载力高等优点，在工程中得到了广泛应用。钻孔灌注桩对于一般粘性土、填土、淤泥质土及砂土等，穿越方便，成孔效果较好，而对于碎石粘土则不宜采用。本文就钻孔灌注桩穿越碎石粘土层的工程实例进行分析，对穿越该类土的设计施工提出一些看法，从而为同类土层中设计钻孔灌注桩时桩端土层的选取提供参考。科技论文。

　　某建筑工程，四层框架结构，建筑物总高度为17.2m，跨度9m，楼面设备荷载最大为14kN/m2.设计最大单柱荷载为3600kN.该工程地处系旧城改造老宅基地，山脚坡积型地层。

　　根据工程地质勘察报告，土层分布及特征如下：①杂填土，厚3.9～4.8m；②粉质粘土，饱和，软塑，厚0.4～0.9m；③淤泥质粘土，饱和，流塑，厚0.3～6.3；④粘土，可塑～硬可塑，厚1.6～5.1m；⑤淤泥质粉质粘土，厚0～4.0m；⑥-1含砾粉质粘土，硬可塑，厚0～7.5m；⑥-2含碎石粘土，可塑～硬可塑，厚2.7～5.4m；⑦全风化泥岩，可塑，厚4.2～7.2m，⑧-1全风化炭质泥岩，饱和，可塑，厚1.6～2.2m；⑧-2强风化炭质泥岩，厚大于6.2m，未穿。根据建筑物荷载及土层分布情况，地质勘察报告建议，采用钻孔灌注桩设计，以⑧-2层为桩端持力层，桩端进入持力层深度不小于0.5m，平均桩长28m，单桩承载力标准值以1000钻孔灌注柱为例取2570kN.

　　工程施工采用10型正循环钻孔灌注桩，在钻进至17.5m深处，遇到⑥-2层土，钻机上台，无法钻入。⑥-2层土为含碎石粘土，碎石含量占5%～20%，粒径一般2～5cm，少量大于10cm.根据有关钻孔灌注桩施工经验，正循环施工工艺对于粒径不大于15cm的碎石，一般均可在泥浆中上漂排出，钻头也不至被卡死。但从冲抓清孔取出土样分析，⑥-2层土样中，碎石为坚硬的硅质岩，最大粒径40cm，冲抓4斗土中能取出10cm以上的碎石12块，小于10cm的碎石也较多，碎石强度极高，钻机无法将其磨碎上漂，钻头被卡住无法钻入。地质报告描述土层正确，但对砾碎石含量及粒径的分析偏差较大。科技论文。为取得详细资料，采用＃2钻机继续试桩，在钻至17.8m处（即⑥-2层面）时，钻杆卡死，无法钻入，经建设单位同意，停机处理。

　　根据以上情况，地质勘察、设计及施工各方进行了认真的分析探讨，归纳起来，主要有以下几点：

　　第一种方法：在钻至⑥-2层顶面时，改用人工挖孔进入一定深度，以该层为桩端持力层。桩下部扩底，以增加单桩承载力。该方案工期增加不多，但人工挖孔深度较大，且部分桩的直径将由600改为800.该深度单桩承载力下降较大。经计算，以1000桩为例，单桩承载力仅为原设计值的48%，需修改设计，将单柱单桩改为多桩承台。科技论文。且其下为软弱下卧层，厚度较大，而本层局部厚度较小，小于4倍桩径，作持力层不够理想。

　　第二种方法：机械钻孔与人工挖孔相结合，钻孔至⑥-2层土后，改用人工挖孔穿透此层，清孔后再打钻孔灌注桩。该方案施工组织上难度较大，工期将增加一个月，费用增加25万。

　　第三种方法：以⑥-2层土作为桩端持力层，改用沉管灌注桩。该方案经设计验算，⑥-2层土单桩承载力较低，改用426沉管灌注桩后，单桩承载力仅为300～470kN，需将原单柱单桩改为承台群桩，桩的总数将增加7倍左右，平面布桩系数较大，更改设计需要一定的时间，打桩工期因桩的数量增加不可缩短，投资额将增加37万元左右。同时，该工程地处老城区，四周均为民居，沉管灌注桩的噪音对周围居民影响很大，势必会影响工程的顺利进行，而且对沉管灌注桩来说，局部场地上的⑥-1层含砾粉质粘土沉桩较困难。

　　第四种方法：保持原设计不变，改进施工工艺。如采用进口的S500反循环钻机，其钻杆孔径大，吸出块石方便，钻透该层有把握，工期较快。但费用增加很大，需增加投资25万元，且目前难以组织到该机型进场。因此采用SPJ300型正循环钻机，加大钻进力度，穿透此层，但工期及费用将有所增加。

　　对所面临的难题，进行分析后认为，采用SPJ300型正循环钻孔工艺，钻透该层把握较大。上述几种方案中，综合各种因素考虑，方案四比较可行。原设计桩型不变，采用SPJ300型正循环钻机替代原10型钻机，加大钻杆力度，并改进钻头，采用筒体钻，增加钻头摩阻力，钻松土体，套取较大石块。根据桩径，结合采用大小直径钻头，用钻、磨、挤等方法钻进土层，将直径较大无法漂出的石块挤入桩侧土中。钻机数量由2台改为4台同时开工。经试桩，成功钻透了该土层。钻孔进尺较慢，⑥-2层土中钻进速度为50～80cm/h，一般单桩成孔时间为2～3天左右，但施工比较顺利。最后实际工期比原计划增加了20天左右，增加施工机械及人工费用约18万元。顺利完成了整个桩基工程施工。桩基施工完毕后，对其中部分桩进行了高应变动测，其余所有桩进行了低应变动测。结果表明，单桩承载力与设计要求值符合较好，桩身质量完好，达到了设计要求 .

　　根据上述工程实践，在钻孔灌注桩的设计及施工中，除了一般的认识经验外，下面几个方面问题应引起重视。

　　3.1加强地质勘察报告的深度与准确度。对于含碎石粘性土的土层，由于勘探工艺的特点，要判明碎石含量及其粒径不可能十分准确。这会直接影响钻孔灌注桩的设计及施工工艺的采用，因此还要加强对同地区土质情况的调研，结合实际勘探情况，提交准确的报告，供设计与施工决策。

　　3.2设计时应充分考虑到碎石含量对承载力的影响。由于桩底沉渣问题制约着单桩承载力和桩身质量的稳定性，对碎石含量较多、粒径较大的土层，正循环钻孔工艺排渣能力较差，沉渣小于5cm的设计要求较难满足，特别当孔底沉渣的粒径较大，一般正循环泥浆清孔难于将其携带上来。在设计钻孔灌注桩时，必须适当考虑施工因素的影响。因此针对该类土层，单桩承载力设计值应适当减小。

　　3.3在施工上，应对相应土层的钻入难度有充分的估计，采用钻杆力度较大的机型，避免机型选择不合适造成窝工、影响工期，酿成经济损失。在机械安排及整个施工组织设计中应有足够的考虑和准备，如一般正循环清孔效果达不到要求时，或长时间清孔，孔底沉渣仍超过规定要求时，应改换清孔方式(如用风压机清孔等)，以确保设计要求的承载力。

　　连续油管磨钻具有钻压控制稳定，井控条件成熟，水平段入井距离长，施工连续等特点，已被国外在水平井洗井、冲砂、磨钻施工中广泛应用，其中在复合桥塞磨钻施工中，2英寸连续油管为首选，单台车可载连续油管长度可达4500m，最长进入水平井段可达到1000m以上，同时最大可提供800L/min的管内流量，可满足井下马达动力传递及磨屑上返的需要。在国内，连续油管设备目前国内已引进多套，操作可控性能满足要求，但连续油管磨钻桥塞工艺研究才刚刚开始，钻磨工具还不全面，工艺研究还不成熟，多处在试验阶段，鲜有现场试验施工。

　　磨钻复合桥塞的技术难点主要表现在井下工具的选择、连续油管磨钻控制性能、碎屑砂体的携带性能、动力液体的性能及循环利用等方面。

　　（一）工具的选择需要满足磨鞋对复合材料及铸铁材料磨铣性能好，磨屑均匀，扶正及过屑功能齐全，井下动力马达扭矩转速适中，压降性能稳定，抗冲击能力强；同时还要设计防卡振击及液压丢手工具，并安装防回流单流阀，以防携砂液提进入连续油管。

　　（二）连续油管磨钻控制性能要满足连续油管及钻磨工具对复合桥塞的适当持续钻压，结合马达压降及扭矩输出性能曲线，控制马达扭矩，从而实现最优钻磨性能。

　　（三）碎屑砂体的上返携带临界条件要保证，井筒水平段会残留部分压裂改造过程中积留的支撑剂，支撑剂的密度一般大于磨钻动力液密度，能将此部分支撑剂在钻磨过程中搅动并由磨钻动力液携带出井口是对动力液流量的最低要求，这将取决于套管内径、连续油管外径、动力液性能及支撑剂粒径和密度。

　　（四）动力液体的性能及循环利用：磨钻动力液需要选择携砂性能强的粘度大、低摩阻、稳定性强，可循环利用的液体介质。

　　（一）结合工具需求性能，设计磨钻工具串组合为：连续油管接头+回压阀+液压振击器+液压丢手+马达+磨鞋。磨鞋的外径选择略小于套管内径6-10mm为宜，对钻头进行扶正，以确保钻头不会伤害套管。

　　马达选择中转速大扭矩马达，转速在230-360r/min，扭矩保持在900-1050Nm，既能保证保证磨鞋的切削速度，又能保证碎屑的形状和体积满足上返要求， 2.0in连续油管挤毁压力/内屈服压力曲线。

　　（二）连续油管磨钻性能控制：确保连续油管及钻磨工具对复合桥塞的适当持续钻压，同时确保连续油管在挤毁压力/内屈服压力允许范围之内，结合马达压降及扭矩输出性能曲线Nm左右，对于复合桥塞材料钻磨效率较高，当扭矩大于1000 Nm后，会增加马达的负载，同时会产生厚度大于3mm以上的切削，这类切削不宜由钻头与套管两侧返出，夹在磨鞋与复合桥塞之间，降低磨鞋的钻磨性能，但扭矩小于800Nm后，磨鞋不能有效切入及磨削，仅形成细粉状金属碎屑，肉眼几乎不可见，地面仅能用强磁工具进行筛选，将降低切削效率。

　　（三）碎屑砂体的携带性能：在进行水平井复合桥塞钻塞过程中，井筒水平段会残留部分压裂改造过程中积留的支撑剂，支撑剂的密度多集中在1.24-1.64g/mm3，大于磨钻动力液密度，能将此部分支撑剂在钻磨过程中搅动并由磨钻动力液携带出井口是对动力液流量的最低要求，这将取决于套管内径、连续油管外径、动力液性能及支撑剂粒径和密度，磨钻动力液需要选择携砂性能强的粘度大、低摩阻、稳定性强，可循环利用的液体介质，在5-1/2英寸套管内施工时，设计动力液为0.35%胍胶基液+0.3%降阻剂，设计施工排量480L/min，经现场试验可确保碎屑砂体的携带，并降低地面设备的施工压力。

　　（四）随着水平井分段层数的增加，磨钻施工需要的动力液规模也在不断增加，在现场施工中，要进行动力液的回收再利用，地面需配备以下必要设施：气液分离器、钻屑捕捞器，旋流除砂器、油水分离器、暂储缓冲罐及高压过滤器等。通过以上设施的配备，可将动力液总数控制在100方以内，完成全部钻磨施工，工作原理及组合顺序如图3。

　　安平X井是长庆油田公司第六采油厂区域体积压裂的一口重点实验井，完钻井深3335.0米，水平段长835米，采用5-1/2英寸套管完井，设计采用水力泵送复合桥塞、多级点火分簇射孔、光套管大排量压裂工艺。

　　经过对连续油管钻磨复合桥塞工艺讨论、工具选型，采用2寸连续油管进行磨钻施工，采用外径116mm高性能五牙平底磨鞋+2-7/8井下马达（最大扭矩1400NM），进行施工，施工排量460L/min，连续油管入井深度3120米，其中造斜及水平段段1100米，钻磨复合桥塞12个，施工一次完成，取得了连续油管磨钻复合桥塞工艺现场试验的全面成功。

　　1、2英寸连续油管水平段钻磨复合桥塞技术是可行的，具有精确可控的操作优势；

　　2、施工中，动力液的上返速度必须要高于支撑剂在该种动力液中的沉降速度，以避免发生管柱砂卡；

　　4、钻屑厚度控制在宜携带体积以下，将能增加钻屑的携带性能并减少钻屑卡钻的可能性；

　　5、结合马达压降及扭矩输出性能曲线，控制马达扭矩是磨钻复合桥塞的技术关键；

　　[1]刘成，李兴村.连续油管冲洗技术在集输管线解堵中的应用.油气田地面工程，2004；23（8）：27

　　[2]汤井会，李良川，等.冀东油田高1o4―5区块高含水期稳产配套技术.石油工程建设，2005；31（增刊）：43―47

　　[3]张燕娜，石凯.连续油管的应用与发展.西部探矿工程。2010；（1）：93―98

　　[4]高文全.连续油管冲洗解卡堵技术在辽河油田的应用.石油机械，2000；28（6）：3O―3l

　　[5]刘成，朱红旺，刘丽君.连续油管冲洗解堵解卡技术在吐哈油田应用.钻采机械，1999；2（5）：75―77

　　近年来，油气资源长期大量开采而逐渐衰竭的严峻形势促使石油勘探开发朝着更复杂、更深地层发展，与此同时，面临的井漏、井涌、卡钻等钻井复杂问题越来越多，而控制压力钻井工艺的发展和应用，不仅可以提高复杂钻井的安全系数，在优化钻井效率和质量方面也彰显了良好效益，因此为推动其更快更好发展，我们有必要对其应用加以分析。

　　控制压力钻井工艺是指通过综合控制流体流变、密度、回压、水力摩阻、环空液位、井眼几何形态等，将井筒的整体压力控制在地层破裂压力与孔隙压力之间，然后经衡或平衡钻井，防止或控制井眼中侵入地层流体，进而减少卡钻、井漏、井涌等复杂情况，一般适用于破裂压力和孔隙压力窗口较窄的地层环境[1]。

　　若加以细分，控制压力钻井工艺主要涉及：CBHP MPD技术，即借助节流压力、环空水力摩阻、钻井液柱压等方式精确控制井底压力恒定的方法，因可防止开停泵时井涌井漏的循环发生，故只有当地层破裂压力与孔隙压力接近时可以采取该种措施；PMCD技术，相对而言，该种控制压力钻井工艺较为成熟，只需在钻井环空流体自身密度较小时将一定的正压施加于钻井之上，便可有效控制严重井漏，所以在海洋油气和陆上井眼漏失严重的地层中可发挥显著效用，工艺流程见图1[2]；DGD技术，通过在同一个井筒中控制不同密度的两种流体，即将低密度和高密度的钻井液分别打入井眼的上部和下部井段，以期经双泥浆密度体系的形成将压力窗口控制在地层孔隙压力与破裂压力之间，从而防止地层压裂。

　　为进一步了解控制压力工艺技术的特点优势，在此结合实例加以分析。已知该区域油田地层具有低压易漏特点，压力系数处于0.95-1.05之间，恶性井漏情况时常发生。其中衡6井地层伴有严重的出水现象，若采用预先设计的欠平衡钻井工艺，发生井漏的概率可能会加大，故为提高勘探精准度，以发现和保护该储集层，决定应用控制压力钻井工艺。

　　考虑到该井地层压力和漏失压力系数的预测值分别为0.94左右和0.98-1.0，加之钻井液安全窗口较窄，无论地面控制压力不足还是过大均会造成钻井复杂，故为寻求一个平衡点，作了如下设计：选用密度为0.87-0.88g/cm?的水包白油钻井液，并将钻井排量控制在24L/s，同时在钻井停泵时将合适的控制回压施加于井口处，以防井筒流入地层流体；进行起下钻时，将井筒内的钻井液替换为清水，到达安全井段后予以关井观察，确定地层稳压后实施起下钻，并规范而连续的将清水灌注至井筒内，为切实降低井漏风险，需要结合使用高效、优质的牙轮钻头。

　　因该井为三级的三开三完井身结构，故除一般的钻井设备外，还配备了规格性能与控制压力钻井要求相匹配的特殊钻井设备，如液气分离器、旋转控制头、反循环压井管线r/min等钻井参数，作了下述施工：

　　先是基于原先设计的钻井液（0.91-0.94 g/cm?）进行欠平衡钻井，在钻进1221m时因出现井漏，虽经停泵处理有所缓解，但在1245m处漏失加重，故经论证对后续钻进施工选用控制压力钻井工艺。即在井深1245m位置以0.88 g/cm?密度的水包白油钻井液进行控制压力钻井，待钻进至1290m时不仅出口处的钻井液流速加快，液面和密度分别上升了6.88m?和0.96 g/cm?，且粘度有所下降，后经判断为地层出水[4]；因此根据现场计算，确定井口处的控制回压在为0.5MPa的情况下，循环一周后的钻井液粘度和密度分别为41s和0.94 g/cm?，故此时将控制压力保持在了0.8-1.1MPa之间，不仅使得进口和出口同时有着0.88-0.89 g/cm?密度和55s粘度的钻井液，而且不喷不漏，循环罐液面大体稳定，从而顺利钻进到了1780m；同时经中途测试和完钻电测，分别在控制压力钻井进尺、纯钻时间、钻进速度分别为535m、102.9h和5.2m/h的条件下有效规避了井漏等复杂钻井情况。具体参数见图2。

　　采取上述工艺措施后，不仅有效规避了恶性井涌、井漏等风险，而且在钻井进度和成本方面取得了良好效益，与预期效果基本一致，从而彰显了控制压力钻井工艺在窄密度窗口井况中的优越性和适用性。

　　总之，控制压力钻井工艺优势显著，在实际应用中可有效解决压差卡钻、井下漏失等复杂的窄密度窗口钻井困境，从而确保不喷不漏、安全作业，并提高钻井整体效益。但不同的控制压力钻井工艺有着不同的特点和适用条件，这就要求我们根据钻井具体情况，选用合适的工艺技术，以此进一步改善钻井效果，提高钻井效益。

　　[1] 周英操，崔猛，查永进.控压钻井技术探讨与展望[J].石油钻探技术，2010（04）：18-20.

　　[2] 柳贡慧，胡志坤，李军，陶谦.压力控制钻井井底压力控制方法[J].石油钻采工艺，2011（02）：21-22.

　　论文摘要 通过微型工程钻机在四川省开江县金山寺滑坡治理工程抗滑桩坚硬岩石开挖施工过程中的应用，重点对其施工工艺进行了论述，并通过与传统人工挖孔桩施工的对比分析，指出了微型工程钻机在保障工期、满足环保要求等方面的优势，是以后抗滑桩施工的 发展 方向。

　　抗滑桩是滑坡治理施工中最常用的抗滑结构之一，由于桩孔断面大，一般都大于1.25m，无法用普通钻孔机械进行桩孔施工，只有采用人工开挖。抗滑桩施工中如果遇到坚硬岩石，靠传统人工施工非常困难，很难满足施工工期要求。滑坡治理工程施工中一般都不允许使用炸药进行爆破开挖，以免爆破产生的强烈震动及冲击波等影响滑坡稳定性及周边建筑物、构筑物的安全。下面结合具体工程四川省开江县金山寺滑坡治理工程介绍微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺。

　　四川省开江县金山寺滑坡（a区）采用28根抗滑桩进行加固，各桩多嵌于中风化砂岩，局部嵌于强风化砂岩与强风化泥岩。以基岩（砂岩）面以上为受荷段，以下为嵌固段，各型桩的设计参数见表一。

　　由于滑坡一直处于持续变形状态，一旦发生剧烈滑动，势必彻底摧毁整个金山寺寺庙，对国家财产和人民的生命安全将造成巨大损失，其后果不堪设想。鉴于该工程的特殊性，原设计3个月的工期被压缩为40天，按照传统人工施工工艺很难保证工期。

　　为保证工程如期完工，在桩孔施工中采用了微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺，进行砂岩地层坚石、特坚石的抗滑桩开挖作业，效果非常显著。

　　该技术是利用微型工程钻机沿抗滑桩孔四壁钻孔取芯，在桩壁形成一道回形凹槽，再使用凿岩机由四周往桩心逐渐破碎而成孔。该技术可以在无爆破震动、无冲击波、无飞石等条件下破碎岩石，具有非常高的安全性和工作效率。

　　根据开挖岩层的物理力学性质及施工条件的不同，在使用不同的微型工程钻机进行钻孔开槽时应选用不同的施工方案及参数。

　　微型工程钻机的选择主要考虑岩层的物理力学性质及现场动力电类型、吊装设备、操作面大小等具体情况。若现场没有电源，可以选用汽油工程钻机，若桩孔下部需要扩底，则可以选用万向工程钻机。常用的微型工程钻机设计参数见表二。

　　经过对z1z-180型台式工程钻机（图1）和z3z-160型台式工程钻机（图2）的比选，金山寺滑坡治理工程最终采用了z3z-160型台式工程钻机。该型钻机采用三相异步电动机作为动力，扭矩大、转速稳定、钻孔速度快，并且是采用双速设计，使用范围广泛，钻孔过程中遇到硬度较大的岩石层时可以调节至低速，以较大转矩钻进。

　　对于凿岩机破碎，临空面（自由面）越多，单位破石量就越大， 经济 效益也就越好。采用微型工程钻机钻孔取芯，形成槽形空间，增加临空面，以方便凿岩机对基岩进行破碎。通常采用的开槽形式有“l”型、“u”型和“回”字型，以“回”字型布孔开槽居多，开江县金山寺滑坡治理工程采用的便是这种形式。

　　孔距的大小与岩石硬度有直接关系，硬度越大，孔距越小，反之则大；孔距的大小与岩石破碎效果及施工成本有直接关系，孔距越大，破

　　根据长期的施工经验，钻孔孔距宜采用0.85d～0.90d（d为钻孔直径）。

　　钻孔直径与开槽破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于凿岩机充分发挥效力破碎成孔；钻孔太大，不利于工程钻机充分发挥效力取芯开槽。根据长期的施工经验，钻孔孔径宜选为130mm～160mm，金山寺滑坡治理工程选用的钻孔孔径为150mm。

　　根据选用的微型工程钻机的单次最大进尺，综合考虑桩孔截面大小对布置凿岩机数量的影响、破碎岩石所需时间等因素，确定钻孔深度。

　　以四川省开江县金山寺滑坡治理工程ⅲ型桩为例，桩截面尺寸为2.0m×2.5m，设计桩长18.5m，桩孔每米开挖量为5.0m3/m。拟采用每两台z3z-160型台式工程钻机为一个机组同时施工一个桩孔，钻孔孔径150mm，“回”字型布孔开槽，每段布孔72个，钻孔深度0.6m，总进尺43.2m，平均每桩钻进时间约2小时。每0.6m的桩孔开挖凿岩机破碎工程量为3.0m3，充分利用工作面布置4人为一组同时施工一个桩孔，平均每桩每段用时约6小时。

　　组织成倍节拍流水施工，每两台钻机负责四个桩的钻孔取芯开槽工作。比如1#桩钻孔完成后，依次施工2#、3#、4#桩钻孔，共需时6小时。在这段时间里，采用凿岩机破碎的班组正好能完成本段桩孔的开挖，完成4#桩钻孔后，可以充分利用工作面，立即开始1#桩下一段的钻孔开槽，进行合理的流水作业，最大限度的加快工期。

　　根据以往统计数据，采用传统施工方式每8小时施工同类岩层深度为0.2～0.3m，而采用微型工程钻机取芯开槽与凿岩机破碎成孔相结合的新工艺每8小时便可完成0.6m桩段的坚石开挖，工效是传统作业方式的2～3倍。

　　钻孔灌注桩是一种成熟的桩基施工工艺，广泛应用于各类建筑物基础。近年来，随着地下空间的扩大利用及大型深基坑、大型工业设备基础不断的涌现，灌注桩（水下）因工艺成熟、承载力大，成为基础受力的主选桩型。因地质条件的不同，所选择的施工机械不同，常用机械有冲击钻、正（反）循环钻、旋挖钻等，但不管选择那种机械，施工中均会遇到地下障碍。对于以粉质粘土为主的地质层，一般会选择旋挖钻机和正（反）循环钻机作为主要施工机械，如遇到地下孤石或含有大量建筑垃圾、砼块、工矿废渣的回填土，则会更改为冲击钻施工。本文以工程实例，介绍了在不更换施工机械的前提下如何改进设备完成施工的方法。

　　工业港是上世纪五十年代经人工开挖的一条运送铁矿石的运河，后因淤塞严重而停运。场地经过清淤、真空预压处理，已整平至标高26.99～28.00m，北低南高。拟建场地地貌为长江南岸Ⅱ级阶地。

　　该桩基工程为石化3#地系统配套，包括多个化工建（构）筑物和部分管架基础等，共计混凝土灌注桩2300余根，桩长25~32m，工期96天。因场地条件限制，最大允许16台正回转钻机施工。根据武汉市青山区类似地层施工经验分析，钻机工效约1根/天，2300÷(1×16)=144天，满足不了合同工期。

　　本场地钻探揭露深度范围内地层主要为人工填土层、第四系全新统（Q4 ）冲积层、上更新统 （Q3 ）冲积层、中更新统（ Q2）冲洪积层和下第三系（E）碎屑岩沉积地层。

　　①2-1层杂填土：主要由粘性土与砖渣、水泥块等建筑垃圾混杂回填而成，建筑垃圾块径在3cm~8cm，局部大于10cm。该层填土为多次回填，总体回填时间较长，土质不均匀。层厚2m~11m。

　　①3层混合渣：主要为炼钢废渣，局部混杂粘性土，个别段夹杂铁块，废矿渣呈砂砾状，粒径一般在0.5cm~6cm之间，个别大于10cm，该层为多次回填，总体回填时间较长。部分混合渣进行了真空预压处理，其物理力学性质与老填土区自然压密的混合渣差别不大。该层层厚1.5m~15.6m。

　　（1）本工程成桩设备采用GPS-15、GPS-18、GPS-20型钻机,成桩控制标准为： 摩擦桩以桩长控制，端承桩以桩端进入持力层深度控制，达到设计要求。

　　（2）工艺局限性:普通三翼合金钻头在钻进含渣回填土层时，慢挡无进尺，快挡则钻机剧烈跳动，钻具损坏。

　　分析1：以上各工序，桩机对中、一次清孔及钻杆拆卸、钢筋笼安装、导管安装及二次清孔、灌注成桩占用时间较短，且为正常耗时，采取措施提高效率效果不明显。

　　分析3：结合勘察报告，回转钻机在人工填土层（混填建筑垃圾及钢渣，且厚度大），是钻进成孔耗时多的主因，即为施工主要难题。此问题必须解决，否则无法满足工期要求。

　　鉴于以上，初步定向为从现场管理和技术（如改进施工机械）两处考虑提高工效，具体可行性及方法需进一步分析论证。

　　二期油改桩基工程成立有项目经理部，配有齐全的项目施工管理人员和管理制度。经过观察，钻机施工人员轮班制度对工效有少许影响。项目部对此进行改善，如交接班时间固定，调整精干力量至白班等。

　　经整顿后，现场管理方面有一定改善，单桩成桩耗时却没有明显减少，故此方法可行但无法从根本上解决钻进缓慢，对提高工效意义不大。

　　利用QC原理，结合回转钻机技术性能与混凝土灌注桩技术工艺，将本工程中钢渣层钻进困难的原因归纳如下：

　　5.1三翼合金钻头在粘土层钻进工效是很高的，在钢渣层中却效率低下。针对三翼合金钻头不能有效钻穿钢渣层的问题，寻求对策是改变钻头类型，使其快速有效的钻穿钢渣层。具体措施：制作一种能与钢渣充分接触的钻头，使钻头作用面能充分与钢渣层接触作用，能有效钻进。待障碍层钻穿后，再更换上三翼合金钻头继续钻进。

　　⑴将原三翼合金钻头作用部分即三翼架倒立使用，周边用20mm厚钢板围护起来，焊接牢固，形成倒桶状；桶高500~600mm，下部为桶口。

　　⑵桶下沿口直径600 mm，密布下朝向合金齿；桶外壁中部等距离布设水平合金齿3个，桶上部开溢浆口若干。

　　⑶三翼架内，向水平或向下布设若干合金齿，架底与桶连接，架顶与钻杆、桶壁连接。

　　⑷桶顶与钻杆焊接牢固，这样就形成了桶—钻杆、钻杆—三翼架、三翼架—桶的循环连接，结构上可靠。

　　以GPS-18型回转钻机为例，新型桶式钻头在不改变机械原动力、转盘转速与扭矩的情况下，增大了与岩土层接触面积，增加工效；增强了钻头在障碍层中的稳定性，机械晃动、跳机、憋钻、移位情况得到一定改善；适用于回填渣土，含矿渣、砖石、素砼块等。

　　从上述两个图表可以看出，采取措施后，钻进成孔时间明显缩短，直接导致单桩平均施工耗时降低。新型钻头解决了三翼钻头不能在钢渣层中有效钻进成孔的问题，可以提高钢渣层钻孔桩的施工效率。

　　通过本次技术改进，提高了钢渣层钻孔桩施工效率，实际施工95天，按业主工期完成了施工任务，并节省了工程费用。

　　岩土工程是一门尚未完善的学科，理论研究方面一直走在实践操作的前列，其适用性需要在实践中不断提高与改进，熟悉基本原理，把握主要矛盾，具体问题具体分析无疑是岩土工程师有效解决工程实际问题的重要前提。本文介绍的工程实例，遵循客观规律，从实际出发，对钢渣层中运用新钻头施工全过程分析，立足于实际数据，论证成桩适用度，为同类工程提供了施工参考依据。

　　[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[S]北京：中国建筑工业出版社，2008。

　　[3]陈飞，黄小琴.岩溶地区钻孔灌注桩施工技术.土工基础，2009.1。

　　【关键词】市政工程地铁施工技术潜孔锤成孔袖阀管深孔注浆直螺纹套筒接驳纵向筋

　　北京地铁14号线右安门外站~右北区间全长628m，区间隧道埋深为12~15m；穿越地层为粉质粘土层、细砂层、卵石层，其中拱顶为粉质粘土层，厚度为0~50cm，上层为砂卵石层，滞水丰富，浅埋暗挖工法要求无水作业，故在区间两侧设降水井，但由于侵占地、交通导改等原因，反循环施工无法进行，采用空气潜孔锤成孔设备、堆渣占地小，因此在城市施工场地狭小条件下该技术经济适用，具有良好的推广前景；由于拱顶上粉质粘土层较薄，如开挖中破坏了粘土封水层，就会出现大量滞水渗流、局部小塌方，给施工带来一定的安全隐患。此外，隧道正上方有上世纪90年代建成平房区，多数已成危房。隧道下穿过程中对地表沉降有严格要求，为此采用袖阀管深孔注浆技术进行超前预加固地层以确保施工安全及减少地表沉降量；本隧道标准断面形式为带仰拱三心圆拱形，初期支护采用钢格栅+喷射混凝土支护体系，格栅纵向连接筋采用直径Φ22螺纹钢，环向内外交错布置@1.0m，采用滚压直螺纹套筒接驳技术减少了安装时间，使初支快速封闭成环，增加了施工安全性。

　　空气潜孔锤是利用压机输出的压缩空气驱动一种风动冲击工具。它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通过钻机和钻杆的回转驱动，形成对土体的脉动破碎能力，同时利用冲击器排出的压缩空气，对钻头进行冷却和将破碎后的土颗粒排出体外，从而实现了孔底冲击回转钻进的目的。

　　本工程采用CIR150潜孔锤，孔径为185mm, 为了使破碎的卵石能被冲出孔外，我们选择了较大的风量,一般情况为12.0～13.0m/min，最大时达15.9m/min。在潜孔锤钻进时，除正常工作所需风压外，还要加上孔深时沿程压降及克服水位以下的水柱压力。本工程风压一般情况为5—7kg/m，最大时达10 kg/m。

　　（1）严格按照潜孔锤钻进技术参数作业，不能盲目追求进尺而加大钻压，防止钻杆折断、钻头掉齿和断齿等事故的发生；

　　（2）钻进中要随时注意观察气压表压力的变化，如发现压力急剧上升或下降，应立即提钻，查明原因，排除故障；

　　（3）钻进中经常注意潜孔锤冲击响声，如发现冲击频率变低或不稳定等异常情况，应立即提钻进行处理；

　　（4）钻进中如发现钻杆抖动厉害，应立即提动钻具，再慢慢下放，并降低压力进行钻进；（5）定期向钻杆内加入少量机械油，确保潜孔锤充分和高效能，延长使用寿命；

　　钻机就位、调整：钻机就位时调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实，以保证钻机安装平稳。

　　钻孔、排渣处理：为防止偏孔，开孔时要采取慢速冲击。冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升。边钻进边排渣，直至达到设计孔深。

　　下管：下管前检查井管是否已按设计要求包缠尼龙纱网，井管确保在井孔居中不歪斜，钢管之间采用丝扣连接或销式连接。

　　填滤料：填料从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，填料高度严格按设计要求执行。边填料边起拔套管，套管起拔时应避免孔内井管被一起拔出。

　　反循环：包括泥浆池、泥浆循环水沟、设备占地、堆渣场地等每孔施工占地不小于100m2，在市内施工占地困难，且费用高昂。

　　潜孔锤：设备占地、堆渣场地等每孔施工占地20~30m2即可满足施工要求。

　　反循环：对于本工程地质及孔深，每孔正常施工钻孔需10小时，包括制备泥浆、清孔、下管等工序每井施工时间超过30小时，对于居民区内夜间施工民扰现象时常发生，不利于施工。

　　潜孔锤：钻孔3~5小时，无需制备泥浆、清孔，下管简便，每井施工时间8小时内可完工。

　　潜孔锤：干成孔工艺，无泥浆，且孔径较小每井排渣量不到1m3，人工即可清运；采用静音空压机，钻机外罩帐篷，施工噪音较小。

　　通过施工场地、工期、环保、造价等方面的分析比较，可以看出潜孔锤在密集居住区内施工降水井具有广泛的前景。

　　隧道施工中经常要穿越滞水层，由于隔水层的起伏不定，地面降水工艺无法完全疏干上层滞水，洞内降水又由于场地狭小等环境因素施做较为困难。而带水开挖易造成掌子面失稳、涌水、坍塌等问题，因此在施工中，如何治理上层滞水，做到无水开挖是暗挖工程的关键技术之一，袖阀管深孔注浆可以起到加固土体并隔水的目的。

　　袖阀管注浆施工关键工序包括封闭掌子面、放样定位、钻机钻孔、插入袖阀管、注浆（可进行多次注浆）等。

　　每个循环须进行掌子面封堵，掌子面止浆封堵采用C20挂网喷射砼，厚度200mm，钢筋网采用φ6.5@150×150mm。

　　先用全站仪在掌子面标出隧道中心线m线作为定位布点坐标，再通过这些坐标点，采用拉线和卷尺量测的方法定出钻孔孔位，深孔注浆点位布置见图2。

　　① 袖阀管后退式深孔注浆每循环计划施做长度为12米，开挖10米，留2米作为下一循环施工的止浆岩盘。

　　② 利用地质钻机钻孔，由上至下角度分别为25°、20°、15°、10°、8°，钻孔长度分别为6~12m，见图3。

　　③钻机就位后，应使钻机平台平整稳固，在开钻前利用水准仪定出钻孔角度，并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正。

　　④圆砾、卵石层中为防止钻孔的塌孔，采用套管跟进钻孔，完成钻孔后，安设注浆管后，将套管拔出。

　　在钻孔结束后立即插入袖阀管，管由每节3m通过螺纹的街头连接，管端加闷盖封闭，管接头密封可靠。袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。保证袖阀管的上端头露出掌子面10～20cm，再用套头套牢，防止杂物进入管内。

　　袖阀管安装好堵头，对管中注入清水，根据现场溢浆孔长度（30cm/段），分段检查袖阀管泄浆孔是否畅通。

　　注浆材料选择1:1水泥-水玻璃双液浆。采用KBY-50/70双液注浆泵进行注浆作业。注浆方式采用后退式分段注浆，即在注浆管内由孔端向外分段进行注浆，每次注浆段长0.4～0.5m，直至全孔注浆完成。

　　注浆中应密切注意注浆压力的变化。注浆压力达到2.0MPa时，并维持30s，将注浆内管外拔进行下一段注浆。注浆顺序采用间隔跳孔钻孔和注浆。

　　注浆完成后，立即进行孔内清洗，将冲洗管插入袖阀管的底部，压入清水，直至孔口放回的水基本干净，在冲洗过程中要反复上下移动水管，将管内的水泥浆冲洗干净后，便于后续注浆进行。

　　经过注浆后，上层滞水得到了有效治理，拱顶无渗流水，不再出现涌水、涌泥现象，从而确保了隧道土方开挖施工的顺利进行，注浆后掌子面效果（见图1）。

　　此外，注浆后地面沉降量控制较好，没有出现超过设计值的预警点，下穿的平房区没有出现裂缝、倾斜现象。

　　(1)解决了地铁隧道暗挖中上层滞水治理的施工难题，为暗挖工程做到无水开挖提供了有力保障。

　　(2) 做到注浆与开挖专业分离，易于质量控制，且注浆与开挖交替进行，打孔注浆时已将前方不利地质情况探明，节约了工期。

　　传统施工工艺中，每榀纵向连接筋采用单面搭接焊相连接，存在速度慢、污染重、施工质量差等缺点。本文主要是以剥肋滚压直螺纹套筒连接代替焊接在地铁暗挖隧道初期支护中纵向连接筋应用作以研究。

　　钢筋两端滚压直螺纹套丝一端连接套筒接头清理上榀格栅预留套筒接头架设本榀格栅安装纵向连接筋力矩扳手检测与格栅之间点焊连接。

　　(1)采用人工将上榀格栅纵向连接筋直螺纹套筒上的喷射混凝土凿除，清理干净。

　　(1)采用扭力扳手检验，将扭力扳手调至设计值260N.m，卡住钢筋后用力，如扳手发出响声表示合格。

　　依据JGJ107-2010标准中规定接头的现场检验以500个接头作为一个检验批进行检验与验收，每个断面纵向连接筋44根产生44个接头，开挖11个循环作一次检验批进行接头试件抗拉强度试验。

　　搭接焊：施工速度快，每榀格栅连接筋（44个）三个焊工普工需90min才能完成。

　　直螺纹套筒：施工速度快，每榀格栅连接筋（44个）两个普工可在30min完成。满足了地铁隧道暗挖十八字方针中“短进尺、快封闭”的要求。

　　搭接焊：产生大量一氧化碳、烟尘等有毒气体，加之掌子面通风效果难以保证，造成洞内污染严重，且容易造成现场工人患职业病机率大大增加。

　　直螺纹套筒：操作方法和使用工具简单，连接质量稳定，受连接位置及人为因素影响小；且由于连接筋采用工厂化加工，有利于标准化生产，可防止施工队偷工减料，保证格栅间距。

　　通过上述分析得出：滚压直螺纹套筒代替传统焊接应用于隧道初期支护纵向连接筋的连接，一方面提高了现场施工技术管理，另一方面直螺纹套筒连接采用冷作业，在改善隧道空气质量、提高钢筋连接质量、缩短工作时间发挥重大作用。