【关键词】水中墩；大直径；钻孔灌注桩；改进
1引言
截至2020年年底，我国高铁运营里程为3.8×104km，居世界第一。钻孔灌注桩基础为桥梁主要基础之一，桩基施工质量直接影响桥梁安全以及高铁运营速度。本文以某高铁东江特大桥76m+160m+76m连续梁拱桥水中墩桩基施工为例，探讨冲击钻成孔、旋挖成孔和反循环成孔工艺的优缺点，为大直径超深水中桩基施工提供技术借鉴和经验。
2工程概况
某高速铁路东江特大桥跨东江设计，主桥为（64m+64m）T构+（76m+160m+76m）连续梁拱桥+（64m+64m）T构，河面宽462m，测时水位27.26m，平均水深约15m，桩基原地面以下地质情况主要为砂卵石、泥质粉砂岩、砂砾岩为主。76m+160m+76m连续梁拱桥主墩桩基础设计各16根，桩径2.5m，孔深超过70m。主墩每根桩基设置4根声测管用于超声波检测桩身完整性。
3钻孔灌注桩施工工艺
3.1栈桥平台施工
根据工程施工需求，施工平台采用钢栈桥，基础采用529mm×10mm钢管打入岩层摩擦桩基础。单排柱顶部设置双支I40工字钢横向分配梁，上面架设单层贝雷梁，跨度不大于12m，贝雷梁上直接铺设钢筋混凝土预制面板（厚×宽×长为18cm×200cm×800cm）。栈桥由两岸向江心采用钓鱼法搭设，预留通航通道120m，上下游设置防护桩。
3.2护筒埋设
水中墩护筒施工流程：在钻孔平台上拼装钢护筒导向架，测量放线定桩位→对接钢护筒→整体起吊钢护筒入水→调整护筒倾斜度及位置缓慢入床至稳定→安装振动打桩锤振动下沉→安装钻机开始水中钻孔桩施工。钢护筒顶面高出钻机作业平台至少0.5m，并进入稳定岩层0.5～1.0m。施工过程中严格控制护筒入岩深度，避免由于入岩深度不足出现漏浆。
3.3泥浆制备
不同钻机、不同岩层对泥浆性能有不同的要求，尤其是泥浆相对密度，参照高速铁路桥涵施工技术规程要求，旋挖钻成孔泥浆相对密度宜为1.1～1.3；冲击钻成孔泥浆相对密度不宜大于：黏土、粉土1.3；大漂石、卵石层1.4；岩石1.2；反循环成孔泥浆相对密度宜为1.05～1.15[1]。施工过工程中根据现场地质条件及相应的成桩工艺调整泥浆比重等参数。
3.4钻机工艺对比
76m+160m+76m连续梁主墩直径为2.5m，孔深平均72m，实际岩层57m，水深15m。桩基施工面临孔深、大直径、工作面狭窄等不利因素，采用何种工艺施工很难抉择。桩基施工过程中，该桥主墩桩基施工过程中尝试3种不同工艺分别进行施工，对各种工艺分别进行改进，最后确定一种合适工艺。3.4.1冲击钻施工工艺连续梁主墩桩基施工首先采用3台冲击钻施工，但是由于施工进度滞后，平均成孔需要18d，清孔需要4~5d才能满足灌桩要求。另外，施工过程中极易斜孔，一台钻机正常情况下23d（包括清孔）才能施工1根桩，其中一台钻机施工过程中由于斜孔回填，该桩基施工长达3个月，严重影响进度同时保证不了桩基质量，冲击钻陆续退场。冲击钻工艺最大优点为适用各种地质条件，各种场地，成本低。钻机进场后对钻机进行了改进，将成本再次压缩。传统的冲击钻需要人工操作，一台钻机需要3人24h轮班，改进后的钻机利用现代化智能操作系统及装备，1个人可同时盯控3台钻机，大大节省人力成本。冲击钻工艺缺点为成孔速度慢。另外，成孔后清孔时间长，通过现场清孔并实测需要4~5d方能达到规范要求，严重制约冲击成孔工艺的工效。3.4.2旋挖钻成孔工艺旋挖钻成孔工艺采用山河智能SWDM550旋挖钻机，钻机参数见表1。旋挖钻机扭矩和发动机额定功率均优于反循环钻机。通过对比旋挖钻机与反循环钻机钻进速度，反循环钻机明显快于旋挖钻机。分析原因：一是桩基直径为2.5m接近旋挖钻机最大钻孔直径；二是孔深达70m，钻杆取土时间明占比钻头钻进时间长；三是随着孔深增加，钻杆逐渐变长钻头处扭矩在不断减弱。综合各方面原因，旋挖钻机的钻进速度不如反循环钻机。现场直接采用2.5m钻头钻进时出现2次断杆现象。为提高旋挖钻机工效，对旋挖钻机成孔工艺进行改进，卵石层采用反循环钻机开挖，卵石层地质条件差，不适合旋挖钻，采用反循环钻机护壁效果好，同时钻进速度快。卵石层反循环钻进一般需要1d即可，卵石层钻进结束后采用旋挖钻机钻进，旋挖钻机依次采用1.5m→2m→2.5m钻头分别钻进，其工效明显加快，改进后的工艺与反循环成孔工艺工效不相上下。但是旋挖成孔容易出现漏浆问题，旋挖成孔工艺其泥浆护壁效果差，远不如反循环，不适合地质条件差或者是水中桩基施工。施工过程中为解决漏浆问题，钻进过程中需要利用振动锤下沉护筒，直至漏浆问题解决。在漏浆问题上曾采用改进泥浆比重、护筒外侧灌注水下混凝土等各种措施，均未解决漏浆问题，最终采取边钻进边下沉护桶方法直至不漏浆为止。虽然通过改进优化工艺明显加快了钻进速度，但是旋挖钻机在施工水中大直径、超深桩基过程中依然存在上文提到的问题。3.4.3反循环成孔工艺反循环成孔工艺采用田野FXZ-500型2动力反循环钻机，钻机参数见表1。通过3种工艺的对比（见图1和表2），反循环成孔工艺优势比较明显，不论从经济还是工效方面，均占据一定优势。但也不排除采用更大功率和扭矩旋挖钻机其工效可能会优于反循环，但是其成本必然增加很多，因此，综合各方面因素，经济、工效等均适合采用反循环钻机。但是在反循环钻机施工过程中，面临的一个问题就是泥浆循环系统如何设置。该桩基施工利用栈桥平台作为作业平台，空间有限，不能像陆地上挖坑设置泥浆循环系统，通过工艺改进，在栈桥施工平台焊制钻渣沉淀过滤箱，该装置便于移动，并降低循环泥浆的含砂率，减短清孔时间，从钻孔中排出的泥浆能够及时补回，提高工作效率，同时保证施工现场达到环保要求。
4结语
本文以某高铁东江特大桥76m+160m+76m连续梁拱桥水中墩大直径钻孔灌注桩施工为例，探讨冲击钻成孔、旋挖钻成孔和反循环成孔3种不同工艺各自优缺点。通过对比3种工艺，冲击钻成孔成本低，但耗时长，而且容易出现斜孔等问题，不适合对工期要求高的钻孔桩施工，旋挖钻机成孔通过工艺改进与反循环工效不相上下，但是其泥浆护壁效果差，容易出现漏浆，处理起来也比较麻烦，同时其成本相对反循环和冲击钻成孔工艺要高得多，反循环成孔工艺不论从经济还是工效方面都适合于水中大直径超深桩基成孔，通过工艺改进避免了高栈桥施工平台场地狭窄、泥浆反循环系统不宜设置等问题，充分发挥其工效。
【参考文献】
关键词：瓦斯抽采；封孔工艺；带压封孔
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。
1 矿井抽采概况
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。
2 煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术
2.1 煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术原理
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。
2.2 双侧聚氨酯-水泥砂浆带压封孔工艺
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。
该工艺实施步骤：
(1) 封孔前，利用压风吹净孔内钻屑；
(2) 然后将经过严格挑选的无裂缝抽采管放入抽采孔一定深度；
(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；
(5) 待水泥凝固后并网进行瓦斯抽采。封孔示意图，如图2-1所示。
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图2-1双侧聚氨酯-水泥砂浆封孔示意图
1――瓦斯抽采管2――水泥砂浆封孔段3――聚氨酯固定段
4――预留注浆管5――高压球阀
2.3 施工工艺参数
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。
3 煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔工艺的效果考察
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。
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图3-1试验钻孔布置图
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。
注浆压力：注浆压力即为带压封孔时实现有效封孔半径的注浆理论压力。
3.2 实验结果分析
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。
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图3-21#孔设计工艺瓦斯抽采浓度曲线图
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图3-32#普通孔钻孔抽采浓度与时间的关系
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。
4 结论
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。
参考文献：
[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.
【关键词】圆弧凸棱钻杆；高效顺层钻进；钻杆拆卸装置；破碎突出煤体
0 引言
松藻煤电公司打通一矿为煤与瓦斯突出矿井，年设计生产能力180万t，目前实际年产量160万t，井田内含煤10-12层，自上而下6#、7#、8#煤可采，其中6#层局部可采，6#、7#、8#煤层位于煤系中部，层间距分别为5.8m和6.7m，平均厚度分别为0.74m、1.10m和2.85m。矿井绝对瓦斯涌出量达220m3/min，相对瓦斯涌出量达75 m3/t。
现开采的7#、8#煤层均为近水平松软破碎低透气性突出煤层，其原始透气性系数5.71×10-3～3.19×10-2 m2/MPa2・d、f值小于0.5、原始瓦斯压力1.2～4.5MPa、平均瓦斯含量17.1m3/t～29m3/t。过去顺层钻孔均采用ZY-1250型全液压钻机+Φ87mm螺旋钻杆+压风排粉施工工艺，由于煤层薄、破碎且软分层厚度大，故顺层孔施工过程中垮孔、卡钻严重，深度浅，丢钻频繁，施工进度慢，抽采时间短、效果差，严重影响抽采达标进程和采掘工作面的安全生产及正常接替。为此，打通一矿通过改进圆弧凸棱钻杆并结合自身实际，研究形成了一套完整的圆弧凸棱顺层高效钻进新技术，大幅度提高了顺层钻进效率并在全公司推广应用，取得了明显成效。
1 破碎煤体顺层钻孔垮孔及卡钻原因
对于破碎松软突出煤层，钻孔孔壁的瓦斯压力、煤体自身力学性质及钻头和钻杆施工扰动是影响钻孔破坏形式的重要因素，尤其是煤体自身各向异性特征对钻孔垮孔影响至关重要。这主要表现在顺层钻孔施工过程中的排渣量远远大于理论排渣量，并且在钻进过程中的某一段内排渣量远远多于其他段。例如，打通一矿顺层孔施工采用Φ87mm螺旋钻杆，配合Φ94mmPDC钻头，实测孔径为105mm，7#层煤的比重为1700kg/m3，那么单孔理论排渣量为：
M理=孔断面S×孔深H×煤的比重γ（钻孔深度一般为80米）
M理=■×80×1700=1177.029kg
但在实际施工过程中，单孔排渣量：
M实=2000～5000kg，远远大于单孔理论排渣量。
据此，该结论与国内有关学者提出的“钻穴”概念相符，钻穴实际上是由地应力、瓦斯压力、煤体力学性能和钻杆扰动力等4个因素共同作用造成的钻孔局部直径远远大于钻孔理论直径的准充填型洞穴，如图1。
图1 顺层钻孔“钻穴”示意图
钻孔实际上等同于微型巷道，在以上四大因素作用下钻孔内也会发生小型煤与瓦斯突出，且突出具有突发性，“钻穴”的形成也具有突发性，瞬间形成的“钻穴”处于准充填状态，“钻穴”产生后造成钻机负荷增大，排渣量增加，继续钻进“钻穴”前方新产生的钻屑难以短时间内排出，钻杆周向摩擦力大于钻机扭力时，出现直接抱死钻杆和丢钻事故。
2 圆弧凸棱顺层钻进技术
2.1 改进顺层钻孔钻杆
在原压风加螺旋钻杆正常钻进过程中，一旦“钻穴”产生后，由于螺旋在该段内叶片空隙被钻屑充填，“钻穴”体积逐渐增大，钻屑量瞬间增大，机械排渣能力难以短时间内发挥作用，同样，由于大量钻屑掩埋钻杆，风流只能沿钻穴上部通道流动甚至堵塞，如图2。
图2 螺旋钻杆“钻穴”钻进示意图
因此，在松软破碎煤层施工顺层孔，解决“钻穴”段排渣难题成为预防钻孔垮孔抱钻的关键。打通一矿提出了采用圆弧凸棱钻杆解决“钻穴”段排渣难题，其钻杆断面为近似三角形，为降低钻杆三边对煤体的切削破坏孔壁，三角采用圆角过渡，钻杆断面外接圆直径为73mm，施工钻头采用Φ94mmPDC钻头，钻孔排渣空间大大增加，钻杆实物图见图3。
图3 圆弧凸棱钻杆实物图
由于圆弧凸棱钻杆在“钻穴”段钻进时，钻杆自身旋转强行在钻屑中形成压风排渣通道（如图4），可实现快速排渣，同时钻杆圆角可对大粒径钻屑进行研磨捣碎，更有利于钻屑的排出，大大提高了钻进速度，进一步克服了卡钻、抱钻，提高了钻进深度和施工效率。
图4 圆弧凸棱钻杆“钻穴”钻进示意图
打通一矿将圆弧凸棱钻杆首次用于W2707运输巷S帮上段，钻进速度明显提高，但仍然存在钻杆断裂现象，根据钻杆断裂部位，设计了加强型圆弧凸棱钻杆，钻杆螺纹连接由M42×40增大为M48×40，螺纹由三角形螺纹改进为更加耐磨的梯形螺纹，增大了螺纹连接处的强度；针对钻杆壁厚较薄、容易被夹持器挤压变形的问题，将钻杆壁厚由5mm增大至8mm，大大降低了丢钻杆事故。
2.2 改进圆弧凸棱钻杆拆卸装置
打通一矿由于煤层薄、巷道断面小，原顺层孔施工钻机大多采用ZY-1250全液压钻机，钻机卡盘及夹持器结构均根据原普通Φ50mm圆柱形地质钻杆设计，而圆弧凸棱钻杆与圆柱形地质钻杆不同；若圆弧凸棱钻杆采用管钳人力拆卸，单孔钻杆拆卸平均时间达2.5h以上，劳动强度大，危险程度高，据统计，2007年～2011年打通一矿共发生钻杆拆卸伤人事故97次，其中重伤事故2次。
为解决圆弧凸棱钻杆拆卸难题，根据其结构及ZY-1250全液压钻机夹持器特点，研制了圆弧凸棱钻杆安全快速拆卸装置，实现了钻杆机械拆卸，碛结构包括三棱轴及三方套两部分，见图5。
图5 圆弧凸棱钻杆安全快速拆卸装置结构图
1.三方套；2.三棱轴
同时又根据圆弧凸棱钻杆结构特点， 将ZY-1250钻机Φ60mm夹持器改进为Φ80mm的特殊夹持器与其配套。
圆弧凸棱钻杆拆卸装置使用步骤：
（1）钻孔钻进至设计位置后，在钻机卡盘上安装三棱轴和三方套，钻机卡盘卡紧三棱轴并推进至圆弧形凸棱钻杆位置，钻机卡盘正转，使三棱轴与圆弧形凸棱钻杆连接但不拧紧，拖动孔内圆弧形凸棱钻杆至一根钻杆长度位置；
（2）滑动三方套至三棱轴与圆弧形凸棱钻杆连接位置，卡紧钻机夹持器，钻机卡盘反转，松开首根钻杆与第二根钻杆的连接；
（3）滑动三方套至三棱轴棱柱段位置，手动反转首根钻杆并取下，重复以上步骤依次取下孔内钻杆。
2.3 中风压辅助钻进
由于圆弧凸棱钻杆钻进工艺采用压风排渣，钻孔排渣空间、钻进速度明显提高，若采用0.6MPa以下常压风难以满足钻进需要，故选用艾能MLGF 15/10-90G矿用移动式螺杆空压机供风，提供风压0.7～1.2MPa。
3 圆弧凸棱顺层钻进技术的应用及效果
3.1 顺层钻孔不同施工工艺
打通一矿W2707、W2704对拉工作面运输巷SN均采用原工艺即ZY-1250液压钻机+螺旋钻杆+常压风排渣；
W2704对拉工作面北回风巷采用ZY-1250液压钻机+常规圆弧凸棱钻杆+中风压排渣施工；
W2704对拉工作面南回风巷采用ZY-1250液压钻机+加强型圆弧凸棱钻杆+中风压排渣施工，各地点的施工工艺参数见表1。
表1 顺层钻孔施工工艺参数
3.2 应用效果
打通一矿在W2704北回风巷S帮使用普通圆弧形凸棱钻杆，157个班实际施工成孔171个；在W2704南回风巷N帮上下段采用加强型圆弧凸棱钻杆， 261个班实际施工成孔252个；在W2707、W2704运输巷两帮均采用传统螺旋钻杆，1136个班实际施工成孔891个。W2704、W2707工作面钻孔竣工图见图6、图7。
（1）顺层孔钻进效率
应用结果表明：采用圆弧凸棱钻杆顺层孔钻进，增大了排渣空间及排渣速度，较螺旋钻杆施工工艺，平均钻进时间由86 s/根降低至63s/根；采用圆弧凸棱钻杆快速拆卸装置代替呆扳手，平均钻杆拆卸时间由79s/根提高至19s/根，且杜绝了呆扳手伤人事故；采用普通圆弧凸棱钻杆、加强型圆弧凸棱钻杆施工顺层钻孔，较螺旋钻杆施工工艺施工效率均有显著提高：普通圆弧凸棱钻杆施工工艺施工效率平均1.10孔/班、85.52米/班，加强型圆弧凸棱钻杆施工工艺施工效率平均0.93孔/班、70.21米/班，而传统螺旋钻杆施工工艺为平均0.78孔/班、56.6米/班。结果见表2。
表2 顺层钻孔施工效率比较表
（2）钻杆丢失率
顺层孔施工由于抱钻或卡钻丢钻，不仅造成大量经济损失，并且对工作面的回采埋下重大安全隐患。根据相邻的W2707、W2704工作面顺层孔施工记录，结果表明：采用加强型圆弧凸棱钻杆施工顺层钻孔钻杆丢失率由传统工艺的413.5根/万米降低至72.9根/万米。结果见表3。
表3 顺层钻孔施工钻杆丢失比较表
表4 钻孔成孔、报废孔、成孔率比较表
（3）钻孔成孔率
顺层孔施工过程中，由于钻杆自重及挠度影响，钻杆在煤层中并不按照设计轨迹钻进，常常钻入顶底板，导致钻孔报废。加强型圆弧凸棱钻杆结构强度增加，进一步提高了在煤层中的钻进稳定性，结果表明：采用加强型圆弧凸棱钻杆施工钻孔成孔率由传统工艺的78.5%提高至92.2%。
（4）直接经济效益
新型顺层孔钻进工艺大大提高了钻进效率，缩短了钻孔施工工期，为保护层工作面的预抽及工作面接替提供了抽采时间保障，推广该工艺后的工作面均实现了提前投产。并且新工艺采用圆弧凸棱钻杆自动拆卸装置代替管钳人工撤卸后，杜绝了管钳伤人的安全事故。
直接经济效益主要表现在丢失钻杆、钻头现象大大降低，节约了材料费用。经计算，新工艺节约钻具费用为3.813万元/万米。
4 基本结论
（1）在破碎突出煤层中采用ZY-1250液压钻机+加强型圆弧凸棱钻杆+中风压顺层钻进及自动撤卸工艺，平均钻进时间由86 s/根降低至63s/根，平均钻杆拆卸时间由79s/根提高至19s/根，施钻效率由平均0.78孔/班、56.6米/班提升至0.93孔/班、70.21米/班；钻杆丢失率由413.5根/万米降低至72.9根/万米，成孔率由78.5%提高至92.2%，钻具费用节约3.813万元/万米；且杜绝了撤卸伤人事故。
（2）在破碎突出煤层中采用圆弧凸棱钻杆施工工艺严必须制定安全技术措施并规范操作，严禁强行进退钻或撤卸钻杆，否则易造成孔内燃烧或煤与瓦斯突出事故。
【参考文献】
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[2]于不凡.煤和瓦斯的突出机理[M].北京：煤炭工业出版社，1985.
关键词 螺杆钻具；马达转子；处理工艺
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）18-0049-01
马达作为螺杆钻具不可或缺的重要组成部分，其重要性不言而喻。而对马达来说，转子作为其重要零件，不论是其表面的抗腐蚀能力还是本身的力学性能，都直接影响着螺杆钻具的使用寿命。在螺杆钻具的使用实践中，我们发现，在一些高酸性环境下，转子容易受到腐蚀，这样就会缩短螺杆钻具的使用寿命。因此，必须要做好转子表面的处理。
1 螺杆钻具马达转子的工作原理
在钻井作业中，当高压流体从马达顶部注入时，会在马达进出口处形成压力差推动马达转子进行旋转，完成能量转换，将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而达到钻井目的。需要明确的是，马达的输出扭距与压降成正比，输出转速与输入流量成正比，因此在地面上控制压力和泵的流量就可以控制井下钻具的扭矩和转速。
2 螺旋钻具马达转子表面处理前的光整加工
螺杆钻具转子经铣削加工后表面粗糙度达不到表面处理要求，因此需要进行光整加工。一般采用的是砂带进行抛磨处理。砂带抛磨具有以下优点：首先，砂带磨削是一种弹性磨削，具有磨削、研磨、抛光多种作用，磨削效率高、磨削速度稳定，可以十分方便地对外圆复杂曲面进行磨削。此外，砂带具有冷却性能好的优点，不易烧伤表面，能够获得较高的表面光洁度。其次，砂带抛光具有环保性能好和安全性高的优点。抛磨过程中噪音和粉尘小，且易于控制，环境效益好。砂带质量轻，即使发生断裂也不会有伤人的危险。再次，操作简便，辅助时间少。不论是手动还是机动磨削，其操作都非常简便。且砂带成本低廉。
3 螺杆钻具马达转子的几种表面处理工艺
鉴于不同厂家生产的马达转子性能不同，因此常会采用不同的处理方法。下文主要介绍了几种常见的表面处理工艺。
3.1 镀硬铬表面处理工艺
1）镀硬铬表面处理工艺的优点。采用镀硬铬进行马达转子表面的处理，具有很多优点，可以概括为，采用此工艺处理的表面光洁度较高，而且外观相比其他工艺要漂亮；镀硬铬的硬度较高，在干摩擦环境下，摩擦因数较低，会提高马达转子的耐磨性。
2）镀硬铬表面处理工艺的缺点。虽然许多厂家都采用镀硬铬工艺进行马达转子的表面处理，但是这并不能说明此工艺好无缺点可言，其存在的劣势主要表现在以下几个方面：首先，镀硬铬在马达转子表面处理时要使用镀铬溶液，由于此溶液本身的分散能力较差，会使得镀层不均与，加之马达转子的外形较为复杂，在镀层时，不能平衡电力线的分布，造成镀层厚度落差的出现，这样一来就会影响马达的使用。其次，镀层容易出现孔隙。这是因为这种处理工艺是直接在钢体上镀硬铬，由于镀层的应力较大，极容易出现裂纹。同时其容易受钻井液的影响，当钻井液含氯浓度较高时，马达转子的基体腐蚀就会较快，寿命就会缩短。
针对此种工艺的缺点，应该采取积极的改进措施，比如为了预防裂纹或者孔隙，可以采用双层镀铬工艺。而且要尽量保证镀层的完整，这样就可以避免镀层与基体间形成微电池，可以起到防腐蚀的作用。
3.2 镀钨合金表面处理工艺
采用镀钨合金进行马达转子表面处理工艺，目前已经被越来越多的人认可，特别是非晶态的合金镀层应用越来越普遍。和晶体结构不同，这种合金镀层的结构类似液体，因此，其具有较强的抗腐蚀性，而且能够满足马达转子的耐磨要求。镀钨合金表面处理工艺有以下几个特点：首先，该工艺比较环保，而且危害较小，操作起来较为便捷。其次，该工艺不论是在耐酸性和耐腐蚀性方面，都比镀硬铬工艺优越。同时，其分散能力和覆盖能力较高，能够保证均匀镀层。
3.3 基于化学原理的镍磷镀表面处理工艺
和电镀表面处理工艺不同，镍磷镀表面处理工艺利用的是氧化还原的化学原理。它首先采用活化法对马达转子表面进行油污处理，然后将其放入到镀液中，这是一种致密镀层的方法，能够将金属沉积在各种材料的表面上。这样就不会出现镀硬铬表面处理工艺中镀层不均匀、镀层覆盖能力差等问题。而且其具有较强的适用性，能够满足各种复杂形状转子的表面处理要求。
镍磷镀表面处理工艺的优点。首先，其镀层较为均匀。不会引发电力线分布不均的情况，能够保证整个表面镀层的均匀分布。其次，此工艺能够灵活确定耐蚀层的厚度。不同的矿井由于井下作业环境不同，对螺杆钻具马达转子的要求也不同，对腐蚀性高低的要求不同。这种采用化学原理的工艺处理办法能够针对不同的腐蚀度要求来确定耐蚀层的厚度。再次，此工艺成本较低。相比较电镀处理工艺，此工艺可以节约电费，而且所需要的设备要少，消耗要低，经济效益明显。当然，在采用此工艺时，也需要注意一个问题，即加强对镀液的控制，保证镀液的稳定性。
3.4 基于较高防腐特性的陶瓷涂层处理工艺
随着我国油田事业的进一步发展，油田钻井技术也得到了进一步的发展，各种钻井液的使用也开始增多，特别是饱和盐水钻井液的应用愈发普遍。这就让转子面临更加复杂的施工环境，如果没有较高的耐腐蚀性，螺杆钻具的使用寿命会缩短。而一般的处理工艺已经不能满足转子的腐蚀要求。而陶瓷涂层采用热喷涂的方法进行施工，则能够达到理想的效果。当然，此工艺的应用中还有一些需要注意的问题，必须要严格按照施工方案进行表面施工处理。要坚持先进行前处理，然后喷涂，最后进行后处理的办法。在喷涂设备的选择上，以往采用多是一些离子喷涂设备，而现阶段随着科学技术的不断改进和升级，超音速喷涂设备开始被广泛应用。这种喷涂设备喷涂效果理想，其喷涂中会产生较大的冲击能量，能够在转子表面形成致密性能好的涂层。当然，陶瓷涂层处理工艺处理费用较高，应该进行工艺改进，降低其成本。如果能做到这一点，该处理工艺将会有更广阔的发展前景。
4 结束语
综上所述，螺杆钻具马达转子表面处理工艺是较为复杂的，不同的表面处理工艺有其特有的优点，当然也存在一些需要克服的缺点，为了提高马达转子的使用性能，提高其耐腐蚀性和耐磨性，必须要采用适合的处理工艺，从而提高螺杆钻具的使用寿命，保证井下作业的顺利进行。
参考文献
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关键词：水文水井；钻进工艺；技术经济；盈亏平衡水文水井应用领域广泛，其共性是通过钻进等手段对地下水资源进行监测、开发利用等．按照水文水井应用领域可将其划分为：水文地质普查孔、水文地质勘探孔、探采结合孔、供水井（城镇生活供水井、工业用水供水井、农田灌溉井等）、地下水监测井、水源热泵水源井和回灌井、地热井等．近年来，随着我国社会发展的需要，工业、农业、城镇饮水、地下水监测、新能源开发利用等领域中的水井建设需求量逐渐增多．根据2013年3月公布的全国第一次水利普查公报内容，截至2012年年底，我国共有地下取水井9749万眼，平均13个人就拥有一口水井．
1常用钻进工艺技术经济指标
1．1泥浆正循环回转钻进工艺
泥浆正循环回转钻进工艺是近年来水文水井普遍采用的钻进工艺，特别是在第四系松散地层中，以河南省某水文水井（含地热井）施工企业为例，2000年至2009年间，仅有个别地温空调井因深度浅、地层条件限制采用了冲击钻进工艺，其余均采用泥浆正循环钻进工艺施工．本文对2000年至2009年之间施工地点为河南省、采用泥浆正循环回转钻进工艺施工的129眼水文水井的施工数据进行了统计，包括供水井、地温空调井（地源热泵系统水源井）、地热井等类型．根据其钻进深度和钻进成井时间的统计，得出钻进效率为2．19～34．56m／d，平均钻进效率（总钻进深度／总钻进成井时间）为14．91m／d．2000年至2009年间，采用泥浆正循环回转钻进时，水文水井成井效率呈离散分布状态，最高值不超过35m／d．在技术经济中，盈亏平衡分析是在一定的市场、生产能力的条件下，研究成本与收益的平衡关系的方法．
一个项目的盈利与亏损之间一般至少有一个转折点，即盈亏平衡点．其固定成本包括：钻机及配套设备搬迁、安装费，井管材料费用，泥浆材料费用，测井费用，抽水试验费用，工地临时建筑费用，经核算为4．35万元．可变成本包括：钻机及配套设备折旧，人员工资，施工水电费，设备折旧按7000元／月、人员工资按28000元／月，施工期间水电费平均按3000元／月计．根据以上成本数据绘制了本案例中工期的盈亏平衡点，如图2．经计算该项目工期的盈亏平衡点为81天，即当工期小于81天时，该项工程盈利，且工期越短盈利越多，当工期超过81天时，该项工程亏损．由于该项工程施工时，钻进效率较低，且终孔成井后至抽水试验前有15天的停待时间，现场钻机施工人员、相关技术人员都处于停待状态，导致该项目工期过长（长达88天），略有亏损．
1．2泥浆反循环回转钻进工艺
根据反循环形成的方式，泥浆反循环钻进工艺主要分为三种类型：泵吸反循环、射流反循环和气举反循环．
（1）泵吸反循环钻进．以郑州市北郊11眼供水井施工为例，采用CBF－150型钻机及其配套设备施工，钻具组合为：三翼钻头＋Φ159mm钻杆．经统计，采用泵吸反循环钻进工艺施工的这11眼水井，其钻进效率为18～54m／d．
（2）射流反循环钻进．通过查阅国内文献，1993年时广西水文地质工程地质勘察公司在施工桩径为1500mm的钻孔灌注桩时部分孔段（中砂、圆砾石层及第三系粘土层）使用了射流反循环钻进工艺，平均钻进效率为72m／d．
（3）气举反循环钻进．水文水井钻进领域，气举反循环钻进主要用于成井较深的地热井钻进中．气举反循环钻进工艺在地热井施工中可完成3512m的深度．根据文献资料，在砂岩、页岩、白云岩等地层钻进时，气举反循环钻进深度的平均时效为0．78～1．8m，最高时效为3．12～4m．
1．3空气钻进工艺
从目前水文水井工程实例来看，当采用空气潜孔锤钻进时，特别是基岩地层，其钻进效率明显高于泥浆正循环回转钻进工艺．以云南红层基岩地区抗旱井为例，钻进口径150mm，钻进深度60～70m，平均钻进效率为65m／d，钻进过程较为理想时最高钻进效率可达23．67m／h，即3h左右就可完成一眼70m深度水井的钻进．以郑州荥阳基岩地区钻进地热井为例，在50～282m孔段采用了空气潜孔锤钻进工艺，其钻进效率为54～140m／h．2015年在松散地层进行了空气潜孔锤钻进试验研究，不同地层条件下钻进效率分别为：155mm口径时，粘土或夹砾石87m／h，潮湿粘土、砂土72m／h，泥岩21．6m／h，砂岩42．6m／h；205mm口径时，粘土或夹砾石57m／h，潮湿粘土、砂土43m／h，泥岩13．4m／h，砂岩32m／h．
2钻进成本特点分析
水文水井钻进的目的是获取开采地下水资源通道或获取需要了解的水文地质特征．在钻进过程中，由于地质构造、钻进工艺适应性、现场人员操作、项目管理过程等因素的共同作用，任何一眼水井的钻进成本及钻进效果都具有唯一性，这也是预测水文水井钻进成本的难点所在．结合水文水井钻进工程实例，钻进成本具有如下特点：
（1）钻进成本受客观、主观各类因素影响．从水文水井钻进特点分析，可能影响水文水井钻进成本的客观因素有地质条件、钻进深度、钻进口径、设备及工具能力等；主观因素包括现场工人操作水平、钻进工艺选择、钻遇复杂地层时能否快速有效处理等．
（2）钻进成本具有离散性．水文水井钻进过程不确定性因素多，且有些无法提前预知或预防．当钻进深度和井身结构确定后，一方面，地层因素和钻头碎岩将影响钻进效率，从而带来可变成本的变化，造成钻进成本的变化；另一方面，受人为因素影响，如意外造成孔内事故、操作规程不合乎规范等，将有可能同时影响水文水井钻进的固定成本和可变成本．
（3）钻进风险高．受各类不确定性因素影响，钻进工作具有高风险性，且钻进深度越深，其孔内不可预测的情况越多，越有可能发生意想不到的孔内复杂情况．若想保证任何情况下钻进工作都能顺利进行，必须具有较强的水文水井钻进理论基础和实践经验，二者缺一不可．
（4）工期对水文水井的经济性影响大．通过对采用不同钻进工艺施工的水文水井进行的影响钻进经济效益的敏感性分析，可知除了合同额外，在工期、固定成本、人工成本、设备使用费等指标中，工期对整项水文水井工程的经济效益影响最为敏感，即工期对其经济性影响程度最大．
3提高技术经济指标的对策研究
（1）合理选择钻进工艺．虽然现阶段水文水井钻进工艺有多种，但在实际工程中，一般企业仍然以泥浆正循环钻进工艺为主流钻进工艺．此种钻进工艺虽然适用地层条件、井身结构较广，但一旦钻遇基岩地层，其钻进效率极低，由此带来的超长工期也将严重影响整个项目的经济性．以郑州西部基岩地层两眼300m左右井深的水井为例，两家单位负责施工：一家采用空气潜孔锤钻进工艺，从设备组织到成井，仅用了10余天时间，虽然施工期间燃料费高，但由于工期短、人工成本低，最终经济性仍然良好．另一家单位采用泥浆正循环回转钻进工艺，由于该地区属于缺水地区，无形中增加了泥浆配置等额外的水费；由于钻进工艺不适用，施工工期长达3个月；由于长期泥浆护壁作用，导致地下水资源并不丰富的地区其含水层严重堵塞；由于钻进时间长，导致人工成本、施工过程中的燃料费高，成井质量差、经济效果也不理想．建议水文水井企业在钻进工艺选择时，结合项目用途、所在地地质条件选择钻进效率高的钻进工艺．水文水井施工中，一旦钻遇困难地层，应及时变换钻进工艺，特别是井深较深的地热井项目，能有效避免因钻进工艺不适应钻遇地层造成的钻进效率低、工期长的现象．
（2）加强施工成本与工期的盈亏平衡研究．在市场行为中，若企业在施工中仍然以泥浆正循环回转钻进为主，导致钻进工艺单一，只能承接钻进难度低、经济性差的项目，将可能导致企业发展乏力．建议水文水井施工企业，多了解除泥浆正循环回转钻进工艺以外的其他钻进工艺的特点、适用地层、实际应用的钻进效率等，通过技术经济指标评价，核算水井项目的成本、工期盈亏平衡点，在企业经济条件允许下实现多种钻进工艺并存，以便在水文水井项目中能够快速完工，实现企业的长期良性发展．
（3）工期管理中，实现科学统筹管理．在水文水井工程案例分析中，存在着多种非生产性停工的情况，如孔内事故处理工具不全、钻机及泥浆泵主要设备维修时间过长、施工材料未准备齐全出现的停工待料等．建议在工期管理中，提前做好预案，加强现场施工人员和技术人员的技术培训，及时发现可能存在的问题，避免施工中的长时间停待．
（4）应急性公益水文水井项目须以高效为首要目标．在应急性水文水井项目实施时，应提前做好技术储备工作，一旦紧急情况出现，及时拿出合理的水文水井钻进和施工管理方案，及时调配设备和人员，此时应根据情况紧急程度，将提高钻进效率放在首位，其次适度考虑设备、人员的成本投入，高效完成应急水文水井建设任务．
4结论
（1）以河南省水文水井工程项目案例为基础，分析了目前常用的水文水井钻进工艺应用情况以及工程应用中的实际效率，总结归纳了水文水井钻进成本的特点．
（2）从技术经济的角度出发，明确了工期对水文水井项目的经济性指标中的重要性，在合理钻进工艺选择、施工成本核算、水文水井项目工期管理等方面提出了提高钻进技术经济指标的对策．
（3）将技术经济评价中的盈亏平衡、敏感性分析等方法应用于水文水井项目技术选择和工程管理中，使水文水井领域中的经济性评价更为科学、合理，并为企业长期良性发展提出了新工艺、新设备、新技术引进的建议．
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关键字 煤田；地质钻探；相关问题；钻进工艺；钻进技术
中图分类号TD1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）102-0089-02
随着国民经济的快速发展，我国对石油、天然气、煤炭等能源的用量需求越来越大。虽然我国矿产资源的蕴藏量丰富，但是经过多年的无限制开采已然出现疲乏状态。为了解决当前矿产资源紧缺的问题，我国正大力开展深部找矿工作。深部找矿工作比之浅层找矿更具难度，因而在技术的要求上也更加苛刻，对投资需求也更大。煤田地质钻探技术的发展对我国深部找矿工作的开展起到了极大的推动作用，我国必须要处理好与煤田地质钻探相关的各类问题，以此促进我国煤矿开采行业的进一步发展，更好的支持我国经济建设。本文首先对煤田地质钻探技术进行了分析，然后对煤田地质钻进工艺进行了阐述，接着对煤田钻探的定向钻进技术以及钻进中的问题进行了浅析。期望通过本文的分析，能够让读者的对我国煤田地质钻探工作有更加深刻的认识。
1煤田地质钻探技术
在上世纪60年代左右，煤田地质钻探主要使用的技术有钢粒钻进技术、合金钻进技术以及铁砂钻进技术，这些钻进技术的钻进效率低，若是遇到硬质岩层，其钻进速度会受到极大的限制。我国现今主要将金刚石钻进技术与绳索取芯钻进技术相结合，有效的解决了取芯率低、钻进效率低等问题，这对经济效益的提升起到了极大的促进作用。
2煤田地质钻进工艺
在煤田地质钻探中，常会遇到各种影响钻进效率的实际问题。为了解决各类实际问题，必须要因地制宜发展各种钻进工艺。较常用的钻进工艺主要有以下几点。
2.1空气泡沫钻进工艺
在干旱缺水地区进行煤田地质钻探施工中，当遇到老窟窿、空巷、采空区等地层时，常使用空气泡沫钻进工艺，它能有效的解决其他工艺中出现的地层漏失以及护壁套管等难题，对提高钻进效率有着极大的助推作用。
2.2液动冲击回转钻进工艺
当在煤田地质深层钻探施工中遇到强研磨性坚硬岩石时，可使用液动冲击回转钻进工艺。该工艺与钢粒钻进以及单纯的回转钻进工艺相比而言，在钻进速度以及降低孔斜率方面更具优势。
2.3潜孔锤反循环钻进工艺
潜孔反循环钻进工艺也是煤田地质钻探中较常用的钻进技术之一，该工艺在高水柱大背压的情况下，虽然设备性能会受到一定程度的影响，且孔深超过0.3km以后钻井效率的提升并不大，但是在浅孔钻探中的钻进效率却十分明显。
2.4定向钻进技术
当煤田地质钻探处于地质构造极为复杂的地区时，一般的钻进方法无法再满足钻进需求，此时可使用定向钻进技术。该技术主常用的造斜机具主要包括连续造斜器以及螺杆定向。定向钻进技术的应用，能够有效的解决在陡直地层找矿中遇到的各类技术难题，且中靶率极高，能够很好的满足地质钻探需求。
经过上文的分析可知，在煤田地质钻探中，确保中靶率是钻探工作的主要目标，在保证中靶率的同时还要确保不能将煤层打丢。要实现这一目标，定向钻进技术是最好的选择。在利用定向钻进技术时，再结合绳索取芯和金刚石钻进技术，还可以保证良好的岩芯采取率。
3 煤田钻探的定向钻进技术以及钻进问题
3.1煤田地质钻孔的设计
1）地层地质条件
（1）一般来说，要想明确了解矿井的地层构造、地质条件等情况，必须在钻孔设计时，对断层的参数和性质进行仔细的分析和研究，并对在钻探过程中可能会遇到的问题以及问题的处理方法进行明确；
（2）若是尚不明确煤层的地质条件，断不可冒然钻进，否则会对煤层造成损坏。此时，只能先进行试钻，在试钻的过程中总结出相应的钻进参数，并对可能遇到的钻进问题进行预测，并随时做好处理准备，尽最大可能将钻探事故率降到最低。
2）钻具级配条件
在煤田地质钻探中，常用到的钻具主要有以下几种：
（1）螺旋钻杆；
（2）使用垫叉式钻杆，并在前保直端外加专用钻铤或是扶正器等；
（3）使用外平钻杆，并在前保直端外加专用钻铤或扶正器。
在煤田地质钻探中，使用钻具时必须要重视以下几个方面的问题：
（1）在煤系地层极为复杂的情况下进行钻进工作，要力求将钻具级配设计得更为简单，如无必要，尽量少在孔内放置附属器具；
（2）若要在钻进过程中满足保直钻进的要求，就要保证钻孔间隙应尽量使用最小值。
3.2煤田地质钻进工艺的参数设计
钻进工艺参数主要有三个，即转速（n）、泵量（Q）以及钻压（P）。这三者之间相互联系，又相互影响。关于转速、泵量、钻压三者之间的配合原则有以下3种：
1）若岩石的研磨性较小，比较容易切入时，要做好排粉工作，以保证钻头的使用寿命。鉴于此种情况，可采用低钻压、高转速、大泵量参数配合原则；
2）若岩石的研磨性较大，此时可采用中泵量、大钻压、较低转速的参数配合原则，以防止切削机具过早被磨钝；
3）若岩石的研磨性处于中等，则转速、泵量、钻压的参数配合原则也宜采用上述两种情况的中间值。
3.3钻进中遇到的问题
不同煤田，其地质条件的复杂性也不完全相同，因此在钻进过程中也会遇到各种不同问题。比如煤炭突出、卡钻、缩径、钻渣堵钻、埋钻等。对于不同的孔内事故，要根据具体情况采取不同的处理措施。鉴于不同矿区地质条件的差异性极大，在钻孔设计时，必须要考虑事故出现的主要原因，并采取相应的措施防止事故的出现，在事故出现时要对其进行及时处理。
4 结论
通过本文的分析可知，定向钻进技术的中靶率极高，能够满足当前大部分煤田地质钻探的需求。再充分结合绳索取芯和金刚石钻进技术，可以大大提高岩芯采取率。由此可见，在煤田地质钻探中，充分结合多种钻进工艺，能够极大的提高煤田地质的钻探效率。因此，我国必须要重视对多种钻进工艺的综合利用。
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绪论
随着我国经济的快速发展，采矿工程项目数量和规模也不断扩大。矿山环境问题一直是采矿工程的难点，尤其遇到特殊的地质现象（如岩溶地貌），这将给采矿作业带来很大的困难。
为了有效地维护矿山环境，保护矿山水资源，通常采用帷幕注浆的方式对矿山进行治水。通过高强水泥等物质填充到岩体岩溶裂隙中，形成止水帷幕，从而隔断矿山内外的水循环。
本文针对矿山环境问题和帷幕注浆的方法，论述了帷幕注浆工艺的定义和施工流程，并针对矿山环境特殊地层问题，提出了施工工艺的要点和注意事项。本文最后以河北邢台中关铁矿为例，论述了岩溶采空区帷幕注浆的处理方式，并对注浆效果进行了评价。
帷幕注浆工艺概况
1.帷幕注浆工艺的定义
帷幕注浆是通过高强度水泥混合物将岩体岩溶裂隙进行填充，进而切断矿体内外的水循环的人工活动。帷幕注浆的工作原理是：通过在掌子面上进行钻孔，再利用高强度水泥浆液或混合浆液通过高压注浆泵向钻孔内进行灌注，通过向孔内给压使浆液填充到岩体的岩溶裂隙中，待浆液凝固后就形成了止水帷幕，从而为采矿工程提供了良好的施工基础。
2. 帷幕注浆施工流程
矿山帷幕注浆特殊地层施工工艺要点分析
1.做好帷幕注浆相关准备工作
首先，应对矿山地质环境进行详细勘察，并获取当地的地质和水文数据；其次，招标专业设计人员对帷幕注浆的施工图纸进行设计，再严格按照采矿标准进行审核；最后，对施工材料进行调查和选取，尤其水泥一定要符合高强度和高标准的要求。
2.钻孔作业
（1） 放线作业。利用全站仪和GPS技术对现场进行准确测量，允许孔位的偏差在0.5m以内，并对测量数据进行反复核对，确保数据的准确和有效性。（2） 钻孔技术和工艺选择。选取较大直径的钻具进行钻进，尽可能的揭露更多的裂隙。（3）钻进过程中要控制好钻机的转速和压力表压力保证钻孔的垂直度。
3.帷幕注浆特殊地层施工工艺要点
（1） 注浆参数控制。对于复杂的地质状况，应严格按照三序次注浆法进行注浆；在注浆方式上，一般采用自上而下边钻进边注浆的方式，注浆长度控制在30～50m内。对于采矿地质复杂的地段，注浆压力通常采用逐级升压法，同时要控制好注浆时间和注浆浓度的调整。（2） 做好浆液配置工作。为做好浆液的配置工作，对原材料的选择应该严格控制，如水泥、粉煤灰、尾矿砂、水玻璃等都需要按照标准进行采购，再按照设计方案对浆液进行配置。配置过程中要保证一次搅拌和二次搅拌的均匀性和稳定性，并进行除渣工作，最后确保安全输送。（3） 验收。注浆完成后要对钻孔的注浆效果进行检验。
工程实例―以河北邢台中关铁矿为例
1.工程概况
中关铁矿位于河北省邢台沙河市白塔镇中关村附近，南距邯郸市53km，北距邢台市30km，铁矿南北长2km，东西宽0.8km，矿体平均厚38m，埋深300～800m，总储量9345万吨。
中关铁矿的地层条件复杂，并且存在岩溶地貌和采空区，施工难度很大，技术要求高，因此通过帷幕注浆方式进行注浆，其中帷幕长度3397m，共设计270个注浆孔、20个观测孔、34个检查孔、36个加密孔，共360个钻孔构成，总进尺深度为201906延米。
2.钻探工艺
本次钻探采用XY-4、XY-5、XY-44型号钻机，通过泥浆护壁和正循环回转钻进，为了保障钻孔质量，在现场勘查的基础上采用50m距离测一次孔斜，孔斜率不超过6‰，及时纠正孔的偏度。另外，通过灌浆试验设计最适宜的孔距，既要保证孔液彼此衔接，又要避免孔的重叠过多，达到效益最大化。
3.洗孔、压水试验
在进行压水试验之前，需要利用水泵对孔内孔壁和岩粉进行冲洗，在确保回水澄清后，进行压水试验以便了解岩层之间的渗漏情况。若孔出现漏水，则需要连续冲洗20min。并对各岩层的吸水量进行记录。试验中采用单点法压水，水压力采用1.5～2MPa，每隔2min进行一次流量和压力值的记录，在水压力稳定后，若连续三次流量读数最大差值小于平均流量的10%，或者最大差值小于1L/min，那么即可停止试验，最后根据试验结果合理配置起始浆液水灰比。
4.注浆工艺
由于中关铁矿地质的复杂性，本次灌注采用分段灌注，自上而下和自下而上相结合的方法进行施工，灌注钻杆采用42mm钻杆进行注浆，下面将对具体施工过程中需要注意的工艺进行分析。
（1）止浆塞安放
止浆塞安放位置应在较完整的地层，并且需要距离待注浆段2～3m，这样有利于各个孔的重复注浆，进一步保障注浆质量，施工中避免将止浆塞安装在灌浆顶板下部，出现地段严重灌漏的现象。
（2）注浆段长控制
当灌浆压力不变时，注浆段越长，作用于钻孔某点的灌浆压力越小，从而灌浆半径也变小，帷幕墙的范围将受到影响。根据2005年中关铁矿对注浆段长的试验结果，注浆段长应控制在30m左右，根据透水性的强和弱，相应缩短和延长注浆段长。
（3）灌浆压力
注浆压力的大小与很多因素有关，如孔深、岩性、地下水埋深等。由于中关铁矿孔深较大，岩性不一，岩溶地貌普遍存在，因此压力控制采用双控式，即在泵头部位安装带隔浆缓冲器的防震压力表；在回浆管上安装压力计。
本次灌浆压力为水头压力的2倍左右。根据前期工作的勘察资料，设计了各个注浆段的注浆压力表如表1所示。
（4）封孔
封孔采用有压封孔，将止浆塞安放在距离孔口的5.0～10.0m处。封孔所需的注浆液需要单独配置，本次采用0.5：1的纯水泥浆液。封孔注浆过程中，保持地表压力1.5MPa不变，当流量小于30L/min时，停止注浆，封孔结束，最后进行填平工作。
5.大溶洞和大裂隙的处理
首先，通过洗孔、压水试验对大溶洞和大裂隙进行清洗；其次，配置高浓度浆液，若仍采用高压注浆，会造成浆液扩散半径变大，造成浆液浪费，因此针对大溶洞和大裂隙的注浆，应该降低压力；最后由于溶洞和裂隙较大，需要时间凝固，因此需要采取间歇注浆的方法，当注浆时间超过8h后，应当停止一定时间，待浆液凝固一段时间后再次注浆。
