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千米地下锁蛟龙 ——中煤水文三队辛安矿区域治理项目纪实回眸

中国煤炭新闻网 2020/4/24 20:07:12    矿建勘探
      “这项工程消除了煤矿水害隐患,解放优质煤炭资源二百多万吨,显示出中煤水文局集团的综合实力,看到了水文三队的专业能力和专业精神。”冀中能源峰峰集团总工程师孟宪营如是说。
      2020年4月1日,专家组完成了对水文三队施工的冀中能源峰峰集团辛安矿-500北翼极复杂区的地面区域治理工程的验收。由此,历时3年的辛安项目圆满画上句号。有专家赞誉,这画龙点睛的一笔,源于水文三队的实力、创新和专业。
      项目的实施再次证明,这支源于大庆油田的勘探职工队伍,是一支特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻坚、特别能奉献的专业化地质队。


      图一:辛安项目锁住“地下蛟龙”的重器——ZJ-40石油钻机。陈雁摄影

           信心,源自实力
      辛安矿水患危害之大,治理难度之大,在整个煤矿防治水领域“名声在外”。
      水文地质专家称,我国煤矿水文地质条件类型分为“简单型、中等型、复杂型、极复杂型”四个等级。而辛安矿地质条件、水文地质条件均为极复杂,矿井大大小小的出水达二十多次,其中两次大的突发出水淹井均发生在-500北翼地区,可以说是“极复杂中的极复杂”。
      “水患”严重制约了矿井的安全生产。辛安矿对-500北翼地面开展区域治理,2016年12月30日,项目公开招标。主要任务是,查明辛安矿-500北翼区域水文地质条件及隐伏含(导)水构造发育情况,加固改造煤底板含、隔水层及断层破碎地带,消除煤矿“水害”隐患,实现安全开采。
      但是,这一项目钻探施工的高风险,令大多数勘探队伍望而却步。原因是治理区域勘探程度低,地层破碎、地应力大、矿山压力大,构造、井下已有巷道、奥灰岩溶大流量高压水给施工带来巨大风险,治理目的层大青薄层灰岩厚度仅有5.5米。面对这样技术要求极高的项目,或放弃了投标,或因未吃透辛安矿地质条件,而在提供的技术方案、施工方案上出现重大偏差。
     “抓住扩大二次经营战果的重要机遇,打赢这场硬仗,巩固峰峰区域治理市场占有率。”水文三队坚定势在必得的信心,而这自信源自他们的综合实力。队领导班子审时度势,在组织专业人员认真研究招标文件,深入现场踏勘,充分收集地质资料的基础上,精确测算分析,合理优化设计,一举中标。
      项目启动伊始就是高起点。工程内容包括勘探主孔3个、水平井30个,设计完成钻探进尺近4万米,设计注水泥量2万多吨,合同价6千余万元。如何优质高效完成这项项目?水文三队调集了精兵强将,地质科长、钻探高级工程师充实到项目部。科学调配资源投入,ZJ-40、ZJ-30石油钻机执行项目,提升了项目的履约能力,定向装备采用国内先进的LWD仪器、主流的轨迹控制系统,使钻孔轨迹准确和定位精准,确保了工程质量。


      图二:操作“重器”的一线钻机职工。王立仁摄影

     项目运行持续推进标准化建设。项目部把质量安全环保工作贯穿项目始终,定期开展消防、治安专项检查,积极开展“安全生产月”等安全文化活动。在项目整个施工期间,召开安全会议组织安全检查百余次,治理消防等安全隐患50余项,实现了零事故、零伤亡。项目部3次被局评为标准化工地,在峰峰集团综合评比中名列前茅。
      项目现场实现了文明施工管理,不仅是水文三队的标杆,也成为展示水文局企业形象的重要窗口。“现场即市场”的理念在整个项目部深入人心,他们将现场文明施工管理落到细处,以小见大、见微知著,确保了安全文明施工有成效。
     “从设备进场,到竣工验收,历时三年,我们不仅克服困难提交了满意答卷,也为煤矿降伏了这条‘水龙王’,为自己赢得信誉”。项目经理赵永智自豪地说,辛安项目部小有名气,施工期间接待友好单位交流访问等70余次,接待来现场参观的人数达600多人,提高了钻机知名度,学习了人家先进经验,这是双赢。
          攻坚,依靠创新
     “我们依靠创新进行技术攻坚,优化设计,将难题一一解决。”项目技术负责人王立仁总结说,辛安矿-500北翼地区断裂构造发育、煤岩层受强烈挤压十分破碎,地层扭曲变形严重。这是我队首个在极复杂构造区域,以薄层灰岩为目的层施工的水平定向井工程,遇到判层困难、钻遇率低、轨迹绕巷、过采空区等难题。
      为了发挥地质导向作用,工程技术人员创新应用井眼轨迹地质模拟技术,利用岩屑录井资料,结合井眼轨迹软件,建立地质模拟技术,进行井身质量监测和地层预测,并计算斜井深的垂深,及时与邻井作地层对比,在三维空间及在二维剖面图和平面图上的投影,对比钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的吻合情况,预测钻头下一步的走向趋势和地层变化情况。这一技术创新,既解决了反复找层、频繁侧钻的问题,又保证钻井按地质设计顺利施工。
      为了提高岩屑录井质量,提高环空返速,工程技术人员反复试验,选定合理流型与钻井液流变参数,尽可能提高钻井液的动切力和动塑比,适当提高钻井液密度,以提高岩屑上返能力。
      为了避免造成施工无效进尺,工程技术人员采取注浆后及时替扫孔,优化泥浆配比和钻具组合,自制钻探导向。
      为了躲避井下多条巷道,工程技术人员通过对地质资料的详细分析,建立数据模型,核算轨迹最优距离,避开主巷和煤巷及可能存在的垮落范围,设计出最优轨迹路线,利用单造斜段施工多个水平分支孔的办法,减少造斜段数量,降低施工难度。


      图三:队领导和工程技术人员在现场攻克施工技术难题。王宇晖摄影

      项目部以客户为中心,以问题为导向,两次提出重大设计优化,经峰峰集团组织论证后,均被采纳。
     2017年11月,工程技术人员通过前期施工,发现造斜段施工面临绕巷及过采空区,水平段施工面临断层多,地层破碎等施工难题。项目部与矿方积极沟通,提出减少造斜段工作量,增加水平段对断层探查及验证工作。2018年8月,项目部针对F55-1断层影响区域,存在通道使目的层与奥灰层位对接,造成注浆量大幅增加且注浆效果差的问题,与矿方沟通缩减该区域工作量,增加向北部断层探查治理工作量。设计优化保证最大程度揭露构造、保证治理效果,同时控制总体工程规模。
     科技的创新,保证了项目的高效运行,工程技术人员也取得了科研成果,总结发表3篇科技论文,完成3个科研项目,参与编制规范1部。一批技术骨干也在实践中迅速成长起来,为全队区域治理其他项目输送了人才。
         卓越,植根专业
     水文三队始终秉承专业理念,坚持专业精神,发挥专业优势,展示专业能力。他们在项目实施中坚持治理和探查两者并重的原则,加强对地质资料的分析。
     充分研究三维地震资料、地质勘探资料,结合矿井井下揭露构造情况、区域构造发育特征,分析小构造、隐伏陷落柱的发育条件和影响因素,如煤层厚度、地层倾角、与主体构造伴生关系、钻孔涌水量、地层岩性等,采用层次分析、神经网络分析等数学方法,确定可能存在构造的位置。
      钻探冲洗液漏失量是判断构造的重要参数,如何及时判断漏失是非常关键的环节。工程技术人员重视现场地质信息提取,高精度观测钻探冲洗液漏失量,对钻探冲洗液消耗量实时高精度监测,尤其是制定专门措施做到了夜间能够及时发现漏失,同时加强异常情况分析,将前期施工的钻探冲洗液漏失量、岩粉异常的关键点随时上图并合理画线,对构造发育规律和构造延展方向进行分析判断,保证探查和治理效果。
      严格地质“三边”工作,修订区域构造纲要图,编制轨迹钻遇已知断层的位置统计表,将实际探测及分析确定的构造全部上图,为优化设计和施工提供依据。


       图四:项目竣工验收会议。赵永智摄影

      辛安矿地面区域治理工程的竣工验收,得出结论:钻探注浆质量符合合同及相关规范要求,提交的报告数据准确详实,图件附表规范。项目共完成28个水平分支孔,钻探工程量39504.92m,包括主孔段319.01米,造斜段4827.66米,水平段34358.25米,完成注浆44621.33吨。取得丰硕的地质成果——查明了大青灰岩层位构造发育情况,查明治理区域内无直径大于40米的大型隐伏陷落柱,对31个漏失点进行了注浆加固,形成了多参数综合薄层灰岩层位跟踪判定技术方法,形成了在构造复杂地区区域治理施工的关键技术。
      辛安矿为之欣喜,水文三队为之欣喜。项目的实施,可为辛安矿解放优质煤炭资源二百多万吨,同时也实现了水文三队经济效益和社会效益双丰收,进一步树立了水文局在煤矿防治水市场中形象,推动在峰峰防治水市场二次经营的实现,直接促成了辛安矿x小窑堵水项目的中标。
      长缨在手缚蛟龙。随着水文三队实现地勘主业由水文地质勘查评价向水害治理工程的重大转型,从为矿山设计建设提供水文地质依据,向为矿山全生命周期服务的重大转型。这支“铁人”的队伍,继续传承大庆精神,秉承专业、高效的服务原则和优良的施工、管理经验,迎接挑战,不断超越,再创辉煌。


本网通讯员:王宇晖 王立仁      编 辑:肖平
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