1前言
井下钻探是开展矿井防治水工作的关键手段，其优点是不受地面条件限制，且工程量小、工期短、投资少、针对性强、水压水量直观、经济合理，近几年来，开滦矿务局部分矿井开始尝试地面钻探改为井下施工。开滦广信有限责任公司针对用水紧张状况，为合理有效地利用地下水资源，需施工奥灰水源井。在井下钻探工程中，因奥灰水压高(1.7 MPa)、水量大(φ89 mm，钻孔喷水3～4 m3/min)，遇到了许多意想不到的困难，出现过喷水、喷矸、套管失控等一系列复杂问题，一度使人身和设备安全受到了威胁。通过实践，积累了一套防喷、控钻等一系列安全施工技术。
2问题的提出
广信公司为了满足日益增长的工业和生活用水，合理有效地开发利用地下水资源，在井下施工2个奥灰孔，孔深设计为600 m，涌水量为7 m3/min。由于施工承压含水层的高压水，因此工程从设计、设备安装、施工等各个环节都充分考虑到各种问题的预防和处理，为今后钻探工作积累了宝贵的经验。在井下奥灰钻孔施工中，因水压高、水量大，遇到了喷水、喷矸、套管失控及钻探设施固定困难等一系列复杂的问题亟待解决，否则将影响安全生产和发生人身事故。
3安全施工技术
针对上述钻孔施工中存在的不安全因素，在实践中探索出了一套较完整的高承压水钻探安全施工技术。
3.1钻窝施工
立孔和大角度斜孔的钻进，需施工钻机房(简称钻窝)，其规格可视每次增减钻杆的条数而定。当每次增减1节钻杆时，钻窝的总高度应为5.5 m，当每次增减2节钻杆时的钻窝总高度应为11 m。无论是每次增减几节钻杆，必须保证巷道顶板处钻窝直径不小于3.0 m，钻窝顶部直径不小于1.5 m，钻窝掘出排除活石后，必须对钻窝进行喷浆处理，防止风化落石。同时掘出天轮架窝，打出天轮锚杆眼和二层工作台锚杆眼。二层工作台的高度：当钻窝高度为5.5 m时，二层工作台可搭在钻窝两侧的支架上，但必须封牢；当钻窝高度为11 m时，二层工作台的高度应为7.5 m左右。工作台的搭设，可在钻窝四周打4棵锚杆，用钻管连接固定，然后搭上木板封牢。小角度俯角孔，可根据抽出钻杆的高度适当挑顶作钻窝。二层工作台距离窝顶的高度应大于2.0 m，工作台的搭设，可在巷道内用铁(或木)制长凳，上面搭木板封牢。
3.2钻探设施的安装
① 天轮的安装。在钻窝顶部安装天轮，要使用天轮架。天轮架可采用2条工字钢，并在设计安设天轮处分别镶焊天轮轴套1个。将天轮架在天轮窝安设调整后用混凝土固定。另外在钻窝顶部下设天轮锚杆，锚杆下端弯成圆环。将圆环套在天轮架内的天轮轴上，做到双保险。
② 钻机的固定。地巩锚杆固定在巷道底板上，然后将钻机安装固定在底座上。这样，既避免了压柱操作，又保证了钻机的稳固性。
③ 在深井和喷水条件下钻进时，要用专用小绞车升降钻具，其固定方法是用地巩锚杆直接连接绞车底座，并注牢。
3.3孔口套管的固定
下好孔口安全套管是有效控制高压水的关键。一是要根据孔口附近的岩石强度，严格按《煤矿安全规程》确定套管长度，套管的层数由钻孔的地质、水文条件而定；二是必须确保固结质量，严防漏水和套管鼓出。其做法是：开孔直径大于套管直径1～2级，钻进深度大于套管长度0.5～1.0 m。孔口处用棉纱或黄麻缠绕后将套管砸入孔内，注入水灰比为1∶0.8～1∶1的水泥浆，当反浆管流出水泥浆液时，关闭反浆管阀门，再加压至2.0 MPa，并稳压10～15 min，以保证套管周的空隙和岩石裂隙全部填实。另外，还采用了以下2条措施对套管进行处理加固。
① 首先在孔口盘以上0.15～0.20 m处的套管外侧，相向焊接2块钢板，当套管下入孔内后，用2条工字钢地梁分别将上述两块钢板压住，防止套管鼓出。
② 套管焊筋骨。制作套管时，每条套管的两端头附近，分别以壁虎式焊接1组3条φ6.5～8 mm的钢筋，钢筋长度小于0.1 m，与套管轴向夹角为60°～70°，其作用一是端正套管的位置，防止套管贴在孔壁上；二是利用筋骨加大阻力，减少套管鼓出的危险性。
3.4防喷及控钻装置
① 孔口的防喷帽。为防止钻孔喷水、喷矸，恶化劳动环境，威胁人身安全，应使用孔口防喷帽。将其底盘与高压阀门法兰盘用螺丝连接牢固。下钻具时，将活动抽板向两侧拉开，扩大口经，岩心管下入后，弹簧自行将活动抽板拉紧，镶在活动抽板内侧的胶皮舌抱住钻杆，即可继续下钻。当孔内喷水、喷矸时，胶皮舌将水和矸石拦住，使其向四周射，遇弧形盘后返下，沿巷道底板流出。
② 钻杆控制器。钻进中替换钻杆时，需松开钻机立轴卡瓦。为防止钻杆外射，应使用钻杆控制器。该控制器通过制动手把，使偏心轮上下移动，带动自动卡瓦闭合，抱住钻杆来控制钻杆。使用时，岩心管、落砂管一套下入钻孔后，将钻杆控制器装在孔口防喷帽上，再将钻杆穿入卡瓦中间，连接岩心管，将钻具下到孔底钻进。当需替换钻杆时，先用钻杆控制器控制钻杆，再松开钻机立轴卡瓦，然后更换钻杆。
③ 控钻装置。为加快高压水条件下的下钻速度，同时预防钻机卡瓦突然失控造成射钻事故，还应使用控钻装置。使用时，把偏心轮卡子套在钻杆顶部的水接头附近，并使卡子不随钻杆转动。将钢丝绳从地梁固定点通过偏心轮卡子换向滑轮，至另一侧地梁上的换向滑轮后，与小绞车相连接。当钻机立轴卡瓦突然失控，钻杆外射时，偏心轮卡子立即抱住钻杆。当提下钻杆时，利用该装置控制钻杆的升降速度，做到万无一失。
3.5应注意的几个问题
① 孔口安全套管应选用壁厚大于4.5 mm的无缝耐压地质钢管。
② 一般不使用钢粒和金钢石钻进。使用钢粒钻进往往会因高压水上涌，钢粒将钻头或岩心管等磨坏，造成事故；使用金钢石钻进，一般井下钻机的给进压力达不到要求，达不到提高钻进速度的目的，主要是看钻机给进压力与孔内压力的对比。
③ 孔口套管上段3～5 m，要根据水质情况进行防腐处理，并将外露套管及孔口盘用油泥膏埋藏防腐。
④ 钻探结束后，根据需要安装孔口三通及阀门。底部阀门作备用，上部三通阀门可经常启闭，观测水压、水量，以防单阀门失效而难以更换。
⑤ 钻杆规格应根据孔深确定。终孔φ73 mm，孔深小于150 m，终孔φ50 mm，孔深小于200 m，可采用φ42 mm×6 m的钻杆。终孔φ73 mm，孔深小于250 m，终孔φ50 mm，孔深小于300 m，可采用φ50 mm×6 m的钻杆。否则极易出现钻杆劈裂现象。
3.6安全操作要点高承压水钻探与施工，是一项难度大、技术复杂的工作。不仅要在技术措施上做到安全可靠，还必须有一支技术熟练的施工队伍，并严格加强现场管理，才能保证安全施工，达到安全快速钻进的目的。实践证明，需要遵守以下安全操作要点：
① 技术培训是基础。对钻探工人进行钻探技术培训，使人人对钻探设施的安装使用、施工操作技术都能熟练掌握。做到分工明确，配合默契，严格按照操作规程和安全技术措施施工。
② 思想重视是关键。对高承压水钻探中易出现影响钻进、威胁安全的问题，首先要有一个正确的认识。从钻孔设计开始，就应向职工交待清楚出现问题的危害性和预防处理措施，做到人人保持高度警惕，杜绝马虎、凑合思想。
③ 对所有钻探设施，做到每班一检查，发现松动，立即紧固处理，确保其稳固可靠。
④ 各种安全装置要在预计揭露高承压压含水层前安设完毕，并投入正常使用，严防钻孔见高压水失控。
⑤ 每次进尺应较岩心管长度小0.1 m以上。防止发生烧钻、埋钻事故。
⑥ 钻进中要配备专用高压注水泵，保证停钻不停泵。要经常用注水泵，正循环钻进必须大于孔内水压的压力向孔内注水，严防孔底无水打干眼。
