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千米地下鎖蛟龍 ——中煤水文三隊辛安礦區域治理項目紀實回眸

中國煤炭新聞網 2020/4/24 20:07:12    礦建勘探
      “這項工程消除了煤礦水害隱患,解放優質煤炭資源二百多萬噸,顯示出中煤水文局集團的綜合實力,看到了水文三隊的專業能力和專業精神。”冀中能源峰峰集團總工程師孟憲營如是說。
      2020年4月1日,專家組完成了對水文三隊施工的冀中能源峰峰集團辛安礦-500北翼極復雜區的地面區域治理工程的驗收。由此,歷時3年的辛安項目圓滿畫上句號。有專家贊譽,這畫龍點睛的一筆,源于水文三隊的實力、創新和專業。
      項目的實施再次證明,這支源于大慶油田的勘探職工隊伍,是一支特別能吃苦、特別能戰斗、特別能攻堅、特別能奉獻的專業化地質隊。


      圖一:辛安項目鎖住“地下蛟龍”的重器——ZJ-40石油鉆機。陳雁攝影

           信心,源自實力
      辛安礦水患危害之大,治理難度之大,在整個煤礦防治水領域“名聲在外”。
      水文地質專家稱,我國煤礦水文地質條件類型分為“簡單型、中等型、復雜型、極復雜型”四個等級。而辛安礦地質條件、水文地質條件均為極復雜,礦井大大小小的出水達二十多次,其中兩次大的突發出水淹井均發生在-500北翼地區,可以說是“極復雜中的極復雜”。
      “水患”嚴重制約了礦井的安全生產。辛安礦對-500北翼地面開展區域治理,2016年12月30日,項目公開招標。主要任務是,查明辛安礦-500北翼區域水文地質條件及隱伏含(導)水構造發育情況,加固改造煤底板含、隔水層及斷層破碎地帶,消除煤礦“水害”隱患,實現安全開采。
      但是,這一項目鉆探施工的高風險,令大多數勘探隊伍望而卻步。原因是治理區域勘探程度低,地層破碎、地應力大、礦山壓力大,構造、井下已有巷道、奧灰巖溶大流量高壓水給施工帶來巨大風險,治理目的層大青薄層灰巖厚度僅有5.5米。面對這樣技術要求極高的項目,或放棄了投標,或因未吃透辛安礦地質條件,而在提供的技術方案、施工方案上出現重大偏差。
     “抓住擴大二次經營戰果的重要機遇,打贏這場硬仗,鞏固峰峰區域治理市場占有率。”水文三隊堅定勢在必得的信心,而這自信源自他們的綜合實力。隊領導班子審時度勢,在組織專業人員認真研究招標文件,深入現場踏勘,充分收集地質資料的基礎上,精確測算分析,合理優化設計,一舉中標。
      項目啟動伊始就是高起點。工程內容包括勘探主孔3個、水平井30個,設計完成鉆探進尺近4萬米,設計注水泥量2萬多噸,合同價6千余萬元。如何優質高效完成這項項目?水文三隊調集了精兵強將,地質科長、鉆探高級工程師充實到項目部??茖W調配資源投入,ZJ-40、ZJ-30石油鉆機執行項目,提升了項目的履約能力,定向裝備采用國內先進的LWD儀器、主流的軌跡控制系統,使鉆孔軌跡準確和定位精準,確保了工程質量。


      圖二:操作“重器”的一線鉆機職工。王立仁攝影

     項目運行持續推進標準化建設。項目部把質量安全環保工作貫穿項目始終,定期開展消防、治安專項檢查,積極開展“安全生產月”等安全文化活動。在項目整個施工期間,召開安全會議組織安全檢查百余次,治理消防等安全隱患50余項,實現了零事故、零傷亡。項目部3次被局評為標準化工地,在峰峰集團綜合評比中名列前茅。
      項目現場實現了文明施工管理,不僅是水文三隊的標桿,也成為展示水文局企業形象的重要窗口。“現場即市場”的理念在整個項目部深入人心,他們將現場文明施工管理落到細處,以小見大、見微知著,確保了安全文明施工有成效。
     “從設備進場,到竣工驗收,歷時三年,我們不僅克服困難提交了滿意答卷,也為煤礦降伏了這條‘水龍王’,為自己贏得信譽”。項目經理趙永智自豪地說,辛安項目部小有名氣,施工期間接待友好單位交流訪問等70余次,接待來現場參觀的人數達600多人,提高了鉆機知名度,學習了人家先進經驗,這是雙贏。
          攻堅,依靠創新
     “我們依靠創新進行技術攻堅,優化設計,將難題一一解決。”項目技術負責人王立仁總結說,辛安礦-500北翼地區斷裂構造發育、煤巖層受強烈擠壓十分破碎,地層扭曲變形嚴重。這是我隊首個在極復雜構造區域,以薄層灰巖為目的層施工的水平定向井工程,遇到判層困難、鉆遇率低、軌跡繞巷、過采空區等難題。
      為了發揮地質導向作用,工程技術人員創新應用井眼軌跡地質模擬技術,利用巖屑錄井資料,結合井眼軌跡軟件,建立地質模擬技術,進行井身質量監測和地層預測,并計算斜井深的垂深,及時與鄰井作地層對比,在三維空間及在二維剖面圖和平面圖上的投影,對比鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡的吻合情況,預測鉆頭下一步的走向趨勢和地層變化情況。這一技術創新,既解決了反復找層、頻繁側鉆的問題,又保證鉆井按地質設計順利施工。
      為了提高巖屑錄井質量,提高環空返速,工程技術人員反復試驗,選定合理流型與鉆井液流變參數,盡可能提高鉆井液的動切力和動塑比,適當提高鉆井液密度,以提高巖屑上返能力。
      為了避免造成施工無效進尺,工程技術人員采取注漿后及時替掃孔,優化泥漿配比和鉆具組合,自制鉆探導向。
      為了躲避井下多條巷道,工程技術人員通過對地質資料的詳細分析,建立數據模型,核算軌跡最優距離,避開主巷和煤巷及可能存在的垮落范圍,設計出最優軌跡路線,利用單造斜段施工多個水平分支孔的辦法,減少造斜段數量,降低施工難度。


      圖三:隊領導和工程技術人員在現場攻克施工技術難題。王宇暉攝影

      項目部以客戶為中心,以問題為導向,兩次提出重大設計優化,經峰峰集團組織論證后,均被采納。
     2017年11月,工程技術人員通過前期施工,發現造斜段施工面臨繞巷及過采空區,水平段施工面臨斷層多,地層破碎等施工難題。項目部與礦方積極溝通,提出減少造斜段工作量,增加水平段對斷層探查及驗證工作。2018年8月,項目部針對F55-1斷層影響區域,存在通道使目的層與奧灰層位對接,造成注漿量大幅增加且注漿效果差的問題,與礦方溝通縮減該區域工作量,增加向北部斷層探查治理工作量。設計優化保證最大程度揭露構造、保證治理效果,同時控制總體工程規模。
     科技的創新,保證了項目的高效運行,工程技術人員也取得了科研成果,總結發表3篇科技論文,完成3個科研項目,參與編制規范1部。一批技術骨干也在實踐中迅速成長起來,為全隊區域治理其他項目輸送了人才。
         卓越,植根專業
     水文三隊始終秉承專業理念,堅持專業精神,發揮專業優勢,展示專業能力。他們在項目實施中堅持治理和探查兩者并重的原則,加強對地質資料的分析。
     充分研究三維地震資料、地質勘探資料,結合礦井井下揭露構造情況、區域構造發育特征,分析小構造、隱伏陷落柱的發育條件和影響因素,如煤層厚度、地層傾角、與主體構造伴生關系、鉆孔涌水量、地層巖性等,采用層次分析、神經網絡分析等數學方法,確定可能存在構造的位置。
      鉆探沖洗液漏失量是判斷構造的重要參數,如何及時判斷漏失是非常關鍵的環節。工程技術人員重視現場地質信息提取,高精度觀測鉆探沖洗液漏失量,對鉆探沖洗液消耗量實時高精度監測,尤其是制定專門措施做到了夜間能夠及時發現漏失,同時加強異常情況分析,將前期施工的鉆探沖洗液漏失量、巖粉異常的關鍵點隨時上圖并合理畫線,對構造發育規律和構造延展方向進行分析判斷,保證探查和治理效果。
      嚴格地質“三邊”工作,修訂區域構造綱要圖,編制軌跡鉆遇已知斷層的位置統計表,將實際探測及分析確定的構造全部上圖,為優化設計和施工提供依據。


       圖四:項目竣工驗收會議。趙永智攝影

      辛安礦地面區域治理工程的竣工驗收,得出結論:鉆探注漿質量符合合同及相關規范要求,提交的報告數據準確詳實,圖件附表規范。項目共完成28個水平分支孔,鉆探工程量39504.92m,包括主孔段319.01米,造斜段4827.66米,水平段34358.25米,完成注漿44621.33噸。取得豐碩的地質成果——查明了大青灰巖層位構造發育情況,查明治理區域內無直徑大于40米的大型隱伏陷落柱,對31個漏失點進行了注漿加固,形成了多參數綜合薄層灰巖層位跟蹤判定技術方法,形成了在構造復雜地區區域治理施工的關鍵技術。
      辛安礦為之欣喜,水文三隊為之欣喜。項目的實施,可為辛安礦解放優質煤炭資源二百多萬噸,同時也實現了水文三隊經濟效益和社會效益雙豐收,進一步樹立了水文局在煤礦防治水市場中形象,推動在峰峰防治水市場二次經營的實現,直接促成了辛安礦x小窯堵水項目的中標。
      長纓在手縛蛟龍。隨著水文三隊實現地勘主業由水文地質勘查評價向水害治理工程的重大轉型,從為礦山設計建設提供水文地質依據,向為礦山全生命周期服務的重大轉型。這支“鐵人”的隊伍,繼續傳承大慶精神,秉承專業、高效的服務原則和優良的施工、管理經驗,迎接挑戰,不斷超越,再創輝煌。


本網通訊員:王宇暉 王立仁      編 輯:肖平
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