大直径深井一级全断面钻进质量控制
钻井工程处朱集西矿矸石井项目部 QC 小组
一、工程概况
表 1 工程概况表
序号 项 目 内 容
1 工程名称 朱集西煤矿矸石井钻井井筒工程
2 工程地点 安徽省淮南市潘集区贺疃乡
3 建设单位 皖北煤电集团
4 设计单位 中煤国际工程集团南京设计研究院矿山设计院
5 监理单位 安徽华夏建设监理公司
6 施工单位 中煤矿山建设集团有限责任公司
7 资质等级 特级
8 工程量 545m
9 工程造价 5470 万元
10 质量目标 创建煤炭行业优质工程、“太阳杯”工程。
11 工程特点
1、本工程为钻井与注浆平行作业。
2、粘土层多，且多含粘性及膨胀较强的灰绿色粘土，
下部有密实细砂层，较板结。
3、水文地质条件较复杂：根据井检孔地质报告，井
筒的水文地质条件应为较复杂型。
4、井筒深，井径大。
制表人：郭厚财 日期：2008 年 11 月
1、地层特征
、新生界松散层(Q+N)含、隔水层情况：本区井筒检查孔第四系～第三系上
统松散层厚度较大，矸石井厚 ，地层较稳定，由东南向西北稍有增厚趋势。
其岩性主要为粘土、砂质粘土、砂层和少量砾石层。根据本次揭露的松散层岩性特
征结合区内地层对比，从上至下可划分四个含水层（组）和三个隔水层（组）。
、第一含水层（组）（Ⅰ含）
由地表向下底板埋深 （检 1）～（检 2）,平均厚 。该组地
层主要由 2～3 层褐黄色粉、细砂层及黄色浅灰绿色粘土组成，其中砂层厚 ～
，平均厚 ，属潜水～弱承压水，主要补给来源为大气降水，其次为河
床的侧向补给，该层富水性较好，附近居民均做为生活用水。据邻近矿区资料，水
质为 HCO3-Ca·Mg 和 HCO3-Ca·Mg·Na 型水。矿化度 ～
～ 德国度。
、第一隔水层（组）（Ⅰ隔）
底板埋深 （检 1）～（检 3）,层厚 ～，平均厚
。其中粘土类均厚 ，主要由褐黄、浅灰黄、灰绿等杂色粘土、砂质粘
土组成，间夹薄层粉、细砂层。该层段粘土厚度较大，可塑性较好，能起到较好的
隔水作用。
、第二含水层（组）（Ⅰ含）
底板埋深 （检 4）～（检 2）,层厚 ～，平均厚
。其中砂层均厚达 ，主要以 2～3 层黄色、褐黄色、浅灰绿色中厚细
砂层和薄层粘土组成，含水层富水性好，属承压水，邻近生产矿井为主要供水水源。
、第二隔水层（组）（Ⅰ隔）
底板埋深 （检 1）～（检 2）,层厚 ～，平均厚
。其中粘土类均厚 ，主要由黄色、浅灰绿砂质粘土夹粘土质砂组成，
可塑性较好，具有隔水作用。
、第三含水层（组）（Ⅰ含）
底板埋深 （检 3）～（检 1）, 层厚 ～，平均厚
,其中含水层砂层类平均厚度 ,主要以灰黄、灰绿色中厚～厚层中、
细砂为主夹砂砾层与粘土层，底部粘土、砂质粘土较发育，砂层富水性中等～较强。
据邻近矿区资料，上部水质稍好，为 Cl·HCO3-Na 型水,矿化度
差，为 Cl-Na 型水,矿化度
、第三隔水层（组）（Ⅰ隔）
底板埋深 （检 1）～（检 4）,层厚 ～，平均厚
。其中隔水层粘土类平均厚 ，主要由灰黄、灰绿、棕红色中～厚层粘
土、砂质粘土与钙质粘土组成，间夹薄层中、细砂，粘土厚度较大，可塑性好，隔
水性能好，从而有效地阻止了上部含水层与下部含水层之间的联系。
、二迭系(P)上石盒子组情况：本区检查孔穿过新生界松散层均见二迭系上
石盒子组基岩风化带，一般风化深度 左右。
、强风化带
底板埋深 （检 2）～（检 1）, 层厚 ～，平均厚
。其岩性主要由浅灰、灰黄，黄褐色泥岩为主，局部夹薄层细砂岩，风化裂
隙及高角度垂直裂隙较发育，具有水蚀锈斑及方解石充填现象，局部岩石破碎。
、弱风化带
底板埋深 （检 3）～（检 1）, 层厚 ～，平均厚
。岩性主要以浅灰、青灰、灰黄色粉砂岩为主，具紫色杂斑，局部含砂质与
泥质条带，见水平层理与波状层理，常见较多水蚀锈斑，岩石较完整。
、地质分析
、表土段
表土层厚 ，主要由粘土和细砂组成，占井深的 90 %；
基岩段
钻井基岩段为 ，主要是泥岩，占井深的 10%；岩石一般力学指标统计见
表 2。
表 2 岩石物理力学性质指标统计表(－～－545 m)
岩性
分类
层数
累深
m
弹性模量
×
105MPa
抗压
强度
Mpa
抗拉
强度
Mpa
岩石
坚
硬程
度
岩体质
量
指标
M 值
岩体质量
分级
泥岩 4 软 中等（Ⅰ）
粉砂
岩
1
半坚
硬
良（Ⅰ）
细
砂岩
2 2 坚硬 良（Ⅰ）
制表人：郭厚财 日期：2008 年 11 月
粉砂岩岩石质量中等，砂岩胶结良好，坚硬致密，岩石抗压强度高，稳定性好，
岩石质量好；但局部砂岩由于受应力挤压，岩芯破碎，岩石质量较差，且为含水层；
浅部基岩风氧化带岩石质量较差。
二、小组简介
钻井工程处朱集西矿矸石井项目部 QC 小组成立于 2008 年 11 月 26 日，由现场
施工管理人员组成。小组成员均参加了总公司举办的 QC 小组培训班，通过认真学习、
交流，提高了小组成员的分析问题、解决问题的能力。成员简介见表 3。
表 3 QC 小组概况一览表
小组名称 钻井工程处朱集西矿矸石井项目部 QC 活动小组
课题名称
大直径深井一级全断面钻
进进度、质量控制
注册号
课题类型 现场型 活动时间 ～
QC 小组成员简介
姓名 性别 学历 职称 职务 组内分工
蔡鑫 男 本科 工程师 处总工程师 方案制定、QC 指导
荣怀宇 男 专科 工程师 常务副经理 组织、统筹
刘健 男 专科 助理工程师 技术总工 方案编制、组织活动
周丽明 男 专科 助理工程师 生产副经理 施工管理
付新鹏 男 本科 助理工程师 生产副经理 施工管理
郭厚财 男 专科 助理工程师 技术部长 质量监督检查
刘峰 男 本科 助理工程师
钻机队
技术主管
方案实施
冯金亮 男 本科 助理工程师 班长 方案实施
刘刚 男 专科 技术员 班长 方案实施
陈亮 男 专科 技术员 资料员 资料收集、整理
王瑞 男 专科 技术员 资料员 资料收集、整理
QC 教育
情况
本 QC 小组成员均接受 QC 教育 50 小时以上，活动出勤率为 98%
制表人：郭厚财 日期：2008 年 11 月
三、选题理由
一）、选题理由
1、大直径深井一级全断面钻进施工在国内尚属首次，施工难度极大，需要积极
攻关，保证矿井快速、安全、优质的建成。
2、集团公司要求：坚持精品发展战略，努力创建精品工程。将朱集西矿矸石井
建成煤炭行业优质工程。
因此，我们 QC 小组选择了“大直径深井一级全断面钻进进度、质量控制”为课题
进行活动。
二）、确定目标和可行性分析
图 1 可行性目标分析图
制图：郭厚财 日期：2008 年 11 月
四、小组活动情况（表 4）
确
定
目
标
值
和
可
行
性
分
析
确
定
目
标
值
可
行
性
分
析
1、大直径深井一级全断面钻进一次性
成功，钻进深度不小于设计深度，不大于设
计深度 500㎜，深度偏斜率不大于 1‰。
2、钻进施工过程中，安全、质量事故
频数为零。
3、确保本工程井筒满足招标文件质量
要求、工期要求和井巷工程优良质量标准。
有利因素：
1、公司对本工程很重视，在资金、技术、人
员等方面给予大力支持，调动了小组积极性。
2、项目部主要骨干具有丰富的钻井施工经验，
从总公司及工程处抽调有经验的人员组成专
家组常驻项目部，进行指导。
不利因素：
1、工期紧，质量要求高。
2、本工程为钻井与注浆平行作业。
3、粘土层多，且多含粘性及膨胀较强的
灰绿色粘土，下部有密实细砂层，较板结。
4、水文地质条件较复杂：根据井检孔地
质报告，井筒的水文地质条件应为较复杂型。
结论：根
据 公 司
以 往 类
似 工 程
的 施 工
经验，QC
小 组 成
员 团 结
协作，一
致努力，
相 信 在
专 家 组
的 指 导
下，本次
课 题 目
标 可 以
实现。
表 4 小组活动情况
小组类型：现场型 小组活动注册号：
本次活动时间：2008 年 11 月～2009 年 12 月 小组活动次数：15
活动
阶段
主 要 活 动 内 容 活动时间
活动
次数
出席
人次
出勤率
（%）
P
选定课题、现状调查、原因分析、
制定对策
～
3 29
D 根据实施计划、认真实施
～
10 98 98
C
根据实施结果，进行综合分析、确
认效果
1 10 100
A 巩固、总结与展望 1 10 100
小 计 15 147 98
制表人：郭厚财 日期：2009 年 12 月
一）、P（计划）阶段
1、现状调查
1．1、工程难点
1）、工期紧，质量要求高。
2）、本工程为钻井与注浆平行作业。
3）、钻头直径大，钻井深，切割带宽，切割面积大，其施工在国内尚属首次。
4）、钻井偏斜率控制一次到位，没有扩孔纠偏，增加钻进参数控制技术难点。
5）、粘土层多，且多含粘性及膨胀较强的灰绿色粘土，下部有密实细砂层，较板
结。
6）、水文地质条件较复杂：根据井检孔地质报告，井筒的水文地质条件应为较复
杂型。
1．2 钻井设备的现状情况
选用 AD130/1000 竖井钻机，其性能参数见下表 5
表 5 AD130/1000 型动力头竖井钻机主要技术性能表
设 计 钻
井 深 度
（m）
设 计 钻
井 直 径
（m）
钻 井
方 式
洗 井
方 式
井 架
高 度
(m)
井 架 底
部 跨 度
(m)
油 缸
提 升 力
(KN)
动 力 头
扭 矩
设 备 总
功 率
（kw)
设 备 总
重 量
（t）
1000
分级扩
孔
气举反
循环
×
7000 600 1000 561
制表人：郭厚财 日期：2008 年 11 月
图 2 AD130/1000 竖 井 钻 机 总 图
图 3 AD130/1000 竖 井 钻 机
该 钻 机 是 动 力 头 全 液 压 驱 动 钻 机 ， 是 目 前 国 内 钻 孔 能 力 最 大 的 竖 井
钻 机 ， 采用液压控制系统，在整个工作过程中与机械、电路系统共同完成钻机的一
系统的动作。该液压系统功率 1100KW，最大扭矩 600KNm，完全使用电控手柄进行
操作，具有国内领先水平。
该液压系统有如下几个特点：
功率大，能根据不同施工需要，选择不同的工况，对电机功率也可进行组合，
适应性强。
液压系统采用液压控制的变量泵，节约能源。
辅助系统采用负载敏感多路比例阀及负载敏感泵，可以实现同一个油泵同时
供不同的压力、流量的负载工作而互不干扰
全部使用电控操作手柄，操作方便、可靠。
所有动作实现无级调速。
2、目标确定
、大直径深井一级全断面钻进一次性成功，钻进深度不小于设计深度，不大
于设计深度 500㎜，深度偏斜率不大于 1‰。
、钻进施工过程中，安全、质量事故频数为零。
、确保本工程井筒满足招标文件质量要求、工期要求和井巷工程优良质量标
准。
3、可行性分析
、钻头选型的适应性分析
φ 钻头是根据本工程地质情况及一级全断面钻进要求而设计的。该钻头底部
为平底，一级扩底角为α=25 度，二级扩底角为α=35 度。
图 4 φ 钻头
该钻头有别其它扩孔钻，其二级扩底角为α=35 度。因此，刀具切割下来的岩削
快速集中到吸收口附近便于吸收，避免重复切割，增加刀具破岩效果，提高钻进速度。
结论：φ 钻头在性能上基本满足了本次施工的需求。
寻找主要问题
项目部安排人员对一级全断面钻进施工现场进行监督管理，做到全程控制把握，
并做好相关参数记录，经过小组成员的分析讨论，针对本次施工难点和特点，得出影
响施工质量和进度总体评价的问题主要集中在以下几方面：
（1） 钻进参数的控制； （2）泥浆参数的控制；
（3） 钻孔偏斜率的控制； （4）钻孔深度的控制；
（5） 钻进中掉物及断牙轮座的控制 （6）机具、设备人员的控制；
（7） 其他；
表 6 问题发生频率表
顺
序
类别 频数 累计
频数
发生率
（％）
累计率
（％）
1 钻进参数的控制 5 5
2 泥浆参数的控制 10 15
3 钻孔偏斜率的控制 1 16
4 钻孔深度的控制 2 18
5 钻进中掉物及断牙轮座的控制 14 32 40
6 机具、设备人员的控制 2 34
7 其他 1 35 100
制表人：郭厚财 日期：2009 年 12 月
因素分析及寻找主要原因
为此我们 QC 小组根据讨论罗列出以下 8 个因素，经过小组成员和有关技术人员
一起研讨后，一致认为“钻压的控制”、“ 比重的控制”、“ 失水量和泥皮厚度控制”需要
我们严格把关。其他问题根据以往的施工经验都能解决，所以都不是要因。
钻
孔
发
生
偏
斜
，
牙
轮
座
断
裂
发
生
频
率
高
，
泥
包
钻
头
图 4 钻进参数控制系统图
制图：郭厚财 日期：2009 年 12 月
图 5 泥浆参数控制系统图
制图：郭厚财 日期：2009 年 12 月
、制订对策
根据找出的主要原因，小组成员结合具体的情况进行讨论，并结合分析结果认
为只要在实际施工中重点把握这三个方面的因素，就可以最大限度地减少由于客观条
件所导致的困难，因此我们制订了相应的对策，具体见对策表：
表 7 对策表
P
H
值
粘
度
泥
浆
冲
洗
量
不
足
，
井
底
冲
洗
效
果
不
好保
证
泥
浆
各
项
性
能
流
动
性
差
，
冲
洗
效
果
不
好
，
造
成
泥
包
钻
头
钻
压钻
进
参
数
控
制
转
数
过
快
使
井
帮
受
到
严
重
冲
刷
，
增
加
壁
后
充
填
量
。
转
数
没
有
坚
持
减
压
钻
进
，
钻
压
掌
握
不
当
，
影
响
工
期
产
生
扩
径
、
井
筒
片
帮
或
坍
塌
洗
井
液
冲
洗
量
泥
包
钻
头
比
重
比
重
高
低
影
响
沉
淀
效
果
泥
浆
参
数
控
制
失
水
量
和
泥
皮
厚
度
失
水
量
和
泥
皮
厚
度
直
接
影
响
泥
浆
对
整
个
井
筒
的
护
壁
效
果
，
防
止
坍
塌
含
砂
量
影
响
沉
淀
效
果
，
使
泥
皮
变
厚
而
松
散
序
号
要因
项目
对策 目标 措施 负责人 期限
实施地
点
1
钻压控制不
到位
现场
旁站
钻压的
控制在
300～
700(KN)
安排人
员跟班
观察
刘 峰
刘 刚
冯金亮
整个井
筒钻进
工程
施工现
场
2
比重控制不
到位
检测
方法
泥浆比
重控制
在 ～
安排人
员用泥
浆比重
仪每 2
小时测
量一次
泥浆比
重
刘 峰
刘 刚
冯金亮
整个井
筒钻进
工程
施工现
场
3
失水量和泥
皮厚度控制
不到位
检测
方法
失水量
控制在
18～30，
泥皮厚
度控制
在≤
安排人
员用失
水量测
定仪每
2 小时测
量一次
失水量
和泥皮
厚度
刘 峰
刘 刚
冯金亮
整个井
筒钻进
工程
施工现
场
制表人：郭厚财 日期：2008 年 12 月
二）、D（实施）阶段
针对分析出来的 3 个主要原因和制定的相应对策，在井筒钻进施工过程中，我们
具体从以下几个方面进行实施：
实施 1、钻压的控制
精心组织施工，对职工加强教育，增强钻机司机的责任心，杜绝违章操作现象发
生，提高职工的质量意识和业务水平。
、钻厚粘土层时，为防止泥包钻头，采用小钻压钻进，中等钻速，适当加大
泥浆循环量。
、钻砂类地层时，严格控制转速与泥浆冲洗量，观察泥浆参数和大钩提升重
量的变化，严防塌孔与过分刷大孔壁。
、对于固结砂层，应采用中低转速，中钻压慢速钻进。
、风化基岩层钻进，采用中等转速和钻压，进给速度要慢，防止钻孔偏斜。
、在泥岩中钻进，宜采用中等转速，加大一定的钻速，进尺可加快。
、在硬岩层中钻进，宜采用较大的转速和钻压，预防刀具磨损。
、在过特殊地层时，安排项目部管理人员现场跟班督导。
、由周丽明、付新鹏负责加强现场监督、检查、确保施工过程规范。
通过 QC 小组成员研讨确保钻井质量，优化选择合理的钻进参数，特制订出钻井
参数。
表 8 朱集西煤矿矸石井钻井参数表
制表人：郭厚财 日期：2008 年 12 月
结果：通过上述措施，钻进施工过程中，无安全和质量事故，一级全断面钻进一
次性成功，深度偏斜率为 ‰，圆满按工期完成。
实施 2、比重、失水量和泥皮厚度控制
根据《矿山井巷工程施工及验收规范》的有关规定和以往的施工经验，结合本井
地层的实际情况，合理地配制泥浆并严格控制泥浆各项参数，采用重力沉淀、机械净
化、化学药剂处理等多种手段确保泥浆质量。
、正常钻进时，采用化学药剂处理泥浆，提高其性能，增强护壁效果；
、在粘土层中钻进时，泥浆的比重控制在 ～。
、 在砂层中钻进时泥浆比重控制在 ～，严格控制泥浆含砂量，采用机
械设备清除泥浆中的砂粒，以增加泥皮韧性，减小泥皮厚度。
、泥浆的粘度控制在 18～30 秒。
地层 砂层 粘土层 泥岩 砂岩
钻压(KN) ≤300 ≤400 ≤350 ≤700
、严格控制泥浆含砂量，采用机械设备清除泥浆中的砂粒，以增加泥皮韧性，
减小泥皮厚度。
、在易膨胀和易坍塌的地层中钻进时，要严格控制失水量；
、经常对沉淀池、循环池进行清理，清除沉砂、积淤，对不符合要求的泥浆
应及时处理，确保泥浆质量。
注：在实际施工中，应随时根据地层的变化情况，及时调整，选择最佳参数，提
高纯钻进效率。
结果：通过对泥浆实地测量，泥浆比重、失水量和泥皮厚度都控制在要求范围之
内，没有出现坍塌和缩径现象，满足钻进要求。
三）C（检查）阶段
实施效果检查
从 2008 年 11 月至 2009 年 12 月，钻进施工顺利完成，并通过测斜检测，很好地
完成了目标。
在我们 QC 小组活动期间，重点对一级全断面钻进施工质量控制的 3 个主要因素
制定了措施及目标并对措施进行效果检查。
表 9 效果检查表
序
号
要 因
项 目
目 标 效果检查
1
钻 压 控 制
不到位
制订的相应钻压是
否适宜该地层的钻
进
基本适宜该地层的钻进，各别地层在钻进中
出现进尺缓慢，我们及时调整了钻进参数，
效果比较理想，加快了成井速度。
2
比 重 控 制
不到位
将泥浆比重控制在
要求范围之内
通过对各阶段的泥浆实地测量，泥浆比重满
足要求
3
失 水 量 和
泥 皮 厚 度
控 制 不 到
位
将失水量和泥皮厚
度控制在要求范围
之内
通过对各阶段泥浆参数的实验，及时全面地
掌握泥浆在施工中的变化，并及时做出处理
方案，优质的完成临时支护井帮的作用。
总效果
（1）目标完成情况
工程质量得到了业主和监理的认可，工程质量优良率达到了 95％以上，顾客满
意度均在 95％以上。钻进施工过程中，成井质量优良。
完成目标一、工程质量优良率达到 98％。
完成目标二、一级全断面钻进一次性成功，钻进深度符合设计深度，偏斜率为
‰。
（2）经济效益
本次高质量快速成井，保证了整体工期的提前，减少了上百万的工程附加投资，
经济效益显著。
直接经济效益
a、减少机械设备租赁费用： 万元/天×30 天 = 78 万元
b、减少人工费用： 1 万元/天×30 天 = 30 万元
c、减少管理费用： 万元/天×30 天 = 15 万元
共计节约费用： 123 万元
（3）社会效益
朱集西煤矿矸石井钻井井筒是皖北煤电集团重点项目，也是国家重点项目，受
到各方的广泛关注。本次我们钻井工程处朱集西矿矸石井项目部 QC 小组对整个一级
全断面钻进施工质量进行了全程 PDCA 控制，保质保量的实现了既定目标，为以后
施工奠定了扎实的基础。整个活动得到了业主、监理的一致好评，取得了良好的社会
效益，期间我们还参与了多次行业 QC 成果的交流，力求不断完善小组的质量管理能
力。
四）A（处理）阶段
1、巩固措施
通过对一级全断面钻进施工过程进行了分析、研究和总结，使我们更深入的了解
到钻进参数、泥浆参数对钻进施工的影响。本次顺利钻进到底，我们不仅得到了宝贵
的工程经验，继续巩固和完善措施，同时也制定了“全断面钻进的质量管理操作指导
书” 并下发至班组，在今后的施工中严格执行。
为了完善活动成果，今后我们将充分利用活动规则对各措施执行情况进行跟踪分
析，继续推广成果，接受更全面的验证。
2、总结及下一步打算
、通过 QC 活动的开展，管理层及全体职工的质量意识提高了，工程质量提高了，即
取得了经济效益又收获了社会效益，为公司在以后的发展奠定了良好基础。
、小组成员认为有计划的开展 QC 活动，是提高工程质量行之有效的途径，
增强了小组成员抓好工程质量的信心，同时提高了团队合作精神。
、小组成员掌握了 QC 工具的运用，找到了通过要因确认、对策实施等流程
去解决问题的途径。
下一步打算：施工中我们发现，钻进法凿井泥浆是由水、粘土和化学药剂配置而
成的化学泥浆，胶体率 100％，具有极强的稳定性，在自然条件下存放不会脱水固化。
以往的处理方法就是挖池存放，其缺点：一是占用大量的土地（20～30 亩/井）；二是
对环境带来破坏。钻井泥浆无害化处理就是采用化学与机械相结合的方法对泥浆进行
水土分离，分离出的水或回收利用或经处理后就地排放，分离出的泥经脱水固化后用
于场地回填或复耕，为了实现钻井泥浆无害化处理，彻底解决钻井泥浆占用土地存放
和破坏环境问题，我们将继续开展 QC 活动，将《钻井泥浆无害化处理》作为小组下
一次活动课题。
