熊 杰，來 甲，高衛(wèi)乾

(陜西韓城天久注漿勘探有限責(zé)任公司，陜西韓城715400)

1 工程概況

大口徑瓦斯抽排孔能高效地將煤礦井下瓦斯排到地面。2014年，我公司在陜西省銅川市印臺區(qū)紅土鎮(zhèn)金華山煤礦施工了一口設(shè)計(jì)深度400 m，孔徑850 mm，孔中下入630 mm×12 mm井壁管固井的瓦斯抽排井。實(shí)際孔徑為850 mm，終孔深度401.6 m，透進(jìn)總回風(fēng)巷道，測斜計(jì)算總偏距為9.34 m。

施工設(shè)備選用TSJ－2600/660型鉆機(jī)1臺(配套As27－90型鉆塔)，TBW－1200/7B型泥漿泵1臺，電動機(jī)(185 kW)1臺，JSN－1型泥漿凈化機(jī)1臺。

采用三牙輪鉆頭泥漿循環(huán)護(hù)壁鉆進(jìn)(透巷)和組焊牙輪鉆頭兩路清水冷卻擴(kuò)孔鉆進(jìn)工藝。鉆孔各項(xiàng)指標(biāo)及護(hù)孔下管固井均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求?？偨Y(jié)分析施工過程得失，對同類孔的設(shè)計(jì)施工具有重要的借鑒意義。

2 地質(zhì)條件

金華山煤礦瓦斯抽排井地層結(jié)構(gòu)相對簡單，主要地層是第四系黃土(Q)，二疊系上統(tǒng)石千峰組(P2－2)、上 石 盒 子 組 (P2－1)、下 統(tǒng) 下 石 盒 子 組(P1－2)、山西組(P1－1)的砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖互層，上石炭統(tǒng)太原組(C3t)泥巖及煤，中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O1+2)灰?guī)r。黃土層段0～10.6 m，砂巖及砂質(zhì)泥巖段10.6～115.96 m，泥巖段115.96～120.46 m，砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤段120.46～385 m，灰?guī)r段385～401.6 m。

3 鉆孔施工工藝

3．1 鉆進(jìn)方法

3．2 鉆具級配

一開導(dǎo)孔孔徑311 mm，采用塔式組合鉆具結(jié)構(gòu):108 mm×108 mm四方立軸+127 mm鉆桿+177.8 mm鉆鋌 +203.2 mm鉆鋌(帶3個311 mm扶正器)+311mm三牙輪鉆頭。

二開～四開擴(kuò)孔采用前導(dǎo)向塔式組合鉆具結(jié)構(gòu):108 mm×108 mm四方立軸+127 mm鉆桿+177.8 mm鉆鋌 +203.4 mm 鉆鋌 +480、650、850 mm前導(dǎo)向組合牙輪擴(kuò)孔鉆頭。

3．3 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

黃土層段鉆進(jìn)時，鉆進(jìn)參數(shù)控制如下:壓力30～50 kN，轉(zhuǎn)速48～69 r/min，泵量1200 L/min;

巖層地層鉆進(jìn)時，視巖層軟硬變化情況，鉆進(jìn)參數(shù)控制如下:壓力80～200 kN，轉(zhuǎn)速69～100 r/min，泵量250～1200 L/min。

3．4 沖洗液

一開鉆進(jìn)中采用Na－CMC處理的優(yōu)質(zhì)細(xì)分散泥漿，以防止井壁坍塌及縮徑。開孔泥漿性能指標(biāo)為:固相含量4% ～8%(體積之比)，密度1.05～1.08 g/cm3，粘度17 ～19 s，失水量10 mL/30 min 左右，含砂量＜4%。隨著孔深增加，由于地層自造漿作用，泥漿逐漸變稠，此時采用稀釋劑調(diào)稀。進(jìn)入第三系泥巖，固相含量4% ～8%，密度1.08～1.1 g/cm3，粘度18 ～22 s，失水量 15 mL/30 min。二開至四開擴(kuò)孔均采用泥漿泵對鉆具內(nèi)外兩路供適量(30～50 L/min)清水濕潤沖洗巖層、鉆頭并冷卻鉆具的沖洗冷卻工藝。

3．5 圓孔、溜孔

3．6 下管、固井施工

3．7 井底護(hù)管結(jié)構(gòu)及安裝

3．7．1 護(hù)管結(jié)構(gòu)(見圖1)

圖1 鉆孔及井底護(hù)管結(jié)構(gòu)

3．7．2 護(hù)管安裝

在圓孔和溜孔結(jié)束后進(jìn)行孔底防護(hù)、底板處理和護(hù)管安裝固定。

(1)孔底防護(hù):在井底回風(fēng)巷道中安裝護(hù)管前，孔底口位置搭設(shè)一個防護(hù)用井字架、上人梯及提管用兩道橫梁，立管頂?shù)较锏理敯澹阢@孔底口位置設(shè)置一個自制的護(hù)板，防止在護(hù)管安裝進(jìn)孔內(nèi)前掉塊傷人。

(2)底板處理:在孔底正對巷道底板開鑿1.5 m×1.5 m×0.5 m底板窩，澆筑C20混凝土，其表面設(shè)置一塊特制的1.2 m×1.2 m×0.2 m鋼墊板。

3．8 循環(huán)泥漿、下管

將孔內(nèi)充滿優(yōu)質(zhì)泥漿后進(jìn)行循環(huán)是利用泥漿循環(huán)在孔壁形成薄薄的一層泥皮以保護(hù)孔壁完整性，防止掉塊掉渣，同時沖撈井底沉渣，確保安全下管?？變?nèi)泥漿用量約430 m3。井壁管使用630 mm×12 mm無縫鋼管，其最下一根靠上部管內(nèi)預(yù)設(shè)置開槽貼片式C20混凝土浮力塞2 m。下管使用開孔穿銷提吊下管法，采用手工電弧焊焊接。共安裝了630 mm無縫鋼管402.1 m(地面以上0.5 m，孔內(nèi)安裝401.6 m)。焊接工藝方法是:焊口對接完成采用打底焊一圈，填充焊滿平后，進(jìn)行貼片焊接，每個接口貼片7塊，貼片之間焊口進(jìn)行蓋面焊，蓋面焊出圓弧凸舌。管內(nèi)利用注水克服浮力和壓強(qiáng)，總注水量控制在64 m3，鉆塔最大承載力120 kN，管內(nèi)外最大水位差170 m。下管到位后割掉最后一根提吊管材。

3．9 固井、透孔放水

采用孔底放漿，井壁管外灌漿固井工藝。水泥型號為 PO42.5 MPa，水灰比0.5∶1，灌漿量210 m3，消耗水泥260 t?？卓诙位毓嘞乃?.5 t，灌漿量3 m3。

候凝3 d后透開管底浮力塞并透孔到底，在井底閥門處放空管內(nèi)水，將井底沉淀管拆卸并檢查管內(nèi)插接良好并固管正常。井口用700 mm×10 mm鋼板密封完好。

4 施工中出現(xiàn)的問題與對策

4．1 護(hù)管安裝，井底漏失

在井底護(hù)管安裝固結(jié)完畢，孔內(nèi)加泥漿后期發(fā)現(xiàn)井底巷道頂部，靠近孔底護(hù)管附近有水滴狀滲漏清水、一邊墻體裂隙呈線狀流出清水，采用添加高粘堵漏劑的凝膠泥漿進(jìn)行堵漏，經(jīng)過12 h的滲透，第二天下井觀察消除了頂板和巷幫滲漏水問題。

4．2 地層漏失

孔里灌泥漿至36～46 m段時發(fā)現(xiàn)漏失嚴(yán)重:多次灌泥漿雖能抬升水位，但停灌后水位下降很快，監(jiān)測漏失量為1 m3/h。首先采用水沖鋸末進(jìn)行堵漏，目的是通過加水使鋸末沖進(jìn)大裂隙，充填、封堵大空隙，從而降低后續(xù)堵漏漿液的大量漏失，接著用泥漿沖入添加一袋水泥的0.5 m3的鐵箱中，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，加入適量預(yù)拌制好的高粘堵漏劑，攪拌均勻混合堵漏液，人工灌入井內(nèi)，分4次共交替灌入6 m3堵漏漿液和15 m3泥漿，測水位為13.7 m，停待1 h后檢測水位無變化，透孔循環(huán)證實(shí)堵漏成功。

5 經(jīng)驗(yàn)體會

(1)大口徑瓦斯鉆孔采用一鉆三擴(kuò)鉆進(jìn)方法，解決了鉆具壓力嚴(yán)重不足和沖洗液上返流速太低的難題，降低了鉆孔施工難度，提高了工效。

(2)鉆孔小徑透巷后直接采用小水量沖洗冷卻鉆具擴(kuò)孔工藝，即滿足了常規(guī)鉆進(jìn)工藝沖洗冷卻鉆具的技術(shù)要求，也能直接將鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖粉沖落入井底進(jìn)行集中清理運(yùn)走，避免了二次重復(fù)破碎，大幅度提高了鉆進(jìn)工效、降低了鉆孔成本，同時也可達(dá)到安全鉆進(jìn)的目的。

(3)下管前成功實(shí)施了井底護(hù)管安裝固定，為孔內(nèi)充滿循環(huán)用泥漿提供了決定性條件，達(dá)到了維護(hù)孔壁及對井壁管產(chǎn)生浮力，減少鉆塔承載力，從而降低井壁管自重對井壁管提吊部位、焊縫張拉及鉆塔的危害，起到了多重效應(yīng)。

6 結(jié)語

通過本次瓦斯孔施工，總結(jié)出了一套有關(guān)大口徑瓦斯抽排井工程小徑透巷后的安全高效系統(tǒng)的施工技術(shù)工藝路線，為今后同類工程鉆孔施工提供了可借鑒的方法和經(jīng)驗(yàn)。

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