張建新　李治國(guó)

[摘要]通過(guò)起拔鉆具工藝技術(shù)在崔木煤礦瓦斯地質(zhì)勘探中的應(yīng)用實(shí)際，解決了瓦斯地質(zhì)勘探中存在的鉆具起拔問(wèn)題，為煤礦瓦斯地質(zhì)勘探提供了新的鉆探技術(shù)。

當(dāng)前，煤炭作為我國(guó)重要的一次性能源之，在促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的支撐作用。但是最近幾年，隨著我國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦的安全事故頻頻發(fā)生，再加上煤礦深處地下，底層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在實(shí)施鉆探工作時(shí)難免引發(fā)各種安個(gè)事故，嚴(yán)重影響鉆具的正常工作，甚至導(dǎo)致鉆具無(wú)法拔出等等，進(jìn)而引發(fā)了起拔加壓鉆進(jìn)等問(wèn)題。本文筆者主要對(duì)煤礦地質(zhì)瓦斯起拔鉆探技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，希望能夠?yàn)樘岣呶覈?guó)煤礦瓦斯排放井的鉆探水平盡自已的微薄之力。

[關(guān)鍵詞]瓦斯地質(zhì)鉆孔；起拔鉆具工藝；應(yīng)用

引言

采用不科學(xué)起拔工藝的煤礦瓦斯地質(zhì)鉆探存在的問(wèn)題：在煤礦瓦斯勘探孔施工過(guò)程中，由于不科學(xué)的鉆具起拔工藝，常常導(dǎo)致嚴(yán)重的埋鉆事故和卡夾鉆事故，處理此類事故將耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間，一旦事故處理不當(dāng)，甚至?xí)斐摄@孔報(bào)廢，形成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響到整個(gè)工程的施工。

起拔鉆具工藝的定義：即通過(guò)科學(xué)合理的施工技術(shù)，處理好鉆具起拔時(shí)的孔內(nèi)各種復(fù)雜情況，保證鉆具順利起拔。

一、崔木煤礦地質(zhì)概況

崔木煤礦位于永隴礦區(qū)東端，屬隴東黃土高原南緣梁塬溝壑區(qū)。礦區(qū)為第四系黃土及新近系紅土所覆蓋，地表在溝谷中零星出露有白堊系下統(tǒng)洛河組。據(jù)以往鉆孔揭露的地層由新到老依次為：第四系（Q）、新近系（N）、白堊系下統(tǒng)洛河組（K₁1）、宜君組（K₁y），侏羅系中統(tǒng)安定組（J₂a），直羅組（J₂z）、延安組（J₂y）?，F(xiàn)分述如下：

二、起拔鉆具工藝的應(yīng)用

主要指的是對(duì)煤巖層中賦存的瓦斯通過(guò)采用鉆孔的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行抽放，從而最大程度減少礦井瓦斯涌水等災(zāi)害對(duì)煤礦生產(chǎn)產(chǎn)生的安全隱患，有助于提高煤礦生產(chǎn)的安全性。最近幾年，隨著煤礦鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦瓦斯地質(zhì)起拔鉆具工藝技術(shù)作為一種新型的鉆探技術(shù)被廣泛運(yùn)用于煤礦瓦斯鉆探中，但是由于煤礦系統(tǒng)自身缺乏專業(yè)的鉆探技術(shù)人員導(dǎo)致煤礦在大規(guī)模實(shí)施地質(zhì)鉆探工藝時(shí)基礎(chǔ)理論方面的研究還不夠充分，針對(duì)鉆探工藝相關(guān)的配套還需要進(jìn)一步完善，所以研究煤礦瓦斯地質(zhì)鉆探工藝是當(dāng)前煤礦瓦斯開(kāi)采的迫切需要。

（一）煤礦瓦斯地質(zhì)鉆孔起拔鉆具工藝對(duì)鉆具的要求

當(dāng)前，在起拔鉆具工藝中最基本的理論為非平衡鉆探工藝?yán)碚?，通過(guò)對(duì)該理論的分析研究我們可以總結(jié)出：在煤礦瓦斯地質(zhì)鉆孔起拔鉆具時(shí)，施加的壓力越大，鉆具絲扣所承擔(dān)的壓力也越大，因此如果強(qiáng)行將鉆具起拔會(huì)嚴(yán)重縮短鉆具的使用年限。因此在煤礦瓦斯地質(zhì)鉆孔起拔鉆具工藝中，對(duì)鉆具主要有以下幾方面的要求：一是要提高鉆桿壁的厚度，主要是為了提高鉆桿承受摩擦的能力，增強(qiáng)鉆桿抵抗摩擦的性能；二是要對(duì)鉆桿的絲扣進(jìn)行技術(shù)處理，從而提高絲扣的機(jī)械強(qiáng)度，提高其使用壽命；三是要正確配置好鉆具的級(jí)配關(guān)系，要根據(jù)煤礦瓦斯排放孔的鉆孔結(jié)構(gòu)，使用相對(duì)應(yīng)的鉆具級(jí)配合以及防突鉆頭來(lái)構(gòu)成合理的鉆具級(jí)配。

（二）煤礦瓦斯地質(zhì)起拔鉆具工藝分析

1、孔內(nèi)巖性狀況分析

在通常情況下，實(shí)施煤礦瓦斯地質(zhì)起拔鉆具工藝時(shí)，孔內(nèi)巖性主要有以下5種存在狀況：

（1）各種類型的坍塌物；（2）瓦斯、鉆渣以及水形成的混合物；（3）小構(gòu)造帶中角礫巖和采空區(qū)的回填物等；4）在煤系地層中，因此泥巖的塑性作用以及軟煤層在瓦斯的壓力下形成的孔隙；（5）孔內(nèi)變徑臺(tái)階部的積渣。

2、孔內(nèi)不同巖性的鉆進(jìn)參數(shù)變化分析

當(dāng)前，引起孔內(nèi)不同巖性的鉆進(jìn)參數(shù)發(fā)生變化的因素有兩類，一類是由卡鉆因素導(dǎo)致的起拔鉆探參數(shù)值發(fā)生變化，另類是坍塌埋鉆導(dǎo)致的起拔鉆具參數(shù)值發(fā)生變化

（1）卡鉆因素導(dǎo)致拔鉆具參數(shù)值發(fā)生變化

卡鉆因素導(dǎo)致拔鉆具參數(shù)值發(fā)生變化，主要分為斷層角礫巖式卡鉆和采空區(qū)回填物料時(shí)卡鉆兩種情況。

①當(dāng)鉆頭在鉆進(jìn)斷層角礫巖一帶時(shí)，角礫巖一帶因?yàn)槭艿綇?qiáng)烈震動(dòng)破碎，因?yàn)槭チ藥r石的支撐導(dǎo)致鉆頭在工作下失去了穩(wěn)定性，被震松的角礫巖遇到鉆頭鉆進(jìn)時(shí)鉆進(jìn)參數(shù)會(huì)不斷加大，且回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的阻力達(dá)到極限值。然而隨著鉆頭回轉(zhuǎn)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，鉆具在煤礦瓦斯鉆孔中起拔時(shí)所遇的阻力也會(huì)逐漸加大，進(jìn)而形成了起拔不動(dòng)的現(xiàn)象。

②當(dāng)鉆頭在鉆至采空區(qū)時(shí)，接觸到的回填物料的空隙密度較大，這時(shí)鉆頭主要是沿著回轉(zhuǎn)共轉(zhuǎn)性的徑向擺動(dòng)。隨著巖層的不斷塌落，進(jìn)行起拔和鉆進(jìn)的難度加大，且起拔鉆進(jìn)的參數(shù)超過(guò)正常的范圍，增加事故發(fā)生的概率。

（2）坍塌埋鉆引發(fā)起拔鉆具參數(shù)值發(fā)生變化

在煤礦瓦斯地質(zhì)鉆孔起拔鉆具中，常見(jiàn)的坍塌有前置式坍塌、后置式坍塌以及聯(lián)合式坍塌三種。前置坍塌會(huì)增強(qiáng)鉆具回轉(zhuǎn)的阻力，導(dǎo)致鉆具回轉(zhuǎn)不均勻，①如果起拔鉆探時(shí)，發(fā)生了導(dǎo)致進(jìn)給壓力參數(shù)不斷降低，針對(duì)這種情況在鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)該及時(shí)調(diào)整給進(jìn)壓力，從而保證鉆進(jìn)工作的正常開(kāi)展。②起拔鉆具時(shí)出現(xiàn)了后置式坍塌，會(huì)導(dǎo)致鉆具的提升阻力加大而回轉(zhuǎn)扭矩和給進(jìn)壓力都沒(méi)有顯著變化，但是起拔力不斷升高，如果在這種情況下依然強(qiáng)行拔起就很可能導(dǎo)致鉆具無(wú)法拔出、甚至斷裂。針對(duì)這種情況最好先讓鉆具繼續(xù)保持回轉(zhuǎn)，然后將坍塌的堆積物徹底掃碎、清除干凈。③如果在起拔鉆具時(shí)發(fā)生了聯(lián)合式坍塌，鉆探參數(shù)的變化較為明顯，回轉(zhuǎn)阻力不斷升高，鉆具難以鉆進(jìn)，泥漿泵的壓力急速升高導(dǎo)致憋泵狀態(tài)，這種情況事故處理難度較大。

3、煤礦瓦斯地質(zhì)起拔鉆進(jìn)中的排渣原理分析

（1）坍塌埋鉆的排渣原理分析

①前置式坍塌排渣原理：首先立即停止鉆進(jìn)工作，并將鉆具的轉(zhuǎn)度適當(dāng)降低。針對(duì)憋泵較為嚴(yán)重的情況，應(yīng)該馬上關(guān)閉泥漿泵，上下緩慢串動(dòng)鉆具，然后開(kāi)泵，利用高壓水來(lái)沖擊坍塌物，使其逐漸松動(dòng)，在整個(gè)過(guò)程中要嚴(yán)格觀察泥漿泵的情況，如果發(fā)現(xiàn)泥漿泵的壓力下降時(shí)可以對(duì)其注水，并注意控制好泥漿泵的壓力，將鉆具慢慢從坍塌物中逐漸起拔出來(lái)。一般情況下鉆孔的深度越大，排渣所耗的時(shí)間也越多。最近兒年，隨著煤礦瓦斯鉆孔的深度不斷加大，其作業(yè)時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，這給排渣工作增加了難度。但是在坍塌埋鉆排渣中，排渣的時(shí)間并非僅僅是由孔的長(zhǎng)度來(lái)決定的，另外鉆孔的傾角和鉆孔的軌跡也會(huì)影響排渣的時(shí)間，鉆孔的傾角越大、軌跡越彎曲，排渣所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。

②后置式坍塌的排渣原理：首先應(yīng)該切忌不能強(qiáng)行起拔鉆具，要繼續(xù)讓鉆具保持較低的回轉(zhuǎn)速度，使前后松動(dòng)鉆具。如果出現(xiàn)了憋泵的現(xiàn)象，應(yīng)該馬上停止供水，并讓壓力水從松動(dòng)的空隙中排除，待到水泥泵的壓力下降時(shí)，再緩緩注入水，從而實(shí)現(xiàn)排渣的目的。

③聯(lián)合式坍塌的排渣原理：首先應(yīng)該要讓鉆具在低轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩的情況下回轉(zhuǎn)，與此同時(shí)應(yīng)該馬上停止給進(jìn)，并將給進(jìn)主動(dòng)鉆具向上撤回從而給鉆具下部留下可以活動(dòng)的空間，為了能夠讓出現(xiàn)坍塌的底層穩(wěn)定下來(lái)，需要先停止泥漿泵的供水，然后關(guān)掉泥漿泵，將鉆具調(diào)整到柔性活動(dòng)以此來(lái)達(dá)到疏通埋渣的目的。最后，工作人員還應(yīng)該嚴(yán)密監(jiān)察孔口排渣、鉆機(jī)參數(shù)以及泥漿泵壓力的變化情況，在排渣時(shí)要按照由少到多的原則。坍塌埋鉆的排渣如果出現(xiàn)瓦斯突出時(shí)，則應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)判斷突出量，從而采取有效措施避免發(fā)生火災(zāi)及瓦斯中毒事故。

（2）起拔鉆具造成的鉆渣擁堵的排渣原理

首先應(yīng)該馬上停止對(duì)鉆具的起拔工作，并同時(shí)注意觀察鉆具在無(wú)水狀態(tài)下的回轉(zhuǎn)運(yùn)作狀態(tài)，切記不能強(qiáng)行起拔鉆具。其次要對(duì)擁渣的具體情況進(jìn)行及時(shí)判斷，從實(shí)際情況出發(fā)采取有效措施進(jìn)行排渣。如果鉆具在起拔時(shí)壓力不斷增加，則需要馬上停止拔起，通過(guò)對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整等途徑來(lái)將孔內(nèi)的擁渣逐漸排出來(lái)，或者可以采用高壓水對(duì)鉆孔進(jìn)行沖刷，當(dāng)沖刷的水逐漸變清澈時(shí)可以繼續(xù)起拔鉆具。

（3）鉆孔揭露瓦斯地質(zhì)構(gòu)造帶排渣原理

在煤礦瓦斯開(kāi)采中，判斷瓦斯是否富集的重要條件是瓦斯的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，在鉆孔揭露瓦斯地質(zhì)構(gòu)造帶中，因?yàn)橥咚沟耐苿?dòng)，在鉆孔中的各種混合物會(huì)沿著孔的間隙不斷噴出，主要有瓦斯氣體、泥漿以及鉆渣的混合物和瓦斯、鉆渣以及壓力風(fēng)混合物。前者的排渣較為簡(jiǎn)單，效果也顯著。但是后者因?yàn)槭艿綐?gòu)造的影響以及地層缺乏穩(wěn)定性，在瓦斯的推動(dòng)下，很容易引發(fā)坍塌，導(dǎo)致風(fēng)量排渣難度較大，增加了鉆進(jìn)的難度。

三、應(yīng)用效果分析

在崔木煤礦瓦斯孔鉆探施工中，采用科學(xué)的起拔鉆具工藝配合雙壁氣舉反循環(huán)技術(shù)以后，和以往瓦斯孔的施工效果相比，鉆具起拔工序中的卡夾鉆、埋鉆事故大大降低，施工效率提高了近18%，取得了很好的工藝效果和經(jīng)濟(jì)效果。

四、總結(jié)

綜上所述，通過(guò)實(shí)施瓦斯排放孔科學(xué)高效的鉆具起拔技術(shù)，能大大提高瓦斯排放孔的鉆探施工效率，對(duì)煤礦瓦斯進(jìn)行科學(xué)的開(kāi)發(fā)和利用、有效降低煤礦瓦斯發(fā)生不安全事故的概率，有著很高的實(shí)用價(jià)值。不僅有利于實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)還能夠進(jìn)一步保證工作人員的安全，促進(jìn)煤炭經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。