時(shí)曉

摘 要：主要介紹了組合式套管鉆進(jìn)工藝在平煤股份公司某礦井下鉆孔中的應(yīng)用，總結(jié)了操作中的技術(shù)要點(diǎn)，分析了存在的問(wèn)題，提出了建議，為在井下破碎地層條件下施工鉆孔提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：套管跟進(jìn)；破碎；地層；鉆孔；應(yīng)用

一、概述

在井下巷道底板施工下行鉆孔時(shí)，由于底鼓現(xiàn)象已經(jīng)成為煤礦中比較常見(jiàn)的礦壓顯現(xiàn)，經(jīng)歷采動(dòng)影響的采準(zhǔn)巷道底鼓問(wèn)題尤為普遍和嚴(yán)重[1]，其特性類似于人工填土，地層破碎情況嚴(yán)重，孔壁坍塌強(qiáng)烈，采用套管鉆進(jìn)也難以正常施工[2]，而跟管鉆進(jìn)技術(shù)在井下也未普遍地應(yīng)用。

目前，鉆探所采取的化學(xué)泥漿鉆進(jìn)工藝，在有裂隙、破碎掉塊、縮徑、坍塌、砂層、漏失等地層鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)保護(hù)孔壁起到了很大作用。但是在煤礦井下施工十分破碎底板鉆孔時(shí)，泥漿在底板甚至數(shù)米范圍內(nèi)四處流溢，根本起不到任何護(hù)壁作用。還有一種常用的處理方法是使用水泥漿加固底板，一般需要凝固48小時(shí)，影響了鉆探效率。同時(shí)，在鉆孔需要穿揭煤層時(shí)，由于井下鉆孔多數(shù)非垂直鉆進(jìn)，需要揭露煤層厚度可達(dá)數(shù)米，煤壁穩(wěn)定性較垂直鉆孔差，化學(xué)泥漿鉆進(jìn)工藝亦不能保證有效，給鉆孔向深部鉆進(jìn)留下了安全隱患。

組合式套管鉆進(jìn)工藝有別于套管鉆進(jìn)和跟管鉆進(jìn)技術(shù)，其特點(diǎn)主要是使用傳統(tǒng)的鉆桿來(lái)傳遞機(jī)械能和水力能量，先鉆桿帶動(dòng)鉆頭鉆進(jìn)，再將鉆桿接上套管帶動(dòng)套管擴(kuò)孔鉆進(jìn)跟進(jìn)，是將兩者組合進(jìn)行的作業(yè)過(guò)程。與跟管鉆進(jìn)工藝相比，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在可以相對(duì)自由地選擇鉆頭、套管的規(guī)格，可自由選擇水力和風(fēng)力方式排粉，排粉通暢，地層適應(yīng)性強(qiáng)。與套管鉆進(jìn)工藝相比，其優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)套管的材質(zhì)要求較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，成本低廉。它解決了開(kāi)孔即塌、穿煤厚度大煤壁不穩(wěn)定的因素，是在煤礦井下施工底板鉆孔省時(shí)、省力、有效的鉆探工藝。

2015年，我單位承擔(dān)了平煤股份公司某礦氣源孔的施工任務(wù)，采用本工藝，成功穿越了底板破碎帶和厚煤層易坍塌帶，圓滿完成了7個(gè)鉆孔的鉆鑿施工任務(wù)。

二、工程概況

平煤股份公司某礦擬在中區(qū)丁5、6-21180機(jī)巷車場(chǎng)鉆場(chǎng)、東區(qū)并聯(lián)總回風(fēng)巷鉆場(chǎng)和戊8、9-21192風(fēng)巷車場(chǎng)鉆場(chǎng)分別向本礦戊8、9-20230老空區(qū)、鄰礦己15-17220回采工作面施工7氣源孔，抽采瓦斯，加以利用。該礦丁組、戊組煤層厚煤層，中區(qū)丁組煤、東區(qū)戊組煤采掘活動(dòng)開(kāi)始于上世紀(jì)90年代，現(xiàn)已經(jīng)結(jié)束采掘，回收工作已經(jīng)接近尾，所有采掘巷道均已停止維護(hù)，底鼓量最大可達(dá)到1.2m，底鼓帶十分破碎，特征與人工填土類似。而7個(gè)鉆孔均需在巷道底板開(kāi)孔，亦需穿越厚煤層。

三、設(shè)備、工具選型

ZDY-4000S煤礦用全液壓臥式鉆機(jī)；BW-250型泥漿泵；

73mm鉆桿；94mm無(wú)芯復(fù)合片鉆頭；127mm地質(zhì)套管；133mm鋸齒鉆頭。

四、施工工藝

（一）鉆具組合。（1）鉆頭鉆進(jìn)時(shí)鉆具組合。Φ73普通圓鉆桿+Φ94mm鉆頭。（2）套管鉆進(jìn)時(shí)鉆具組合。Φ73普通圓鉆桿

+Φ73/Φ127mm套管螺絲頭+Φ127mm套管+Φ 133mm套管鉆頭。

（二）工藝流程。（1）開(kāi)孔時(shí)鉆頭鉆進(jìn)操作步驟。與普通鉆桿鉆進(jìn)相同。（2）孔內(nèi)有擴(kuò)孔鉆進(jìn)套管時(shí)鉆頭鉆進(jìn)操作步驟。其操作步驟與開(kāi)孔時(shí)鉆頭鉆進(jìn)操作步驟相仿，僅在安裝￠73mm鉆桿前將￠127mm短接頭擰到擴(kuò)孔鉆進(jìn)套管頂端，以保護(hù)其絲扣部分不在鉆桿高速旋轉(zhuǎn)中磨損。（3）套管擴(kuò)孔鉆進(jìn)操作驟。1）當(dāng)￠73mm鉆桿接縫之一處于前夾持器和孔口之間，且距離孔口不小于0.2m時(shí)，停泵、停電，取下送水器。2）使用牙鉗卡緊鉆桿接縫處前一根鉆桿，反轉(zhuǎn)，擰開(kāi)鉆桿?？變?nèi)鉆桿在孔底巖面支撐下或在孔壁摩擦力支撐下自然停靠。3）送電，給進(jìn)裝置后退至最大行程。松開(kāi)動(dòng)力頭，停電，將鉆桿依次取出。4）將

￠127mm套管短接頭卸下，接上套管，再將螺絲頭擰到套管上。將￠73mm鉆桿擰到螺絲頭上。5）將￠73mm鉆桿依次通過(guò)動(dòng)力頭并與螺絲頭上鉆桿接合，使用牙鉗擰緊。6）將送水器接入動(dòng)力頭后端鉆桿上。7）送電，開(kāi)啟泥漿泵，待孔口返水時(shí)，閉合動(dòng)力頭。調(diào)整好將給進(jìn)壓力調(diào)整為2MPa，轉(zhuǎn)速調(diào)整至100r/min。調(diào)整泥漿泵壓力為2MPa，泵量250L/min。操作鉆機(jī)給進(jìn)手柄，鉆進(jìn)。（4）擴(kuò)孔護(hù)壁套管跟進(jìn)循環(huán)步長(zhǎng)。由于鉆桿在孔內(nèi)自然?？浚绻M(jìn)步長(zhǎng)過(guò)大的話，￠127mm套管螺絲頭則研磨鉆桿，形成不進(jìn)尺的現(xiàn)象，嚴(yán)重的話將鉆桿絲扣磨損，造成鉆孔報(bào)廢。套管跟進(jìn)循環(huán)步長(zhǎng)最大不超過(guò)1.2m。

（三）技術(shù)要點(diǎn)。（1）根據(jù)巷道情況，鉆機(jī)盡量靠后，盡量抬高，使前夾持器與孔口距離保持最大，最好保持在0.8m及以上。同時(shí)根據(jù)前夾持器與孔口距離確定套管長(zhǎng)度，一般為0.8～1.2m。（2）套管擴(kuò)孔鉆進(jìn)跟進(jìn)步長(zhǎng)不宜超過(guò)一根套管和螺絲頭長(zhǎng)度之和，一般在1.2m以下。（3）施工鉆孔時(shí)，宜同化學(xué)泥漿鉆進(jìn)工藝配合使用，確保排渣充分，孔內(nèi)干凈。（4）套管擴(kuò)孔跟進(jìn)結(jié)束時(shí)，要留足時(shí)間，充分排粉，保證孔底干凈，避免孔底沉渣埋沒(méi)鉆頭。（5）套管底切削合金質(zhì)量必須過(guò)硬，焊接必須牢固，確保套管鉆頭至少可以使用到穿過(guò)破碎易坍塌地段。（6）套管必須是國(guó)標(biāo)地質(zhì)套管，壁厚不能小于6mm，強(qiáng)度必須至少為

DZ40，套管絲扣宜為梯形扣。（7）套管擴(kuò)孔跟進(jìn)時(shí)，必須根據(jù)地層軟硬情況合理調(diào)整給進(jìn)壓力和轉(zhuǎn)速，給進(jìn)壓力一般為2MPa左右，轉(zhuǎn)速一般為100 r/min左右，確保套管不會(huì)被扭斷。（8）鉆桿鉆進(jìn)時(shí)，最上一根套管加短接頭，以保護(hù)孔內(nèi)套管絲扣。

五、存在的問(wèn)題和建議

采用本工藝，雖然成功施工了7個(gè)氣源孔，但仍存在一些問(wèn)題和需要改進(jìn)的地方，并提出相應(yīng)的建議，以便對(duì)本工藝時(shí)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，更好地應(yīng)用到在煤礦井下破碎、易坍塌地層條件下鉆孔施工上來(lái)。

（一）存在的問(wèn)題：（1）在擴(kuò)孔護(hù)壁套管鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆桿要靠孔底支撐力或孔壁摩擦力自然?？吭诳變?nèi)，因此本工藝適用于下行鉆孔和傾角小于20°左右的上行鉆孔，對(duì)于傾角大于20°左右的鉆孔，無(wú)法使用本工藝。（2）本工藝對(duì)套管材質(zhì)、操作參數(shù)、套管鉆頭、循環(huán)跟進(jìn)步長(zhǎng)要求嚴(yán)格，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，鉆孔往往報(bào)廢，基本上沒(méi)有補(bǔ)救的余地。（3）本工藝操作相對(duì)復(fù)雜，對(duì)職工現(xiàn)場(chǎng)判斷能力和操作技能要求較高。（4）本工藝對(duì)套管跟進(jìn)深度有嚴(yán)格的要求，一般不應(yīng)大于25m，超過(guò)25m，則由于套管連接部分太多，被扭斷的機(jī)率大大增加。

（二）建議。（1）選取強(qiáng)度更高套管材，這樣，無(wú)論在跟進(jìn)深度、給進(jìn)壓力和轉(zhuǎn)速上均可進(jìn)一步提高，對(duì)于深部存在易坍塌地層的鉆孔適用性更高。（2）設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)，盡量選擇巷道斷面大的鉆場(chǎng)，鉆孔與巷道的夾角盡可能最小，以便鉆機(jī)前夾持器與孔口距離最大，套管可以更長(zhǎng)，降低套管絲扣連接處被扭斷的機(jī)率。（3）本工藝適用于十分破碎、極易坍塌地層，對(duì)于一般破碎、坍塌地層，應(yīng)優(yōu)先選用化學(xué)泥漿鉆進(jìn)工藝或其它鉆進(jìn)工藝。

結(jié)語(yǔ)：本工藝可以相對(duì)自由地選擇鉆頭、套管的規(guī)格，可自由選擇水力和風(fēng)力方式的排粉方式，地層適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)套管的材質(zhì)要求較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，成本低廉，是在煤礦井下破碎、易坍塌地層條件下施工鉆孔的一種有效的手段。

本文從鉆孔施工中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，介紹了工藝流程，羅列了技術(shù)要點(diǎn)，分析了存在的問(wèn)題，提出了合理改進(jìn)的建議，為套管跟進(jìn)鉆進(jìn)工藝在井下破碎、易坍塌地層條件下鉆孔施工中的研究、改進(jìn)、推廣提供了參考資料。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柏建彪，李文峰，王襄禹等，等. 采動(dòng)巷道底鼓機(jī)理與控制技術(shù). 采礦與安全工程學(xué)報(bào)[J]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2011，28（1）：1-5.