趙云良

摘 要： 大直徑鉆孔已廣泛應(yīng)用于煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯直排、通風(fēng)、應(yīng)急救援之中。隨著礦山開采的日益深入，坑道施工平巷也越來越深，坑道內(nèi)通風(fēng)問題日益突出，用于坑道通風(fēng)及瓦斯排放的成本日漸加大。礦山企業(yè)為了降低施工成本，提高坑道瓦斯排放效果，設(shè)計大口徑瓦斯直排孔是必然趨勢。

關(guān)鍵詞： 八連城煤礦;大口徑瓦斯直排孔;鉆探施工技術(shù)

【中圖分類號】TD353 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）04-0213-01

前言：瓦斯突出是煤礦面臨最嚴(yán)重的安全問題之一，隨著我國礦井開采深部逐漸加深，發(fā)生突出的礦井和煤層越來越多，同時我國煤礦復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和開采條件也是導(dǎo)致瓦斯事故多發(fā)的重要因素。為了保證礦井的安全生產(chǎn)，減少瓦斯事故的發(fā)生，必須對瓦斯進(jìn)行防治。現(xiàn)在部分礦井已經(jīng)開始采用大口徑瓦斯直排孔技術(shù)來防治瓦斯，由于該技術(shù)采用長距離鉆進(jìn)的方式，施工周期短，并且抽放效果好，已經(jīng)開始在很多礦井得到了廣泛推廣，已逐步成為礦井防治瓦斯的主要技術(shù)手段。

1 工程概況

1.1 項目背景

八連城煤礦現(xiàn)有瓦斯抽采系統(tǒng)為地面集中抽采和井下臨時抽采相結(jié)合的方式。地面集中抽采泵房設(shè)置在西風(fēng)井工業(yè)場地內(nèi)，現(xiàn)有2BEC-80型抽放泵兩臺，一使一備，通過管路接入各抽采地點(diǎn)。礦井井田面積為37.261km2，井田范圍大，礦井西部區(qū)和中央?yún)^(qū)兩個采區(qū)三個工作面同時生產(chǎn)，其中中央?yún)^(qū)距離現(xiàn)有地面抽采泵站較遠(yuǎn)，導(dǎo)致抽采管路戰(zhàn)線長，阻力大，抽采效果不好;另外采用一臺泵抽放三個工作面，抽采泵數(shù)量不足，無法實現(xiàn)分區(qū)抽采，同時不利于管理。根據(jù)礦井實際情況，隨著開采深度不斷增大，戰(zhàn)線逐漸變長，現(xiàn)有抽采系統(tǒng)已不能適應(yīng)安全生產(chǎn)要求，瓦斯已成為制約礦井安全生產(chǎn)的主要因素。

1.2 位置、交通與地層概況

工作區(qū)位于吉林省延邊州琿春市境內(nèi)，行政區(qū)劃隸屬吉林省延邊州琿春市三家子鄉(xiāng)管轄，距離琿春市（直距）9km，距延吉市（直距）63km。礦山對外通道主要是G302國道和圖們～琿春鐵路，長春至琿春高速公路通過本區(qū)中部偏東，該區(qū)交通方便。

鉆孔所揭露地層主要為第四系（Q）、古近系始新～漸新統(tǒng)（E2-3h）。巖性主要為粉砂巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)～粗砂巖，含礫粗砂巖、礫巖及煤。巖石可鉆性為4～8級，局部可達(dá)10級;局部巖石軟硬互層，易斜;礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬簡單類型。

1.3 瓦斯直排孔施工技術(shù)要求

（1）瓦斯直排孔設(shè)計垂深505m，終孔徑要求不小于Φ790mm。

（2）鉆孔為垂直定向鉆孔，井底位移不大于3m，施工精度要求較高。

（3）護(hù)壁套管采用護(hù)壁管采用Φ820×10mm螺旋管，技術(shù)套管采用Φ636×18mm直縫鋼管。采用二保焊連接工藝焊接。

2 鉆探施工技術(shù)

2.1 施工設(shè)備及配套機(jī)具

GZ-3000型鉆機(jī)，MA110-31型鉆塔，F(xiàn)-500型型泥漿泵，110KW×2電動機(jī)組，220KW×2電動機(jī)組，QZ200×2型泥漿凈化除砂器，QY-1型泥漿檢測儀，NBB-300/6-12型注漿泵，JJX-3D高精度測斜儀（孔斜：示值誤差≤±0.1°）。

2.2 施工工藝

2.2.1 施工方案選擇

先用311mm鉆頭施工先導(dǎo)向孔，之后擴(kuò)孔成井。施工方案的優(yōu)點(diǎn)為：施工的先導(dǎo)向孔口徑適中，便于控制井斜。即使孔斜出現(xiàn)偏差也容易進(jìn)行糾正。通過導(dǎo)向孔的施工可以提前了解地層情況，為后續(xù)擴(kuò)孔提供實物參考。選擇311mm導(dǎo)向孔后可以使用790mm組合鉆頭一次擴(kuò)孔成井減少了擴(kuò)孔次數(shù)。

2.2.2 鉆進(jìn)方法

由于施工區(qū)域地層巖性鉆進(jìn)過程易斜。因此為了能夠有效控制井斜，本次施工利用塔式鉆具組合。具體施工工序為：Ф311mm鉆頭鉆進(jìn)至22.5m―Ф900mm組合鉆頭擴(kuò)孔至22.5m―下Ф820mm*10mm套管―封孔凝固水泥―Ф311mm鉆頭鉆進(jìn)至521.27m―Ф790mm鉆頭擴(kuò)孔至500.5m―下Ф636mm*18mm套管500.5m―封孔凝固水泥―掃水泥提漿―終孔驗收。

2.2.3 鉆具組合

導(dǎo)向孔鉆具組合：Ф311mm鉆頭+Ф241mm鉆鋌+Ф203mm鉆鋌（含扶正器）+Ф178mm鉆鋌+Ф165mm鉆鋌（含扶正器）+Ф127mm鉆鋌+Ф108mm立軸。

擴(kuò)孔鉆具組合：Ф900mm組合鉆頭、Ф790mm組合鉆頭+Ф241mm鉆鋌+Ф203mm鉆鋌（含扶正器）+Ф178mm鉆鋌+Ф165mm鉆鋌（含扶正器）+Ф127mm鉆鋌+Ф108mm立軸。

2.2.4 沖洗液的選擇

施工過程中使用低固相沖洗液，使用該泥漿系統(tǒng)鉆進(jìn)不僅可以有效抑制上部地層的垮塌，并且能夠形成穩(wěn)固的護(hù)壁;最重要的在擴(kuò)孔過程中能夠滿足攜帶巖屑的作用。具體配方與性能如下：

配方：清水+3%～4%鈉土粉+0.1%～0.4%CMC+0.1%～0.4%植物膠～+0.4%潤滑劑+適量NaOH+0.4%防塌劑。

性能：密度：1.05～1.10g/cm3，漏斗粘度：22～25.S，失水量：小于13ml/30min，泥皮厚：1 ～1.5mm，含砂量：小于0.4%，PH值：8 ～ 10。

3 鉆孔軌跡控制

施工中，為保證鉆孔軌跡按設(shè)計要求鉆進(jìn)，導(dǎo)向孔施工過程采用低鉆壓鉆進(jìn)。每次起鉆后均采用JJX-3D高精度測斜儀檢測2～3次頂角、方位角情況，以便及時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，防止鉆孔偏離坐標(biāo)，全孔共測斜10次。擴(kuò)孔過程中使用導(dǎo)向鉆頭均采用滿眼導(dǎo)向式組合鉆頭，從而保證擴(kuò)孔尊頭沿著導(dǎo)向孔鉆進(jìn);每當(dāng)擴(kuò)孔鉆效異常時便起鉆，然后進(jìn)行透孔作業(yè)。有效防止了查導(dǎo)向孔因被巖屑埋死而擴(kuò)孔出新軌跡事故。

4 下管作業(yè)

Ф790mm組合鉆頭擴(kuò)孔至500.50m后，使用Ф780mm肋骨式圓孔器圓孔至500.50m，圓孔過程中將泥漿有關(guān)性能進(jìn)行調(diào)整。漏斗粘度26S左右（蘇式漏斗），失水量14ml/30min，密度小于1.1g/cm3，潤滑性能良好。下套管作業(yè)前在套管柱下方最后一根套管上部設(shè)置浮力板，以便下管作業(yè)過程中減少鉆塔承受荷載。最終順利下入500.50mΦ636×18mm直縫鋼套管。

5 結(jié)束語

本次施工的地面實驗孔共完成鉆探深度500.50m，本孔在鉆進(jìn)過程中采用JJX-3D高精度測斜儀進(jìn)行測斜，經(jīng)計算孔底位移較設(shè)計偏差0.99m，達(dá)到甲級孔標(biāo)準(zhǔn)。下入500.50mΦ636×18mm直縫鋼套管后采用42.5級比重1.80g/cm3的水泥漿89.1m3，進(jìn)行固井封閉止水，水泥漿液返至地表。侯凝結(jié)束后進(jìn)行了耐壓試驗：壓力達(dá)到2MPa，觀測半小時下降0.02MPa符合相關(guān)規(guī)范要求。