“全程套管護孔工藝”改進

“全程套管護孔工藝”改進地質(zhì)勘探工程處2015年9月“全程套管護孔工藝”改進為落實集團公司“以效益為中心”的管理思想，實現(xiàn)瓦斯“治得住、治得快、治得省”目標，勘探處積極開展自主創(chuàng)新，不斷改進現(xiàn)有的工藝、裝備。在“全程套管護孔工藝”改進方面，分別在謝一礦、朱集礦與顧橋礦試用了整盤式柔性套管、103mm三翼式可開閉鉆頭及73-40mm整體式寬翼片螺旋鉆桿，對“全程套管護孔工藝”進行了較大改進，取得了很好的效果。1 存在的難題“全程套管護孔工藝”的成功應用實現(xiàn)了“管到底”，消除了因管下不到位形成的消突空白帶，提高了抽采效果，縮短了抽采時間。但是，傳統(tǒng)工藝使用的護孔管、鉆頭及鉆桿不能較好滿足打鉆需要，存在難題亟待解決：1、常規(guī)使用的插接式套管常出現(xiàn)脫節(jié)問題，造成抽采通道中斷，抽采濃度低，若巖粉進入則形成堵塞，造成延期噴孔，大傾角鉆孔還會因脫節(jié)形成下竄傷人風險。2、原來使用的“可開閉四翼鉆頭”，當遇到稍硬巖石，易出現(xiàn)變形，造成中心翼片打不開。3、常用ZDY系列鉆機回轉(zhuǎn)器通徑為75mm，若使用89mm大通孔鉆桿，需要更換鉆機動力頭。2 上述難題的解決方案2.1使用整盤式柔性篩管2.1.1整盤式篩管，采用抗靜電劑、阻然劑和聚乙烯材料混合注塑而成，具有抗靜電、阻然等特性。2.1.2套管具有一定的柔性也有一定的剛度，適應較小的空間條件，同時也能順利頂開可開閉式鉆頭。2.1.3花眼位置、直徑、規(guī)格及數(shù)量可廠家直訂，也可現(xiàn)場根據(jù)需要自己加工。圖1是1吋整盤式篩管照片。圖1 整盤式柔性篩管2.2改進鉆頭2.2.1鉆頭體中心凹槽由四翼通槽改為三翼半通凹槽，鉆頭在使用過程中，刀翼對中心凹槽有支撐保護作用，鉆頭體跟中心翼片不易變形，開閉式結(jié)構(gòu)裝置使用效果得到了保證。2.2.2對復合片切削齒材料進行了優(yōu)選調(diào)整，保證鉆頭適用于中硬巖層鉆進。2.2.3鉆頭刀翼由四翼改為三翼，減小了鉆頭鉆進時的阻力，尤其巖石段鉆進時，改型后的三翼鉆頭鉆進效率提高明顯。如圖2所示。 a 原四翼鉆頭 b 現(xiàn)三翼鉆頭圖2 兩種鉆頭外形比較圖2.3改進鉆桿2.3.1原鉆桿桿體直徑為73mm，內(nèi)徑為42mm，螺旋外徑為89mm，現(xiàn)鉆桿桿體直徑為73mm，內(nèi)徑為40mm，銑槽深度為4.5-5mm。2.3.2原鉆桿螺旋為焊接式，現(xiàn)鉆桿為整體銑出式。如圖3所示。a 89-42mm大通徑鉆桿b 73-40mm大通徑鉆桿圖3 兩種鉆桿外形比較圖3 現(xiàn)場試驗情況3.1整盤式柔性篩管試驗情況3.1.1基本情況介紹此次試驗地點為謝一礦-984mC13煤底板抽采巷，所揭C13煤層為高瓦斯“雙突”煤層 ，其堅固性系數(shù)f0.280.14、瓦斯含量17.2m3/t，瓦斯壓力6.2 MPa。此次試驗共施工第二、三組48個鉆孔，鉆孔深度2854m，傾角為5388，要求全孔下護孔篩管。3.1.2施工中存在的主要困難3.1.2.1此處瓦斯壓力大，存在噴孔威脅，所以要求下管時間短。3.1.2.2所施工鉆孔為上向鉆孔，若使用插接式套管，易出現(xiàn)套管脫節(jié)現(xiàn)象。3.1.2.3鉆孔傾角較大，從鉆桿內(nèi)下套管，插接式套和沒有下管空間，要求所下篩管有合適的剛性及柔性。3.1.2.4鉆孔傾角普遍較大，自5388，所下篩管不易固定。3.1.3具體試驗情況 第一階段歷時7天，共施工24個鉆孔，累計進尺848.5m，篩管下放長度為810.5m，篩管下放成功率為95.5%，固定裝置全部掛牢巖壁。第二階段歷時6天，共施工鉆孔24個，累計進尺846m，篩管累計下放長度為839m，篩管下放率為99%，固定裝置全部掛牢巖壁。3.1.4取得的效果3.1.4.1成孔率高。本次共施工鉆孔48個，累計進尺1694.5m，其中擴孔6個，累計進尺217m，新施工鉆孔42個，累計進尺1477.5m，所施工鉆孔全部滿足鉆孔設計的要求，成孔率為100%。3.1.4.2篩管下放率高。除剛開始施工的三個鉆孔出現(xiàn)的狀況外，后期篩管全部下到位，累計篩管篩入深度為1649.5m，篩管下放效率為97.3%。3.1.4.3篩管固定牢靠。大傾角專用固定裝置共使用49個，除第一個鉆孔使用2個外，其它鉆孔均使用1個固定裝置，但未出現(xiàn)篩管下竄現(xiàn)象，固定牢靠。3.1.4.4下管時間短。由于空間有限，插接式套管只能1m/根，單孔下管時間約1520分鐘，而整盤式套管只需67分鐘3.1.4.5抽采效果好。初始抽采濃度達90%以上，且衰減較慢，整個考察階段，瓦斯?jié)舛忍岣呓?倍。具體抽采情況見對比圖4。圖4 連續(xù)三周瓦斯?jié)舛人p情況柱狀圖3.2鉆頭試驗情況“103mm三翼式可開閉鉆頭”在朱集東礦1252（1）上、下順槽頂板巷先后進行兩次比較試驗，共試驗三翼鉆頭5個，四翼鉆頭20個。 3.2.1基本情況介紹該地點鉆孔均為下向穿層孔，設計角度在2050之間，設計鉆孔需穿過兩層砂巖，總偽厚度在1520m之間，部分鉆孔砂巖偽厚度能達到30m以上，其余是泥巖和煤層，具體巖性情況見圖3。圖3 施工地點巖性柱狀圖3.2.2具體試驗情況本次試驗施工參數(shù)為轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分鐘，給進壓力45MPa，四翼鉆頭與三翼鉆頭分別由不同的鉆機同時施工，試驗數(shù)據(jù)如下。鉆頭試驗比較表鉆頭編號施工孔數(shù)(個)進尺數(shù)(m)鉆進硬巖長度(m)硬巖鉆進時效(m/h)鉆頭打開成功率(%)16326.81101610029546.02001810037429.918017100413796.92702110059545.420817100平均8.8529.0193.617.8100四翼平均6.2365.7143.413.7853.2.3取得的效果3.2.3.1鉆頭打開成功率更高。103mm三翼可開閉鉆頭在使用過程中，鉆頭體及中心翼片均未出現(xiàn)明顯變形情況，鉆頭打開成功率100%，基本解決了因鉆頭容易變形造成打不開問題。3.2.3.2單只鉆頭進尺量明顯提高。三翼鉆頭平均進尺數(shù)比四翼鉆頭增加163.3m，降低了施工成本。3.2.3.3硬巖鉆進效率大幅度提高。四翼鉆頭硬巖鉆進時效為13.7m/h，而三翼鉆頭為17.8m/h，提高29.9%。3.2.3.4減少了無效施工時間。原來鉆頭如果打不開，需要起鉆換新鉆頭重新下鉆，無效施工時間較長，且增加工人的勞動強度。3.34141點：鉆頭容易變形及打不開問題得到了解決，3.2鉆桿試驗情況3.3.1具體試驗情況2015年4月28日開始在顧橋礦1414（3）軌順提料斜巷、1413（1）軌順試用73-40mm整體式寬翼片螺旋鉆桿（共試用200m），配套分體式履帶鉆機，施工順層孔，鉆孔設計120m，分別配套ZDY3200S、ZDY4300LF（A）型鉆機及103mm、120mm開閉式鉆頭，截至2015年9月23日，使用73-40mm整體式寬翼片螺旋鉆桿累計施工110個鉆孔，總進尺10584.4m。鉆桿徑向磨損量0.10.36mm，平均徑向磨損量0.24mm，整個施工期間鉆桿未出現(xiàn)斷鉆、開裂、彎曲、粘扣等異?，F(xiàn)象，目前，該批次鉆桿仍在繼續(xù)使用。為了考核其使用情況，在同等條件下，使用89mm大通孔鉆桿配合120mm鉆頭與73mm通孔鉆桿配合113mm鉆頭施工順層孔，進行比較，使用情況如下。鉆桿類型累計施工時間（天）施工鉆孔數(shù)（個）總進尺（m）綜合臺效（m/臺月）比較89mm47829762.76231.5173mm479010584.46756.01.0843.3.2取得的效果3.3.2.1 提高了施工效率。在同等條件下，使用73mm通孔鉆桿配合113mm鉆頭施工順層孔，施工效率提高8.4%左右。3.3.2.2 降低了成本。使用89mm大通孔鉆桿需要另外增加一個鉆機動力頭，勘探處每年增加10個動力頭計算，每年節(jié)省90萬元。3.3.2.3簡化了施工程序。使用89-42mm大通孔鉆桿，需要更換鉆機動力頭，而73-40mm大通孔鉆桿可直接使用，減少了無效的施工環(huán)節(jié)。3.3.2.4鉆桿使用壽命更長。由于整體銑出式鉆桿外表強度比焊接式鉆桿肋骨片強度高，故其耐磨性更高，使用壽命將更長。3.3.2.5與標準鉆頭級配更加合理。89-42mm大通孔鉆桿配合。113mm鉆頭施工，易出現(xiàn)鉆孔排渣不暢，故必須特制加工120mm鉆頭，而73-40mm大通孔鉆桿配合113mm鉆頭施工，鉆孔排渣順暢。3.3.2.6降低了工人的勞動強度。89-42mm大通孔鉆桿每米重37.122.2kg/m，73-40mm大通孔鉆桿每米重22.2kg/m，工人操作時，勞動強度大大降低。4 下一步工作計劃4.1與生產(chǎn)廠家合作，不斷完善柔性套管各項性能指標，指導廠家形成套管規(guī)格規(guī)范。4.2加大柔性套