論高瓦斯煤礦大口徑瓦斯抽采的鉆孔施工技術(shù)

1、論高瓦斯煤礦大口徑瓦斯抽采的鉆孔施工技術(shù)摘要：以工程實(shí)例為背景，介紹了高瓦斯煤礦大口徑瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)，該技術(shù)對(duì)提高煤礦瓦斯抽采效率、確保煤礦生產(chǎn)安全具有重要的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：煤礦安全；瓦斯抽采；大口徑；鉆孔技術(shù)前言 為提升煤礦瓦斯抽采利用進(jìn)程，探討瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)，特別高瓦斯煤礦大口徑瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)，是當(dāng)前解決瓦斯抽采技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。對(duì)有效提高煤礦瓦斯抽采效率、降低煤礦安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約施工成本、促進(jìn)節(jié)能環(huán)保型能源開(kāi)發(fā)利用，具有重要意義。下面本文就以工程實(shí)例為背景，介紹大口徑瓦斯管道孔空氣鉆進(jìn)技術(shù)。 一、地質(zhì)概況 鉆孔設(shè)計(jì)深度為575 m，揭露地層依次為第四系80 m、第三

2、系120 m，石炭系375 m，其中第四系以粘土、砂質(zhì)粘土為主，第三系以粉、細(xì)砂巖、泥灰?guī)r為主?；鶐r段主要為泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、花斑泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、石英砂巖。鉆孔共穿過(guò)煤層lO層，總厚度為1760 m，其中可采煤層4層。第三系以下至終孔巖石傾角8020。 二、待鉆孔結(jié)構(gòu) 一級(jí)孔徑550 mm，深度進(jìn)入基巖約20 m(即18118 m)位置，下入47810 mm套管，隔離第四系及風(fēng)化帶，管外用合格的普通硅酸巖水泥封閉，要求此套管必須下到完整堅(jiān)硬巖石上。二級(jí)孔徑450 mm，深度26970 m，下入426 10 mm套管，管外用水泥全封閉。三級(jí)孔徑400 mm，深度57515 m，全孔

3、下入325 10 mm套管，管外用水泥全封閉。要求管外孔口返上水泥漿方為封閉合格。 三、鉆孔方法 (1)第四系用常規(guī)泥漿鉆進(jìn)，進(jìn)入基巖后用氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)。終孔偏斜率5。 (2)全孔無(wú)心鉆進(jìn)，判準(zhǔn)主要煤層的深度和厚度。記錄及時(shí)、清楚、正確、完整。 四、施工技術(shù) 1、主要機(jī)械設(shè)備及其安裝 施工采用GZ一2000水井鉆機(jī)，24 m四角鉆塔，第四系使用BW一1200泥漿泵?；鶐r中鉆進(jìn)使用XHPl070空壓機(jī)和JWD350型氣動(dòng)潛孔錘。鉆塔基礎(chǔ)及各種設(shè)備安裝必須周正堅(jiān)固平整，要求天輪、鉆機(jī)立軸軸心和鉆孔中心必須在同一條鉛垂線上，施工中應(yīng)注意隨時(shí)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏斜必須及時(shí)糾正。 2、第四系沖積層鉆進(jìn) (1)對(duì)

4、泥漿的要求 第四系沖積層使用普通化學(xué)泥漿鉆進(jìn)，泥漿中成分及其含量(重量比)分別為：清水1 m3加優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土50 kg、PHPl020 kg、腐殖酸鉀115、纖維素01、火堿03。 配制方法為：PHP、腐殖酸鉀、火堿和纖維素分別泡制，按照泥漿體積和比重，先向一定量的清水中加入粘土充分?jǐn)嚢?，預(yù)解的PHP、火堿和纖維素漿液緩緩倒入泥漿中充分?jǐn)嚢?。腐殖酸鉀在鉆進(jìn)過(guò)程中緩慢連續(xù)加入量為10一15(體積比)。泥漿比重為11一12、pH值為89、粘度在1921 s，鉆進(jìn)中對(duì)上述參數(shù)隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，保證泥漿的性能。 泥漿循環(huán)槽總長(zhǎng)度不得小于15 m，其寬度為300 mm，深度200 mm，坡度為110018

5、0，每隔15 m設(shè)一個(gè)擋板，并每隔5 m設(shè)一個(gè)沉淀池，以利于巖粉的沉淀。 (2)鉆進(jìn)措施 開(kāi)孔用170 mm凹心鉆頭，150 mm鉆鋌1立根，127 mm鉆鋌1立根，并分別在l50 mm鉆鋌上部和l27 mm鉆鋌上部各加一個(gè)導(dǎo)正器，以增加鉆具的剛度和穩(wěn)定性。開(kāi)孔時(shí)為防止鉆孔具擺動(dòng)，要扶正主動(dòng)鉆桿上部的送水器，并要求使用輕壓慢轉(zhuǎn)。鉆進(jìn)入基巖后，再逐級(jí)擴(kuò)孔到550 mm孔徑，下入500 mm套管，隔離第四系和風(fēng)化帶。然后使用潛孔錘鉆進(jìn)。 3、基巖中鉆進(jìn) (1)基巖中鉆進(jìn)使用氣動(dòng)潛孔錘。 (2)按照潛孔錘鉆進(jìn)規(guī)范和工藝要求，潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)，在粗徑鉆具上部接一根325mm撈粉管作為導(dǎo)向器使用。因此潛孔錘

6、鉆進(jìn)鉆具組合為：350型(450、400)潛孔錘+240 mm鉆鋌+325 mm撈砂管+127 mm鉆桿。 (3)潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)的鉆進(jìn)參數(shù)如下：鉆具回轉(zhuǎn)速度為1020轉(zhuǎn)分鐘。軸推力(沖擊壓力)為1015 t 。在無(wú)水狀態(tài)下正常工作氣壓為0508 MPa。在有水狀態(tài)下要充分考慮水頭到孔底的高度以計(jì)算空壓機(jī)的送風(fēng)壓力，保證潛孔錘的正常工作風(fēng)壓。 (4)為減少孔口氣壓的突然釋放和防止巖粉向四周噴射擴(kuò)散，要求在孔口處設(shè)置氣粉分離器和巖粉收集器。 4、鉆進(jìn)安全技術(shù)要求 (1)每根鉆桿打完，孔內(nèi)巖渣吹掃干凈，減少氣量，將沖擊器慢慢放入孔底，再慢慢停氣，方可接上另一根鉆桿。要注意鉆桿內(nèi)的清潔，以免沙土、巖渣及

7、管內(nèi)鐵銹等臟物進(jìn)入沖擊器內(nèi)，引起零部件損壞或發(fā)生停鉆事故。沖擊器在正常工作時(shí)不要突然停氣，以防巖粉倒灌入沖擊器內(nèi)。 (2)接上主動(dòng)鉆桿后，先向內(nèi)送人高壓氣體，氣體送通后，再慢慢下降鉆具工作。鉆具向下送時(shí)，保持吹氣，直到把孔內(nèi)巖粉全部吹干凈，方可進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中經(jīng)常從孔底提起沖擊器進(jìn)行充分排渣。若孔內(nèi)出現(xiàn)突然坍塌現(xiàn)象，應(yīng)保持沖擊器動(dòng)作并立即在孔內(nèi)作上下串動(dòng)，堅(jiān)決禁止一次拉死。如果必要，還可以增加沖擊器轉(zhuǎn)速，一直到?jīng)_擊器能自由上下，巖粉從孔底排凈為止。 (3)要求潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)機(jī)上余尺不宜太多，加接鉆桿后，潛孔錘距孔底應(yīng)有0510 m的安全距離(視孔內(nèi)巖粉多少)。(4)操作中應(yīng)避免潛孔錘在不回轉(zhuǎn)

8、的情況下沖擊，以防打出健槽孔。因故障被迫停止回轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)迅速將鉆具提高一定距離或立即剎緊絞車，使?jié)摽族N盡快由沖擊狀態(tài)變?yōu)榇悼谞顟B(tài)。 (4)鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)涌漏水，應(yīng)立即停鉆，并準(zhǔn)確測(cè)量出水位，及時(shí)用水泥進(jìn)行封閉。封閉結(jié)束待水泥凝固24小時(shí)后，把孔內(nèi)水吹出，然后繼續(xù)鉆進(jìn)。若帶水鉆進(jìn)，提鉆后，下鉆前必須及時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量水位，以便于判斷涌漏水層位，保證及時(shí)封堵。 (5)鉆進(jìn)過(guò)程中要特別注意空壓機(jī)壓力表的變化?？偨Y(jié)在無(wú)水狀態(tài)下和有水狀態(tài)下，正常鉆進(jìn)和吹孔時(shí)的壓力值，并在鉆進(jìn)中密切注意壓力變化，一旦發(fā)現(xiàn)壓力提高，說(shuō)明孔內(nèi)巖粉堆積較多，要立即停止沖擊進(jìn)入吹孔狀態(tài)，待把孔內(nèi)巖粉吹凈后方可鉆進(jìn)。 五、常見(jiàn)故障的原因分析與

9、處理措施 1、鉆進(jìn)效率低。原因：一是沖擊器零件磨損，二是鉆頭磨損，三是排渣不充分，四是氣壓太低。處理辦法：檢修沖擊器，修磨或更換鉆頭，充分排渣或加大節(jié)流塞內(nèi)孔，調(diào)高氣壓等。 2、沖擊器運(yùn)行時(shí)斷時(shí)續(xù)。原因：一是沖擊器內(nèi)進(jìn)入巖渣或鉆頭堵塞，二是沖擊器內(nèi)零件竄動(dòng)，三是鉆頭損壞。處理方法：清洗沖擊器，保證膠墊的壓縮量或者更換鉆頭。 3、沖擊器不工作。原因：一是鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)積水太多，二是氣壓過(guò)低，三是鉆頭排氣孔堵塞，四是沖擊器內(nèi)進(jìn)入巖渣，五是潤(rùn)滑油過(guò)粘。處理方法：把沖擊器提離孔底，將孔內(nèi)水吹出一部分，再慢慢放至孔底，同時(shí)適當(dāng)提高氣壓，若不見(jiàn)效，則提出鉆具進(jìn)行檢查處理。 六、鉆進(jìn)效率 作業(yè)總臺(tái)時(shí)：3721 h，其中：非鉆作業(yè)臺(tái)時(shí)2162 h、鉆探作業(yè)臺(tái)時(shí)1659 h(純鉆479、輔助912、其他268)。平均時(shí)效12 m，最高時(shí)效78 m。 七、結(jié)束語(yǔ) 在大傾角片冒地層中施工大口徑瓦斯抽采管道孔，該區(qū)以往采用常規(guī)泥漿鉆進(jìn)工藝均未獲成功，采用空氣鉆進(jìn)技術(shù)有效地解決了成孔技術(shù)難題，在鉆井質(zhì)量和鉆井效率等方面取得了較好效果，獲得了寶貴的實(shí)踐經(jīng)