煤田深孔補采煤心施工技術(shù)

張家軍,潘 峰

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南駐馬店 463000）

煤田深孔補采煤心施工技術(shù)

張家軍,潘 峰

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院,河南駐馬店 463000）

在煤田巖心鉆探孔施工中,經(jīng)常會出現(xiàn)丟失煤層現(xiàn)象,必須補采煤心,以滿足地質(zhì)設(shè)計要求和有關(guān)煤田地質(zhì)規(guī)程。在河南省禹州市張得煤田礦區(qū)的鉆探施工中,摸索并掌握了一套深孔補采煤心的施工技術(shù),利用偏心楔補打斜孔,有效解決了深孔(1000 m以下）補采煤心的問題,并完全滿足地質(zhì)設(shè)計要求。

煤田鉆探;深孔;偏心楔;偏斜;補采煤心

1 施工概況

禹州市張得煤田礦區(qū)位于禹州市和襄城縣之間,大部分屬于禹州市管轄。

ZK0703鉆孔為地質(zhì)預(yù)查孔,設(shè)計孔深1150 m,直孔。2005年8月9日開始施工,2006年3月1日終孔,施工孔深1112.38 m,終孔孔徑為94 mm。

地質(zhì)特征:上部300 m主要為第四系黃土層,含粘土、砂質(zhì)粘土、亞砂土及砂礫,為坡沖積物;300 m以深為二疊系石千峰組,主要是泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及石英砂巖(平頂山砂巖）;上、下石盒子組,以泥巖和砂巖為主,含三、四、五、六、七、八、九段煤段;山西組,含主要煤層二1煤;太原組。

2006年3月3日,經(jīng)電測井檢驗,該孔共有可采煤層3層,其中二3煤(厚度為1.12 m,起止深度為1021.83～1022.95 m）、二1煤(厚度為3.35 m,起止深度為1030.86～1034.21 m）丟失。為了保證鉆孔質(zhì)量,確保后續(xù)普查鉆孔工作的可持續(xù)進行,按照煤田勘探規(guī)范要求,決定補打斜孔重新采取煤樣及煤層頂、底板巖樣。

2 偏斜施工技術(shù)方案的確定

深孔補打斜孔對于我院來說是第一次,無任何經(jīng)驗可談,只能依靠書本上介紹的方法施工。由于補打斜孔工序繁多、耗時費力、施工難度大、技術(shù)要求高,稍有不慎,可能會前功盡棄[1],因此在施工前,集中我院鉆探技術(shù)人員的全部智慧,對該鉆孔的地層情況、施工情況進行仔細地分析,經(jīng)綜合考慮各種因素,慎重地制定了一套施工技術(shù)方案。

經(jīng)過對已采取的巖樣分析,984.3～987.8 m為泥巖段,以下至補采煤層上3 m(即1018 m）均為砂巖,不適于偏斜。經(jīng)研究決定從984.5～986.5 m處偏斜,采用兩套施工方案(也可以叫兩個步驟）進行。

第一步,用水泥砂漿封孔至900 m左右,使用600號高標號水泥,加減水劑,以盡快提高水泥砂漿的強度。待強度提高后用“94 mm鉆頭掃孔至984 m,然后換用“75 mm鉆頭、短鉆具掃孔,以期望能夠自然偏斜;第二步,如果自然偏斜不成功,則掃孔至990 m左右,下入偏心楔強行偏斜。偏心楔的底部下在砂巖段,頂部在泥巖段,從泥巖段偏斜。

3 偏心楔的制作

偏心楔用“89 mm×6.5 mm的厚壁巖心管制成,長度為5.3 m,斜面長2 m(含直面段0.1 m）,頂角約為2°41′,預(yù)計偏斜位置離楔子頂0.7～0.8 m。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 偏心楔結(jié)構(gòu)簡圖

制作方法:將巖心管切開后翻轉(zhuǎn)180°焊接牢固,在偏心楔的底部切割6～8個高約90 mm的鋸齒形缺口,在其頂部100 mm處鉆2個直徑為8 mm的圓孔(固定連接銷釘用）。

4 補采煤心施工

4.1 封孔

按照研究的施工方案,用600號水泥加減水劑攪拌水泥砂漿封閉鉆孔從孔底至900 m左右。水泥砂漿的配比為水泥∶砂∶清水∶減水劑=1∶1∶0.7∶0.015(質(zhì)量比）,用泥漿泵注入孔內(nèi)。

4.2 掃孔

停待1天后,用“94 mm鉆頭掃孔至984 m,然后再停待2天,待水泥砂漿的強度提高后,使用“75 mm鉆頭、0.5 m短鉆具繼續(xù)掃孔至990 m處,自然偏斜沒有成功,準備下入偏心楔強行偏斜。

4.3 下放偏心楔

下偏心楔前,先要調(diào)好泥漿,使粘度在23～25 s之間,pH值8～9,固相含量<3%,用“113 mm鉆具掃孔至300 m(該段施工孔徑為113 mm,以下孔徑為94 mm）,然后再換成“94 mm鉆具掃孔至990 m,沖孔1～2 h,以保證全孔順暢。

偏心楔與鉆桿之間用一根長1.5 m的“73 mm厚壁巖心管連接,巖心管內(nèi)裝滿0.5～1 cm碎石,下部用膠泥封住,巖心管內(nèi)的腦袋下部用橡膠墊堵住(有兩個作用:防止碎石進入鉆桿;楔子放到孔底剪斷螺絲后開泵沖孔,碎石易全部壓出巖心管）。巖心管的下部鉆2個直徑為8 mm的圓孔,偏心楔與厚壁巖心管用2個“8 mm的鋼性螺絲連接。楔子下到孔底后算準機上余尺,上提鉆具30～40 cm,下蹾,以剪斷螺絲(鉆機手把必須要控制好,以防螺絲蹾斷后鉆具下插太多）,若剪斷螺絲后鉆具仍下行0.7～0.9 m,則說明偏心楔下放成功。

4.4 固定偏心楔

確認螺絲剪斷后,將巖心管放在楔子面最可能的下部,開泵,將巖心管內(nèi)的碎石壓出巖心管,并使其全部落在楔子斜面一邊的縫隙中(楔子與孔壁間的縫隙）以保證楔子的背部緊貼孔壁。沖孔十幾分鐘后,不提鉆從立軸水龍頭投放碎石,每沖孔20 min投放一小捧碎石,每次投放不可過快,分3次投放即可。

4.5 偏斜

碎石投放完成后,提鉆,下“89 mm鉆具+“94 mm硬合金鉆頭。本次使用普通硬質(zhì)合金鉆頭,嚴禁有外出刃,底出刃僅出露1～2 mm,盡量不要內(nèi)出刃。鉆頭共鑲焊6組硬質(zhì)合金,小八角柱狀硬質(zhì)合金與塊狀硬質(zhì)合金交替鑲焊。

“89 mm鉆具必須先短后長替換使用,第一次使用50 cm長的鉆具,待取出完整巖心,即完全偏斜過去后,再施工1 m以上,換成80 cm長的巖心管,施工1 m后換成1.5 m長鉆具,待偏斜的鉆孔段超過4 m后,可換成更長一點的鉆具正常施工。替換鉆具的原則是:除剛偏斜時鉆具“腦袋”在偏斜器的斜面上外,保證每次替換的鉆具“腦袋”全部在已經(jīng)偏斜的孔段內(nèi),以免磨楔子面。

第一次下50 cm長的鉆具時,鉆具內(nèi)帶一管碎石送到孔底,若未取出完整巖心,第二次再送一管碎石,以保證楔子固定牢固。

鉆進參數(shù):轉(zhuǎn)速80～85 r/min;鉆頭壓力約6 kN。鉆具平穩(wěn)緩慢進尺即可,不可過快,嚴禁在同一地方長時間磨,以防止破壞楔子面。

經(jīng)小心操作,偏斜成功。

4.6 補采煤心

待偏斜成功后,按照正常的施工參數(shù),分別于1021.83～1022.95 m段補采出二3煤,于1030.86～1034.21 m段補采出二1煤,并取出滿足煤田勘探規(guī)范要求的煤層頂、底板,達到了預(yù)期的目的。

5 補采煤心應(yīng)注意的幾個方面

5.1 偏心楔制作應(yīng)注意的事項

制作偏心楔時,楔子面必須光滑平整,特別是楔子面兩邊的焊縫,必須打磨平整,嚴禁凸凹不平或有焊渣。楔面的最底部與管子的連接處,要自然過渡,嚴禁出現(xiàn)臺階或其他不平的現(xiàn)象。如果擔心楔子面不夠結(jié)實,可在楔子面縱向上焊一長塊高強度鋼板。

5.2 下放偏心楔應(yīng)注意的事項

楔子與巖心管要用鋼性螺絲連接,易剪斷且螺絲的絲扣不易擼。楔子連接好以后,巖心管與楔子的中心線必須在同一條軸線上。

下放楔子前,必須將鉆孔沖干凈,孔底嚴禁有沉渣。剪斷螺絲時,下放速度一定要快,同時要控制好鉆機手把,以利于剪斷螺絲且不至于損壞楔子面。5.3 鉆進時應(yīng)注意的事項

楔子下放成功后,每次鉆具下到楔子頂部時,必須慢下,若遇阻,轉(zhuǎn)圈后再輕輕下放,嚴禁猛蹾,以免破壞楔子頭。

在鉆頭或“腦袋”離開楔子面以前,每次開鉆前,要將鉆具提離孔底,輕壓慢轉(zhuǎn),直至平穩(wěn)進尺,此時,進尺仍不能快。

鉆進時鉆具嚴禁上下竄動,以免碎石卡住鉆具。

鉆進不進尺時,必須立即采心提鉆,嚴禁長時間在同一部位轉(zhuǎn)動,以免破壞楔子面。

孔底巖心盡量采取干凈。

鉆具腦袋盡量快點離開楔子面,換鉆具時一定要保證“腦袋”在斜孔內(nèi)。

6 體會

施工超過1000 m的鉆探孔,施工技術(shù)方法、技術(shù)規(guī)程參數(shù)與施工中淺孔有很大的區(qū)別,難度較大。在1000 m以深補采煤心,以前很少施工,經(jīng)驗很少。但是,如果施工方案制定得當,施工時嚴格按照施工方案進行,將施工細節(jié)考慮全面一些,補采出合格的煤心還是完全可以的。

[1] 孫一國.中深孔終孔后補打斜孔采取煤樣施工技術(shù)[J],探礦工程(巖土鉆掘工程）,2008,35(3）:16.

[2] 韓廣德.中國煤炭工業(yè)鉆探工程學[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

[3] 趙運興.煤田鉆探技術(shù)手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社, 1989.

Construction Technology of Supplementary CoalCoring in Deep Hole of Coalm ine

ZHANG Jia-jun,PAN Feng(No. 1 Geo-engineering Institute,Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development,Zhumadian Henan 463000,China）

Coal seam isoften lost in coa lmine coring drilling,and supplementary coal coring is necessary to satisfy the geo-logical design requirement and related geological specification.In the exploration drilling construction of Zhangde coalmine in Henan,the technology of supplementary coal coring in the deep hole was probed and developed,inclined hole wasmade with eccentric wedge to finish supplementary coal coring in the borehole ofmore than 1000m.

coalmine drilling;deep hole;eccentric wedge;inclination;supplementary coal coring

P634.5

:A

:1672-7428(2010）05-0034-02

2009-12-07

張家軍(1968-）,男(漢族）,河南信陽人,河南省地礦局第一地質(zhì)工程院工程師,探礦工程專業(yè),主要從事鉆探技術(shù)及管理方面的工作,河南省駐馬店市樂山路90號,zhangjj68@126.com。