深孔偏斜補(bǔ)煤程序與技術(shù)要點(diǎn)

陳益敏

（河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司，河南 鄭州 450007）

深孔偏斜補(bǔ)煤程序與技術(shù)要點(diǎn)

陳益敏

（河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司，河南 鄭州 450007）

本文介紹了巖心鉆探工程在煤層中采用偏心楔人工造斜技術(shù)進(jìn)行偏斜造孔、補(bǔ)煤操作技術(shù)要點(diǎn)及操作程序等方面的研究與實(shí)踐，使鉆孔深部補(bǔ)取煤芯獲得成功，并將此工藝用于復(fù)雜事故鉆孔經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)。

巖心鉆探；偏斜補(bǔ)煤；工藝程序；取煤管

1 概況

1.1 項(xiàng)目概況

河南某煤田預(yù)查區(qū)ZK012鉆孔，設(shè)計(jì)孔深：1200m，終孔孔深：1182.62m，煤層頂界：912.15m，止深：914.18m。終孔后測(cè)井驗(yàn)證煤層打丟。起初，機(jī)臺(tái)接到補(bǔ)煤通知后，自行進(jìn)行了偏斜鉆進(jìn)。由于機(jī)臺(tái)很少經(jīng)歷偏斜鉆進(jìn)，更沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)深孔偏斜鉆進(jìn)，在未準(zhǔn)備偏斜鉆具情況下，僅采用短巖心管接舊金剛石鉆頭掃孔鉆進(jìn)，結(jié)果在掃孔鉆進(jìn)時(shí)，鉆具套入偏斜楔頂部，偏斜楔掃壞，松動(dòng)，造成偏斜失敗。

技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，召開(kāi)技術(shù)專題會(huì)，分析失敗的原因，講解偏斜鉆進(jìn)的技術(shù)方法、操作程序、技術(shù)規(guī)程，使機(jī)班長(zhǎng)領(lǐng)會(huì)、掌握了技術(shù)要點(diǎn)，在技術(shù)人員的指導(dǎo)協(xié)助下，偏斜補(bǔ)煤獲得一次成功。

1.2 工程概況與地層條件

1.2.1 工程概況

ZK012鉆孔設(shè)計(jì)孔深1160m，終孔孔深1182.62m；鉆孔結(jié)構(gòu)：一開(kāi)0～6m采用φ130口徑，下入φ127孔口管，二開(kāi)采用φ94口徑至終孔。

鉆進(jìn)方法：使用TXJ-1600型鉆機(jī)，NBB250/6A型泥漿泵，以PDC鉆頭、金剛石鉆頭為主的普通單、雙管鉆進(jìn)方法，使用優(yōu)質(zhì)“雙聚”泥漿護(hù)壁，裸眼鉆進(jìn)。

1.2.2 地層條件

主要地層為下二迭統(tǒng)山西組（P1sh），為一套過(guò)渡相為主的含煤地層，二1煤段：泥砂巖及煤層組成，厚約45m，其中二1煤為主要可采煤層；大占砂巖段：為中細(xì)粒砂巖，厚約15m，為煤層頂板，是主要標(biāo)志層之一；煤層頂界：912.15m，止深：914.18m。

2 深孔偏斜補(bǔ)煤的程序

2.1 偏斜位置的確定

在保證到達(dá)煤層頂板時(shí)的偏移量，盡可能減少鉆進(jìn)工作量的前提下，一般需在礦層上部10m以上，起始孔段以巖層較完整，可鉆性中等，超徑量不大于10%的孔段為宜。

2.2 偏斜器和偏斜鉆具的準(zhǔn)備

（1）偏斜器：偏斜器采用巖芯管制作，頂角設(shè)計(jì)角度按確定的偏斜位置及到達(dá)煤層頂板時(shí)的偏移量確定，一般不小于2°，不大于3°。偏斜器長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)偏斜楔斜面長(zhǎng)度加0.5～1.0m的支撐管，支撐管上鉆6—8個(gè)小孔，以用木釘固定木塞；若用園鋼加工偏心楔楔體（不易掃壞，成功率較高，成本較高）。偏斜器下部（支撐管部分底部）可加工成30°的“V”字楔，在楔體上鉆2個(gè)φ8mm的小孔，孔距15mm與木塞連接（木塞上部開(kāi)30°的“V”形槽）。

（2）偏斜鉆具：偏斜器連接器1個(gè)（絲扣與鉆桿或巖芯管連接，注意留通水孔）；木塞1根（長(zhǎng)2.0～3.0m，外徑同巖芯管內(nèi)徑，底端稍細(xì)）；錐型鉆頭2個(gè)（大端直徑處與鉆孔同徑）；長(zhǎng)0.5m、1.0m、1.5m、2.0m巖芯管各一根；外徑鑲保徑合金的巖芯管接頭兩個(gè)以上，磨孔鉆頭1個(gè)（與鉆孔同徑）。

（3）偏斜器的連接：（見(jiàn)示意圖） ①連接器：用短鉆桿或鉆桿接頭加工，連接部分要保證一定厚度，開(kāi)螺孔2個(gè)，留有通水孔。

②連接螺釘：可選用螺釘或鉚釘。

③楔體：采用巖芯管加工，開(kāi)小孔6—8個(gè)，用木釘固定木塞。

④連接后檢查垂直度和連接部分的外徑不超出鉆孔孔徑。

⑤木塞：長(zhǎng)度按2.0～3.0m加工，采用見(jiàn)水易膨漲的木材。

2.3 封孔

偏斜補(bǔ)芯應(yīng)在鉆孔終孔，并結(jié)束了全部任務(wù)之后進(jìn)行。首先封閉偏斜位置下部鉆孔，采用高標(biāo)號(hào)（425#以上）水泥。水灰比0.4～0.5，泵注。封孔高度應(yīng)保證在清除浮漿后，見(jiàn)硬位置不低于設(shè)計(jì)偏斜位置。封孔的同時(shí)進(jìn)行偏心器和偏斜鉆具的加工。

不要求封閉的鉆孔、淺孔補(bǔ)取巖礦芯，可采用投石子（或“架橋”）的方法，從孔口直接投入或采用巖芯管送入，投到設(shè)計(jì)偏斜位置，搗實(shí)。爾后，下入連接好的偏斜楔。

2.4 偏斜器的下入

偏斜器下入之前必須進(jìn)行清孔，采用與偏斜器全長(zhǎng)基本相當(dāng)?shù)你@具，將泥漿調(diào)整到最佳，逐段進(jìn)行清洗，直至起下鉆具暢通無(wú)阻。

按照示意圖連接好偏斜器，慢速下至設(shè)計(jì)偏斜孔段，若為油壓鉆機(jī)，可以采用加壓的方式將連接螺釘（鉚釘）切斷；若為非油壓鉆機(jī)，可將偏斜器提起一定高度，將螺釘（鉚釘）墩斷。在此過(guò)程中要特別注意準(zhǔn)確丈量、記錄偏斜器及所有下入孔內(nèi)的鉆具，偏斜器到位后要準(zhǔn)確記錄其深度位置。

2.5 固定偏斜器

可配制一定體積的水泥漿泵注，亦可配置有一定含沙量較高的泥漿注入。

2.6 掃孔與造孔

掃孔采用合金鉆頭，當(dāng)鉆頭掃至偏斜器頂部時(shí)應(yīng)特別注意（不可掃壞偏斜器），而后沖孔起鉆。起鉆后，換錐形鉆頭接0.5m長(zhǎng)的短巖心管掃孔、造孔。錐形鉆頭在掃孔過(guò)程中，會(huì)沿著楔體的斜面下滑。在下滑過(guò)程中，若出現(xiàn)阻力加大，即可判斷已接觸巖石，開(kāi)始造孔，這時(shí)應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，不可操之過(guò)急。在掃孔過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)擠卡、憋車，應(yīng)經(jīng)常提動(dòng)鉆具，一直掃到超出楔體斜面為止（超出越多，難度越大，但對(duì)下一個(gè)回次越有利），沖孔起鉆。

換1.0m長(zhǎng)的短巖心管連接錐形鉆頭掃孔，其目的是削磨在新孔形成過(guò)程中，老孔與新孔之間造成的“狗腿彎”，掃到底后沖孔起鉆。在掃孔過(guò)程中，同樣會(huì)出現(xiàn)擠卡、憋車，應(yīng)經(jīng)常提動(dòng)鉆具。

2.7 削磨“狗腿彎”

偏斜器斜面的頂角雖然只有2°30′—3°，但錐形鉆頭造出來(lái)的新孔，自錐形鉆頭在楔體斜面上接觸巖石開(kāi)始，就自然在造新孔的過(guò)程中出現(xiàn)一個(gè)老孔與新孔之間的“狗腿彎”。這個(gè)“狗腿彎”不削磨好，若用粗徑鉆具直接轉(zhuǎn)入取心鉆進(jìn)，鉆具則下不到孔底，必須逐級(jí)削磨“狗腿彎”。

接1.0m長(zhǎng)的短巖心管在掃孔、削磨“狗腿彎”的過(guò)程中已經(jīng)沒(méi)有阻力時(shí)，可換1.5或2.0m的短巖心管連接錐形鉆頭（注意，要再換一個(gè)鑲有新合金的異徑接頭，以利削磨“狗腿彎”）繼續(xù)削磨，直到可順利下入取心的粗徑鉆具為止。

2.8 磨孔

在多個(gè)回次掃孔、削磨“狗腿彎”的過(guò)程中，新孔孔底可能落有合金塊、鐵屑，且孔底呈錐形，在轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)之前，特別是轉(zhuǎn)入采用金剛石或復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)之前，應(yīng)用磨孔鉆頭（平面合金鉆頭）將孔底磨平，并在磨孔過(guò)程中，將掉入新孔內(nèi)的合金塊、鐵屑磨得由大變小，以大泵量的沖洗液攜帶至地表，使孔底平而干凈。

2.9 轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)

轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)的第一個(gè)回次，所用粗徑鉆具的長(zhǎng)度，應(yīng)小于削磨“狗腿彎”最后一套鉆具的長(zhǎng)度。在下鉆和鉆進(jìn)過(guò)程中若不出現(xiàn)異常現(xiàn)象，說(shuō)明偏斜造孔已經(jīng)完全成功。

2.10 補(bǔ)煤

為了保證補(bǔ)煤一次成功，應(yīng)事先檢查取煤管的性能，確保靈活可靠。還需要提醒的是，取煤管的長(zhǎng)度不可超過(guò)削磨“狗腿彎”后，進(jìn)行正常鉆進(jìn)時(shí)粗徑鉆具的長(zhǎng)度。即正常鉆進(jìn)的最后一個(gè)回次，所用粗徑鉆具的長(zhǎng)度，要大于取煤管的長(zhǎng)度，為取煤管的順利下入創(chuàng)造一個(gè)良好的工作條件。

結(jié)語(yǔ)

在優(yōu)化鉆探施工工藝的同時(shí)，一套簡(jiǎn)易完善、經(jīng)濟(jì)的質(zhì)量保證和事故處置措施的實(shí)施，對(duì)降低施工成本，提高施工質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是非常有益的。偏斜造孔技術(shù)方法的成功應(yīng)用，

[1][蘇]力馬諾夫等著.勘探鉆孔定向鉆進(jìn)[M].1982年3月，長(zhǎng)沙化學(xué)礦山設(shè)計(jì)研究院編譯.

[2]趙國(guó)隆，劉廣志，李常茂.勘探工程技術(shù)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.103-111.

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