淮南瓦斯抽采鉆孔的發(fā)展與施工

摘 要:隨著國家對(duì)安全生產(chǎn)工作的逐步重視及煤礦瓦斯治理技術(shù)的發(fā)展，瓦斯抽采工作逐步發(fā)展。各地區(qū)此項(xiàng)形成了各自的特點(diǎn)，淮南礦區(qū)主要以地面瓦斯抽采鉆井的施工為主要特色。瓦斯抽采鉆井技術(shù)不斷完善，建立了一套完整鉆探施工工藝與方法，為煤礦安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。

關(guān)鍵詞:瓦斯抽采 類型 地面鉆井 施工工藝

中圖分類號(hào):TE3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0053-02

煤礦重、特大事故大多是瓦斯事故。建國以來一次死亡百人以上煤礦事故23起，其中瓦斯事故21起。瓦斯事故傷亡人數(shù)占煤礦事故死亡人數(shù)較高比例。在國家政策的鼓勵(lì)和要求下，我國的煤層氣抽采力度大大加強(qiáng)，瓦斯抽采量增加很快，2007年抽采量達(dá)43億m3。2007年，全國煤礦瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)同比分別下降16.8%和17.8%?？梢娡咚钩椴晒ぷ鲗?duì)于高瓦斯地區(qū)的礦井安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，其中地面瓦斯抽采是瓦斯抽采工作的重要組成部分。

1 目前瓦斯抽采工作的顯著特點(diǎn)

1.1 全國主要礦區(qū)瓦斯抽采方式

淮南礦區(qū):綜合瓦斯抽采的同時(shí)，地面鉆井抽采瓦斯具有特點(diǎn)。

松澡礦區(qū):底板穿層網(wǎng)格式抽采是松澡礦區(qū)的主要特點(diǎn)。

陽泉礦區(qū):頂板高位巖石巷抽采瓦斯取得很好的效果。

晉城礦區(qū):雙系統(tǒng)、模塊化抽采、地面煤層氣開采及利用是其顯著特點(diǎn)。

鐵法礦區(qū):頂板巖石水平鉆孔。

1.2 淮南礦區(qū)的地面瓦斯鉆井抽采系統(tǒng)

淮南礦區(qū)利用地面鉆井抽放煤層氣，具有抽放濃度高、抽采率高和施工條件好等優(yōu)點(diǎn)。我國煤儲(chǔ)層的透氣性系數(shù)普遍很低，這嚴(yán)重制約了煤層氣地面井的抽放效果，而通過開采保護(hù)層的卸壓作用，可以使上覆煤巖體產(chǎn)生顯著的卸壓增流效應(yīng)，其透氣性相對(duì)卸壓前可增加數(shù)千倍。因此，通過保護(hù)層開采的卸壓作用進(jìn)行地面井抽采，將取得很好的效果。

2 淮南礦區(qū)瓦斯抽采鉆孔的類型

2.1 幾種類型瓦斯抽采鉆孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1.1 Ⅰ型瓦斯抽采鉆孔

(1)開孔至基巖面以下50m左右，Φ350mm孔徑，下入Φ273×10.16mmN80石油套管。

(2)基巖面以下50m左右至13-1煤頂板，Φ245mm孔徑，下入Φ177.8×9.19mmN80石油套管;13-1煤頂板～11-2煤頂板Φ152mm孔徑，下入Φ127×9.19mm石油花管。

(3)11-2煤頂板～終孔(15m左右)，Φ118mm孔徑，裸孔。

2.1.2 Ⅱ型瓦斯抽采鉆孔

(1)開孔至13-1煤頂板以上15m左右，Φ350mm孔徑，下入Φ273×10.16mmN80石油套管。

(2)13-1煤頂板以上15m左右至11-2煤頂板以上3～5m左右，Φ245mm孔徑，其中13-1煤頂板以上20m左右，下入Φ177.8×9.19mmN80石油套管，套管底口連接10mΦ139.7×9.17mm石油套管，Φ139.7mm套管上口用木塞塞死，防止固井時(shí)水泥漿液進(jìn)入花管;以下深度下入Φ177.8×13.72mm石油花管，花管上口與Φ139.7×9.17mm套管重疊10m。

(3)套管底口至終孔(20m左右)，Φ118mm孔徑，裸孔。

2.1.3 Ⅲ型瓦斯抽采鉆孔

(1)開孔至13-1煤頂板，Φ350mm孔徑，下入Φ273×10.16mmN80石油套管。

(2)13-1煤頂板～11-2煤頂板以上3～5m左右，Φ420mm孔徑，其中基巖面以下40m下入Φ177.8×9.19mmN80石油套管，基巖面以下40m～13-1煤頂板以上10m下入Φ177.8×19.05mmN80石油套管，套管底部連接8m長Φ219×10.16mm石油套管;8m長Φ219×10.16mm石油套管底口～11-2煤頂板以上3～5m左右下置Φ177.8×19.05mmN80石油花管，花管上口連接7.5m長Φ177.8×19.05mmN80石油套管與Φ219×10.16mm石油套管重疊。

(3)11-2煤頂板以上3～5m左右～終孔(其下20m左右)，Φ133mm孔徑，裸孔。

(4)此型鉆孔在花管與套管的連接上，采用Φ177.8mm石油套管底口連接Φ219×10mm套管，罩在Φ177.8mm實(shí)管外。這種改進(jìn)既增大了鉆孔的過氣斷面，同時(shí)花管和實(shí)管采用同徑，易于洗井工作?；鶐r面以下工作管石油套管壁厚采用19.05mm，花管壁厚19.05mm，這些施工工藝的實(shí)施都將有效增強(qiáng)工作管抵抗采動(dòng)破壞影響，保證鉆孔有良好的出氣通道，將會(huì)有效延長鉆井抽采時(shí)間。

2.1.4 掏穴鉆孔

掏穴工作先后應(yīng)用于幾種類型的瓦斯抽采鉆孔，掏穴段為13-1煤～11-2煤頂板以上3～5m左右，掏穴孔徑為Φ420mm。實(shí)踐證明掏穴方案的實(shí)施對(duì)于地面瓦斯抽采工作是非常成功的，尤其以顧橋礦區(qū)最為明顯。在顧橋礦區(qū)施工的Ⅰ型、Ⅱ型地面瓦斯抽采鉆孔未實(shí)施掏穴方案的實(shí)驗(yàn)鉆井其出氣量僅為5～6萬方達(dá)不到瓦斯抽采工作的有效目的，而掏穴工藝在地面瓦斯抽采鉆孔的使用使鉆孔出氣量達(dá)到了200萬方以上，無論從經(jīng)濟(jì)上還是從煤礦安全開采上均取得了極大的成功。

2.2 大口徑瓦斯地面鉆井

大口徑瓦斯地面鉆井是2008年以后逐步開始施工的，此類鉆孔的工作為連接井下瓦斯抽采系統(tǒng)，使瓦斯抽采體系更加完善。

該類鉆孔結(jié)構(gòu)為一開φ1000mm(或1100mm)孔徑，下φ800×12mm(或850×12mm)螺旋焊管;二開φ750mm孔徑(或800mm孔徑)，下φ630×15mm無縫鋼管。

在煤田勘探系統(tǒng)鉆探施工中很少施工此類超深超大口徑鉆孔，可視為今后煤田勘探工作發(fā)展的一項(xiàng)全新領(lǐng)域。

3 瓦斯抽采鉆孔的施工

3.1 鉆探施工設(shè)備的選擇

根據(jù)鉆孔孔徑及所下套管的重量不同，根據(jù)機(jī)械設(shè)備自身的能力進(jìn)行合理的選擇。主要的施工設(shè)備為:

鉆機(jī):TSJ-1000鉆機(jī)、GZ-2000鉆機(jī)、GZ2600及3000m鉆機(jī)

鉆探:24.5m加強(qiáng)型四角鉆塔、27.5m、31m、41m“A”型鉆塔

水泵:TBW-850/6型泥漿泵、BW-1200型泥漿泵、N3NB-1600型泥漿泵

動(dòng)力:6135增壓柴油機(jī)、110kW、300kW電機(jī)

其他:排污泵、振動(dòng)篩等

3.2 鉆探施工工藝

3.2.1 機(jī)械設(shè)備的安裝

設(shè)備安裝按規(guī)定要求達(dá)到平、正、穩(wěn)、固、牢。校正天車中心、轉(zhuǎn)盤中心及井口中心三者處于一鉛垂線上，最大允許偏差不超過10mm。每次換徑開鉆之前必須嚴(yán)格井口找正，校正井口。

3.2.2 鉆探施工工藝

(1)先導(dǎo)孔的施工

在φ350mm以上孔徑施工中為保證鉆孔垂直度及獲取較大的鉆探

效益進(jìn)尺，宜采用先導(dǎo)孔施工的辦法進(jìn)行。

(2)鉆具組合

采用鐘擺式鉆具的組合形態(tài)，即牙輪鉆頭+鉆鋌+鉆桿+四方立軸的組合體系，另外為保證鉆孔的垂直度可在鉆鋌中間連接扶正器。

(3)鉆進(jìn)參數(shù)

依據(jù)孔深、孔徑、地層可鉆性，以理論參數(shù)值為基礎(chǔ)，在鉆進(jìn)中選擇較為適當(dāng)?shù)募夹g(shù)參數(shù)，達(dá)到提高鉆進(jìn)效率、防斜糾斜、鉆具及孔內(nèi)安全的目的。根據(jù)不同情況及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)。根據(jù)實(shí)際情況選用防斜、糾斜鉆具，輕壓吊打或加壓快打鉆進(jìn)，加強(qiáng)防斜效果。根據(jù)鉆時(shí)的快慢及時(shí)調(diào)整鉆壓，處理好軟硬交界面處的鉆進(jìn)。地層交界面、軟硬交錯(cuò)地層至少吊打鉆進(jìn)30～50m。鉆遇裂縫地層、含礫地層時(shí)如有跳鉆等現(xiàn)象，降低鉆壓，并反復(fù)劃眼，消除可能出現(xiàn)的狗腿或臺(tái)階。在沖積層易斜孔段堅(jiān)持劃眼制度，每鉆進(jìn)1單根上提1立根劃眼修整井壁。使用帶有穩(wěn)定器的鉆具時(shí)，穩(wěn)定器的外徑不得小于鉆頭直徑3mm。

(4)鉆井液的選擇

瓦斯抽采鉆孔全孔采用無芯鉆進(jìn)，鉆進(jìn)產(chǎn)生大量的砂粒、巖粉，選擇好泥漿類型、調(diào)整好泥漿性能，以保證安全鉆進(jìn)和成井。

鉆進(jìn)采用高聚物低固相高粘度泥漿，主要材料有:水解聚丙烯酰胺、水解聚丙烯晴鈉鹽、高粘度羧甲基纖維素鈉鹽、廣譜護(hù)壁劑、燒堿、純堿等。配制泥漿提前進(jìn)行膨潤土堿水化浸泡處理，并充分?jǐn)嚢?，隨時(shí)檢查泥漿性能及時(shí)調(diào)整，加強(qiáng)檢修、維護(hù)泥漿凈化設(shè)備，保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

pH值保持9左右，形成泥餅要薄而硬，泥漿的日常維護(hù)處理，盡量在鉆進(jìn)過程中在泥漿循環(huán)槽內(nèi)進(jìn)行，邊維護(hù)邊處理，在泥漿中加入處理劑時(shí)，加完處理劑的時(shí)間為泥漿循環(huán)一周的時(shí)間，使處理劑均勻分布，以防大起大落。

另外基巖段可選用優(yōu)質(zhì)PHP-HPAN泥漿進(jìn)行護(hù)壁，該泥漿具有可調(diào)性好、失水量小、流變性好、護(hù)壁能力強(qiáng)等特點(diǎn)，泥漿配方見表1。

在漏失層中還可以加入其他惰性材料。

在整個(gè)鉆孔施工中，合理使用CMC(低粘，中粘，高粘)，更好的增強(qiáng)鉆井液粘度，提高巖粉上反量，有效的提高鉆井速度，縮短鉆井周期。

泥漿性能:密度1.02～1.05，粘度23～26s，失水量小于12～15ml/30min，pH值8～9。視地層情況可隨時(shí)調(diào)整泥漿性能。

(5)下套管及固井工作

下管前的順孔工作是下管成功關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也極易造成順孔事故，要根據(jù)地層井壁情況合理選擇順孔管的加焊肋骨外徑、長度、組合方法，必須把孔內(nèi)沉渣沖凈，多起下幾趟鉆具，并充分調(diào)整孔內(nèi)泥漿性能。泥漿調(diào)整采用提粘降失水高聚物添加劑、潤滑劑、火堿(純堿):比重-1.15～1.20，pH值9～11，粘度23～26s。

工序包括:套管丈量排序擺放→尾管、順孔管加工→接箍焊接→沖順孔→泥漿調(diào)整→井口整理→鉆塔、設(shè)備、提吊系統(tǒng)檢查→安全會(huì)→下管。

采用石油固井時(shí)，固井前先進(jìn)行管路試壓，壓力達(dá)15Mpa，不刺不漏為合格。注完水泥后壓塞及替漿，碰壓壓力10MPa，檢查回壓閥位置是否正常，放壓檢查井口。

4 結(jié)語

(1)瓦斯抽采工作是保障高瓦斯礦區(qū)煤礦安全生產(chǎn)工作的重要工作環(huán)節(jié)，在國家的支持與個(gè)地方的努力下此項(xiàng)工作取得了長足的進(jìn)步。各個(gè)礦區(qū)在此工作上的發(fā)展顯示出了不同的技術(shù)特點(diǎn)，為我國在瓦斯抽采工作上奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)淮南礦區(qū)的地面瓦斯抽采鉆井的施工，從無到有，技術(shù)環(huán)節(jié)逐步提高，已經(jīng)形成了一套完整的施工方法及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)及安全效益。隨著瓦斯抽采鉆井的進(jìn)一步施工，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中將不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，逐步完善瓦斯抽采鉆孔的施工工藝，提高施工技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]武杰，桑樹勛，方良才，黃華州，吳國代，楊欣超.淮南礦區(qū)保護(hù)層開采卸壓范圍及瓦斯抽采地面井部署.煤田地質(zhì)與勘探，2010，11-14.

[2]趙旭生，煤礦瓦斯抽采與瓦斯災(zāi)害防治.煤炭科學(xué)總院重慶研究院.

[3]淮南礦業(yè)集團(tuán)地質(zhì)勘探工程處煤礦瓦斯抽采鉆孔施工組織設(shè)計(jì).