大口徑煤礦瓦斯抽排地面下井鉆孔施工技巧初探

摘要：煤礦瓦斯抽排地面下井鉆孔施工由于面臨口徑大、下管道重量大等問題，導致施工難度相對大，施工問題也較多。本文從多個角度介紹施工待解問題及問題解決方法。主要介紹內(nèi)容有，大口徑瓦斯抽排鉆孔垂直度、套管穩(wěn)定性、水泥浮力板（塞）設(shè)計及下放深度等關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上的施工技巧。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽排 大口徑 地下井鉆孔 施工技巧

隨著鉆孔施工技術(shù)的不斷成熟，當前地面鉆孔瓦斯油排技術(shù)在很多的工程當中得到了應(yīng)用，大口徑煤礦瓦斯油排鉆孔是指礦井下瓦斯預(yù)抽后與地面的連接通道，也是目前我國實現(xiàn)煤礦資源循環(huán)利用并且降低事故危害的有效措施。但是此類型鉆孔施工具有較高難度，對于技術(shù)要求嚴格，如果在施工中出現(xiàn)問題那么就會導致鉆孔失去作用從而造成不必要的浪費。本文由此開展探討，圍繞大口徑煤礦瓦斯油排地面下井鉆孔施工技巧開展研究，旨在提高鉆孔施工水平。

1 導向孔與分步擴孔施工

瓦斯油排面的縱向深度以及橫向口徑都較大，因此在套管下管的過程中必須使鉆孔具有較高的垂直度，對此應(yīng)該先進行小口徑的導向孔施工，然后擴大鉆孔面積。在此過程中需要注意以下幾點：第一，導向孔施工。導向孔施工作為這個鉆孔工程的重點，對后續(xù)的工作有很大的影響，并體現(xiàn)出靶點方位以及孔身的軌跡。從理論上來看鉆進的過程中應(yīng)該以反循環(huán)鉆進為主，但是目前受到硬件設(shè)備的影響，難以實現(xiàn)反循環(huán)，仍以正循環(huán)為主。同時牙輪鉆頭具有較為全面的碎巖功能，所以應(yīng)該使用牙輪鉆進方法。必須把握好鉆壓，使用輕壓懸吊式的鉆進方式減少孔斜。另外在測斜間距的時候適宜將測點的間隔設(shè)為50m，這樣能夠更加直觀的了解鉆孔的彎曲情況，在容易出現(xiàn)斜孔的部位增加監(jiān)測力度，每隔10m就安置一個測試點，如果發(fā)現(xiàn)問題必須及時解決。第二，分步擴孔。完成以上施工工序之后應(yīng)該開展分步擴孔工作。在分步的時候應(yīng)該根據(jù)每個牙輪掌回轉(zhuǎn)一周的切削面進行分級，必須控制好分級的范圍，避免出現(xiàn)回路不穩(wěn)定以及進尺困難等問題，另外在軟巖和新底層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中能夠適當?shù)氖褂幂^大的分級。在擴孔鉆口的選擇上應(yīng)該根據(jù)不同位置的實際情況，例如基巖段應(yīng)該采用組合式的牙輪鉆頭，沖積層則采用刮刀擴孔鉆頭，保持規(guī)格和新舊程度的一致，排放的間隔和角度應(yīng)該保持協(xié)調(diào)，避免牙輪掉落。同時鉆頭應(yīng)該具備一定的回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、長度以及剛度，導向部分為400mm左右較為適宜，直徑和導向孔相協(xié)調(diào)，通常和鉆頭中心管形成一個整體。基巖層轉(zhuǎn)壓為60-80kN，轉(zhuǎn)速保持48-69r/min，泵量為3000L/min；沖擊層的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)壓40-50kN，轉(zhuǎn)速保持48r/min，泵量為3000L/min。

2 下管方法

2.1 套管穩(wěn)定性需解決問題 在鉆孔施工完成后，要安裝工作套管是為了保證鉆孔的穩(wěn)定性，并防止地下水沿鉆孔滲透到工作面影響施工。將套管視作長圓筒，圓筒受外壓作用，在筒壁內(nèi)產(chǎn)生徑向和環(huán)向壓縮應(yīng)力，當壓縮應(yīng)力達到材料承受極限時，筒體強度遭到破壞。實踐證明，筒壁承壓小，容易在瞬間被破壞形狀。這種情況稱之為彈性失穩(wěn)。采用浮力法下管時，浮力板（塞）上方有一段套管為空管，下放到一定深度時，如果抗橫向擠壓強度不夠，套管與孔壁間泥漿靜壓力大于套管失穩(wěn)臨界壓力，發(fā)生失穩(wěn)狀況，工程會因此失敗。

2.2 下管具體操作方法 浮力板的材料可以分為水泥式、鋼制式以及木制式，而根據(jù)浮力板的位置能夠分為中部式以及端部式。端部式是其將套管的底部作為鍋底，然后在下放時往套管中注入泥漿，這種方式在鉆井法槽井井壁施工時較多使用，但是在端部設(shè)置鋼制浮力板的技術(shù)要求過高，因此在瓦斯油排鉆孔施工中這種方式已經(jīng)較不適宜。當前主要采用的施工方式是中部式下放水泥浮力板的方式，下放浮力板的時候需套管已經(jīng)下降到一定的深度。套管中澆注水泥能夠產(chǎn)生水泥浮塞，根據(jù)套管內(nèi)壁和水泥的粘和消弱從浮塞下部泥漿的壓力作用，當然，這里所說的粘和需要反復(fù)的試驗，以水泥錨桿錨固力的角度來看，粘和力為FsoFs=πDlTc，公式中Tc代表套管內(nèi)壁和水泥浮塞的粘和度，單位為Mpa；D為水泥浮塞的直徑，l為水泥浮塞的長度，單位均為m；泥漿對水泥浮塞下部的壓力為fb=hywπD2/4，當中的yw是泥漿容重，單位為kN/m3；h則表示水泥浮塞底部到孔口的距離。根據(jù)fs>fb可以得到水泥長度大于hywD/（4Tc）。在施工過程中應(yīng)該在澆注之間打磨套管內(nèi)壁，同時加焊一些鋼筋圈放置在內(nèi)壁當中，以此來提高水泥浮塞的抗浮力以及其端部的約束。

另外需要注意，在調(diào)整好泥漿性能指標后，用同徑井管探孔。作業(yè)要快，縮短輔助時間。采用割孔穿杠鋼絲繩牽引提吊的下管方作業(yè)于護壁管和工作管。井管對接后抽出穿杠，把切割下的圓板填入空中焊接牢實，然后在空外補焊鋼板加強強度，在井管入井后內(nèi)一定深度后，根據(jù)情況向館內(nèi)灌注泥漿。

3 結(jié)束語

大口徑瓦斯抽排孔技術(shù)要求和施工難度高，可能出現(xiàn)的問題多且雜，在現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)條件下，必須根據(jù)地層情況和施工條件確定參數(shù)，對可能出現(xiàn)危險因素做好防護措施，綜合利用工藝技術(shù)方法，保證安全系數(shù)，保證細節(jié)參數(shù)不會影響整體施工情況。

參考文獻：

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作者簡介：

汪超（1987-），男，安徽淮南人，中煤特殊鑿井（集團）有限責任公司鉆探分公司，助理工程師，研究方向：小鉆機施工技術(shù)。