鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

摘要 水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井，必須通過井下鉆探來防治水害。因井下環(huán)境的特殊性，井下鉆探比地面鉆探更復(fù)雜，施工難度更大，尤其是在軟巖層鉆進(jìn)時(shí)。怎樣通過改良設(shè)備，改進(jìn)施工工藝，來達(dá)到提高鉆探效率、治水提效的目的，是煤礦井下防治水鉆探的研究方向。開灤范各莊礦經(jīng)過50多年的探水作業(yè)，積累了豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，可以在兄弟礦井中加以推廣。

關(guān)鍵詞：井下鉆探；軟巖層鉆進(jìn)；施工工藝

1 防治水鉆探設(shè)備的特點(diǎn)

防治水鉆探永遠(yuǎn)是為生產(chǎn)服務(wù)的，靈活、快速、機(jī)動(dòng)、有效是對(duì)鉆機(jī)的根本要求?？偨Y(jié)起來應(yīng)具備以下特點(diǎn)：機(jī)身輕便，大件可拆成小件搬運(yùn)；占用空間小，寬度應(yīng)控制在2米以下，高度應(yīng)控制在3.5米以下；鉆機(jī)可任意角度旋轉(zhuǎn)鉆孔；結(jié)構(gòu)簡單，易于操作和維修；安全系數(shù)高，保證鉆機(jī)本身不會(huì)產(chǎn)生較大的安全隱患。

2 防治水主要鉆探工藝

在井下探放水時(shí)，必須封注孔口管、承壓套管。如何高效快速的注好套管，既關(guān)系到施工的效率，更關(guān)系到防治水工程的安全性。而在松軟層封注套管或鉆孔，一直是井下鉆孔施工的難題。

2.1 孔口承壓止水套管封注

探放高壓水時(shí)必須封注承壓套管，一般采用雙層套管封注法：先用Φ108開孔短開孔，注Φ108孔口管兩米；等干24小時(shí)后戴好Φ108護(hù)口，改用Φ89巖芯管鉆進(jìn)至要求深度，然后下Φ89套管。技術(shù)關(guān)鍵：○1Φ108護(hù)口必須留排氣孔，用于在封注Φ89套管時(shí)排氣，保證Φ89套管外壁與孔壁間完全被封死并上壓.○2Φ108孔口管人工封注方法：下入孔底一端必須用矸石塊堵嚴(yán)，下管前先拌水泥成面團(tuán)狀（注2米孔口管需用1袋半水泥），然后往孔內(nèi)投漿（俗稱拽灰），管壁抹上水泥，開始下管。下管時(shí)需手扶套管，旋轉(zhuǎn)著慢慢往孔底送，保證管壁水泥均勻分布，必要時(shí)用鉆機(jī)壓入孔底?？卓诠芟氯肟椎讜r(shí)由于孔內(nèi)空氣被壓縮后從管內(nèi)沖出，往往都能聽“噗”的一聲響，證明管壁與孔壁間已完全被封死，管已下好?！?下、斜孔Φ89套管封注方法：必須先用Φ89鉆頭鉆至設(shè)計(jì)套管長度以下2米深度，保證沖盡孔內(nèi)巖粉。下管前需準(zhǔn)備好平輪、麻繩、卡纜、提引器、簡易螺絲頭。下管時(shí)先在孔口上方固定好平輪，下入第一根套管，用卡纜將套管末端固定住后卡在孔口，連接第二桿套管，在第二根套管末端上簡易螺絲頭，用準(zhǔn)備好的麻繩穿過提引器和平輪，提引器和簡易螺絲頭連好，松卡纜，松麻繩將第二根套管下入孔內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)直到將套管下到孔底。下好后戴上Φ89護(hù)口，上好注漿盤開始注漿。注漿開始前必須將Φ108護(hù)口上的排氣孔瓦路打開，當(dāng)注漿至排氣孔往外返漿時(shí)，關(guān)閉排氣孔瓦路，繼續(xù)注漿至設(shè)計(jì)壓力，承壓套管封注結(jié)束。

2.2 全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)

當(dāng)需要全孔在煤層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，如使用光鉆桿水循環(huán)鉆進(jìn)，由于煤層松軟，容易塌孔而無法成孔。經(jīng)過實(shí)踐，螺旋鉆桿在煤層內(nèi)鉆進(jìn)成孔率較高。在煤層中利用螺旋鉆桿不用循環(huán)水的特點(diǎn)，避免了循環(huán)水沖刷孔壁、泡軟煤層后塌孔；因螺旋鉆桿自動(dòng)排粉，排粉干凈，孔壁完整，放水效果也較好。

2.3 松軟層跟管鉆進(jìn)

松軟層指破碎的巖石、軟煤（如我公司7煤）、軟巖（如鋁釩土巖）等等。鉆進(jìn)時(shí)分兩種情況：一是開孔即遇松軟層；二是鉆進(jìn)到一定深度后遇松軟層。

○1開孔即遇松軟層

由于探放水孔必須封注孔口承壓止水套管，開孔時(shí)鉆頭直徑必須在Φ89mm以上，大大增加了松軟層開孔的難度。常規(guī)鉆進(jìn)先用開孔短或巖芯管將孔鉆出，再下套管，但松軟層鉆好后一拉鉆具，孔內(nèi)馬上又塌嚴(yán)，無法下管。

○2鉆進(jìn)到一定深度后遇松軟層

此類情況主要是穿層鉆孔，如鉆孔先在12煤底板開孔，探9煤，就必須穿11煤及11煤底呂礬土巖（白砂矸）。當(dāng)鉆頭穿過松軟層后，在循環(huán)水及鉆具的擾動(dòng)下，松軟層開始塌落，俗稱“抄后路”，形成堵孔、卡鉆等事故，導(dǎo)致無法鉆進(jìn)。

根據(jù)以上兩種情況，我們采用了跟管鉆進(jìn)技術(shù)，并取得了一定的成效。即：當(dāng)開孔即遇松軟層時(shí)，止水套管前端戴相應(yīng)口徑的特制筒狀合金鉆頭，后端上螺絲頭，當(dāng)?shù)谝桓坠茔@進(jìn)到孔內(nèi)后，解下螺絲頭，上第二根套管，再鉆進(jìn)，直到鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，然后用光鉆桿小鉆頭清理出套管內(nèi)的煤巖粉，直接上注漿盤封注承壓套管。當(dāng)鉆進(jìn)到一定深度遇松軟層時(shí)，先下好大一徑孔口管，然后用比鉆頭大一徑的巖芯管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)到松軟層時(shí)拉鉆，再采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)鉆過松軟層并甩入孔內(nèi)，起到保護(hù)松軟層孔壁的作用。

2.4 斜下孔鉆進(jìn)

斜下孔鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆孔往往順層鉆進(jìn)，再加上巖層自重的作用，很容易塌孔，破碎巖層鉆進(jìn)則難度成倍增大。我們采用以下措施，取得了較好效果：○1班前下鉆桿，鉆頭距孔底15米時(shí)必須給水下鉆桿，同時(shí)掌握好泵壓，有憋泵現(xiàn)象立即提鉆?！?鉆頭下到孔底，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆機(jī)沖水10分鐘后方可鉆進(jìn)?！?安排專人看管水泵吸水管，水龍頭不準(zhǔn)有堵塞，不準(zhǔn)吸空?！?鉆孔不取芯時(shí)，班末必須沖孔20分鐘后再提鉆，至少提出10根鉆桿（15米）?！?鉆進(jìn)時(shí)遇軟或破碎巖層，不準(zhǔn)追尺，正常鉆進(jìn)，并準(zhǔn)確記錄位置?！?鉆進(jìn)中如果停電，必須立刻接通高壓風(fēng)吹孔底巖粉，直到來電，期間人員不準(zhǔn)離開?！?鉆進(jìn)中如果水泵損壞，必須立刻接通高壓風(fēng)吹孔底巖粉，拔出鉆桿。

2.5 高角度上仰孔鉆進(jìn)

當(dāng)目標(biāo)與施工位置成垂直上下關(guān)系時(shí)，需要施工高角度上仰孔來達(dá)到工程目的。高角度上仰孔鉆進(jìn)時(shí)必須選在頂板條件較好處，或做好頂板支護(hù)，防止掉落矸石塊傷人，鉆進(jìn)過程中嚴(yán)禁張望孔內(nèi)，操作人員加完桿后必須及時(shí)離開孔口下方。為保證施工安全，可采取以下措施：○1下好孔口管后再從孔口加接一根套管，降低孔口高度，以方便上護(hù)口及瓦路，原則上孔口距地表不宜超過2米。○2為保證開孔時(shí)難度及準(zhǔn)確度，可在鉆機(jī)導(dǎo)正器前加接加長導(dǎo)正器，縮短擊發(fā)距離?！?根據(jù)工程需要提前搭好牢固的腳手架。

結(jié)語：近年來，煤礦井下突水淹礦事故仍呈多發(fā)態(tài)勢，防治水工作也將任重道遠(yuǎn)。鉆探作為井下防治水最主要的一項(xiàng)手段，必須解決好設(shè)備、技術(shù)、人才幾個(gè)方面的問題，才能有效的為“有疑必探”的防治水工作服務(wù)。經(jīng)驗(yàn)的積累和認(rèn)真總結(jié)是鉆探很重要一環(huán)，而不同礦井應(yīng)努力的發(fā)展出適合于本礦井的方法和經(jīng)驗(yàn)，來適應(yīng)本礦井地質(zhì)條件的鉆探。

作者簡介：楊紅明（1981-），男，云南麗江人，水文地質(zhì)工程師，開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司地質(zhì)科現(xiàn)從事水文地質(zhì)技術(shù)工作。