試論松軟突出煤層鉆進(jìn)困難的問題

何寶林

（江西省煤田地質(zhì)局227地質(zhì)隊(duì),江西 吉安 343009）

試論松軟突出煤層鉆進(jìn)困難的問題

何寶林

（江西省煤田地質(zhì)局227地質(zhì)隊(duì),江西 吉安 343009）

在分析煤層深孔鉆進(jìn)困難存在原因的基礎(chǔ)上，對(duì)于其成因和類型進(jìn)行探討，并探討了鉆穴出現(xiàn)與鉆孔深度的影響關(guān)系，希望對(duì)于今后解決松軟突出煤層鉆進(jìn)困難有所幫助。

松軟突出煤層；鉆進(jìn)困難；影響因素；排渣；鉆孔深度

國內(nèi)某些礦區(qū)存在突出煤層和松軟煤層的鉆進(jìn)困難問題，盡管采用國外的先進(jìn)鉆進(jìn)技術(shù)，使用國外的孔底馬達(dá)千米鉆機(jī)，但是效果并不明顯，有些還造成孔底馬達(dá)丟失在煤層中，所以，有必要對(duì)于突出、松軟煤層的深孔鉆進(jìn)問題有所突破，就應(yīng)該系統(tǒng)研究孔內(nèi)排渣系統(tǒng)相關(guān)問題，探求其中的深孔鉆進(jìn)在松軟易突出煤層難以實(shí)現(xiàn)的原因。

1 瓦斯抽采鉆孔的排渣分類思考

在本煤層瓦斯抽采鉆孔施工中，鉆頭和鉆桿則是相應(yīng)的孔內(nèi)鉆具。其中，螺旋鉆桿和光面空心圓鉆桿則是兩種常見的鉆桿類型，對(duì)于不同的鉆桿類型，其也具有不用的鉆孔排渣系統(tǒng)，螺旋排渣系統(tǒng)和流體排渣系統(tǒng)則是兩種鉆孔排渣系統(tǒng)[1]。

1.1 機(jī)械排渣系統(tǒng)

排渣則是利用鉆桿自身的螺旋輸送功能完整，在螺旋鉆桿中，鉆頭處的鉆屑則是通過鉆桿外表的螺旋葉片而運(yùn)出鉆孔。鉆機(jī)的動(dòng)力則能夠有效提供給機(jī)械排渣系統(tǒng)的排渣動(dòng)力。考慮到使用鉆機(jī)的動(dòng)力特點(diǎn)，這種機(jī)械排渣系統(tǒng)較為適用于淺孔鉆進(jìn)過程，最近幾年研制設(shè)備中，則呈現(xiàn)出機(jī)械排渣系統(tǒng)的趨勢(shì)。

1.2 流體排渣系統(tǒng)

通過氣流或者水流作用進(jìn)行排渣，在光面空心圓鉆桿中，水流或高壓氣流在空心圓鉆桿內(nèi)進(jìn)行通入，鉆孔運(yùn)輸出鉆頭處的鉆削則是依靠上述流體作用。對(duì)于流體排渣系統(tǒng)的排渣動(dòng)力來說，其動(dòng)力源并不是鉆機(jī)的動(dòng)力，而是來自于外在的流體動(dòng)力，所以，此過程并不消耗鉆機(jī)動(dòng)力，其中，本煤層抽采鉆孔超過一半都采用流體排渣系統(tǒng)，在國外，流體排渣系統(tǒng)（水流）也較多在千米鉆機(jī)中采用。對(duì)于進(jìn)行突出、松軟煤層的打鉆過程，存在不均衡的煤渣產(chǎn)出問題，這樣就能以實(shí)現(xiàn)煤渣在水流作用下進(jìn)行均勻混合效果，所以，一般都采用氣流進(jìn)行排渣。

2 深孔鉆進(jìn)困難問題分析與思考

2.1 鉆孔內(nèi)部疑問

在分析本煤層瓦斯抽采鉆孔成孔困難過程中，其成因具有一定的復(fù)雜性，針對(duì)此大多為概括性描述，比如塌孔、吸鉆、噴孔、煤鉆等，但是，在使用孔口回轉(zhuǎn)型鉆機(jī)的過程中，并沒有詳細(xì)研究煤層打鉆困難相關(guān)問題，出現(xiàn)了鉆孔內(nèi)的煤炮、塌孔、噴孔情況，并沒有詳細(xì)推斷相關(guān)的鉆孔內(nèi)具體情況。只有通過詳細(xì)研究煤層深孔鉆進(jìn)困難，才能更為有效地進(jìn)行成孔技術(shù)裝備研究[2]。

（1）鉆孔內(nèi)部形成鉆穴分析。按照鉆孔理論直徑要求，在實(shí)際的煤層打鉆過造成的鉆孔局部直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者，由于煤體力學(xué)性能、瓦斯壓力、地應(yīng)力、鉆桿擾動(dòng)力等相關(guān)因素而形成的準(zhǔn)充填型洞穴，這種現(xiàn)象往往是造成本煤層瓦斯抽采鉆孔成孔困難的主要因素，因此有必要對(duì)于這種鉆穴的形成過程、形成方式以及相關(guān)的其內(nèi)部的煤渣運(yùn)移堵塞規(guī)律進(jìn)行必要的研究。

（2）成因及分類探討。鉆穴可以根據(jù)不同的主要成因而分為如下兩種：第一，突出類的鉆穴。對(duì)于微型巷道的鉆孔來說，煤與瓦斯突出則會(huì)在巷道發(fā)生，另外，其也會(huì)在上述四大因素影響下，相比于煤與瓦斯突出在鉆孔內(nèi)出現(xiàn)，這種鉆穴也存在突發(fā)性，在突然形成的煤炮聲中，使得鉆穴能夠滿足突然充填的狀態(tài)，這就容易造成丟鉆或者抱死鉆桿的事故情況；第二，松塌類的鉆穴?？紤]到煤層整體性比較差、強(qiáng)度較低的特點(diǎn)，在松軟、松散、裂隙、突出煤層中，主要作用力則是鉆桿擾動(dòng)力和地應(yīng)力，這樣鉆穴就會(huì)由于煤體松散塌落而在鉆孔的上部分以及鉆孔前端所形成。煤炮聲沉悶或者沒有煤炮聲則是形成的特點(diǎn)，同時(shí)，也沒有相應(yīng)的突發(fā)性。其中，在相關(guān)和巷道具有一定距離的高應(yīng)力區(qū)則容易發(fā)生此類的松塌的鉆穴現(xiàn)象，其他瓦斯異常帶也會(huì)發(fā)生，這樣就會(huì)造成打鉆成孔困難的現(xiàn)象在距離煤壁15m左右位置出現(xiàn)。

（3）基于危害程度的鉆穴類型。第一，在危害型鉆穴方面，這種危險(xiǎn)性表現(xiàn)能夠產(chǎn)生螺旋鉆桿抱死，或者導(dǎo)致光面鉆桿流體排渣系統(tǒng)的堵塞問題。其中，瓦斯抽采鉆孔的深度能夠在這種危害型的鉆穴中有所反應(yīng)；第二，在非危害型鉆穴方面，主要是指能夠影響到打鉆方面性能，但是不會(huì)因此而造成停鉆。

3 鉆孔深度與鉆穴的關(guān)系探討

3.1 準(zhǔn)充填狀態(tài)分析

第一，鉆穴內(nèi)要求最小流速在流體排渣系統(tǒng)中，所謂的最小搬運(yùn)流速，就是指造成流體不能具備搬運(yùn)煤渣的能力。最小搬運(yùn)流速則應(yīng)該在一定的流體排渣動(dòng)力下，求得流體通過的最大通過截面，因?yàn)?，鉆渣沉淀會(huì)發(fā)生在大于某一截面后的情況，由于減小的流速而造成。所以，對(duì)于大直徑的鉆穴來說，其內(nèi)部不可能為空，造成鉆穴內(nèi)的流速下降，使得鉆穴內(nèi)聚集鉆屑，這就是所謂的鉆穴的準(zhǔn)充填狀態(tài)。

第二，煤渣產(chǎn)出速度和機(jī)械排渣速度具有一定的不協(xié)調(diào)性。大量產(chǎn)出煤渣問題則會(huì)出現(xiàn)在鉆穴形成過程中，“鉆穴”充填過程中，鉆穴煤體松散膨脹則會(huì)造成大量煤渣，容易出現(xiàn)一定時(shí)間段內(nèi)的螺旋鉆桿的埋沒狀態(tài)，則會(huì)造成比較大的螺旋鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力，也許會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的吸鉆現(xiàn)象。

3.2 流體排渣情況下的鉆孔深度與“鉆穴”的關(guān)系探討

外界流體動(dòng)力作為排渣動(dòng)力，這是發(fā)生在光面圓鉆桿情況中，根據(jù)我國現(xiàn)場(chǎng)礦區(qū)的實(shí)際情況，利用氣流動(dòng)力或者水動(dòng)力在流體排渣系統(tǒng)的打鉆工藝中。其中，鉆機(jī)的動(dòng)力大小幾乎和突出煤層的鉆進(jìn)深度沒有太大關(guān)系，在進(jìn)行流體排渣過程中，通過引進(jìn)國外性能強(qiáng)的千米鉆機(jī)，把小鉆機(jī)更換為大鉆機(jī)，打鉆深度的效果幾乎沒有變化。

對(duì)于光面鉆桿來說，純流體排渣造成鉆桿不具備排渣功能。由煤層瓦斯含量變化、煤層區(qū)域性強(qiáng)度變化等相關(guān)因素所造成的危害型“鉆穴”，往往在突出、松軟煤層中，具有變化非常大的鉆孔深度。經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)打鉆的觀察，大量瓦斯涌出會(huì)在“鉆穴”情況下產(chǎn)生，煤渣在鉆穴內(nèi)的排渣過程中，由于大量瓦斯氣體參與，能夠在某段時(shí)間內(nèi)排空。但是，在進(jìn)行向前鉆進(jìn)過程中，“鉆穴”內(nèi)聚積鉆渣成為必然，就會(huì)造成堵塞而不能夠鉆進(jìn)。這種情況下，退鉆之后再次鉆進(jìn)也不能夠很好解決。

所以，危害型“鉆穴”的發(fā)生位置對(duì)于松軟、突出煤層的鉆孔深度具有重要影響，而不是和鉆機(jī)的動(dòng)力大小相關(guān)。

4 結(jié)語

經(jīng)過根問探討，對(duì)于鉆穴上部具有一定的排渣通道面積，此鉆穴截面積越大，在越小的排渣通道尺寸下，而更容易出現(xiàn)堵塞情況。純流體排渣則說明，影響到松軟、突出煤層的鉆孔深度主要因素為鉆穴的體積大小和其發(fā)生位置，而與鉆機(jī)動(dòng)力大小并沒有多大關(guān)系。

[1]鞠魯.低固相油基泥漿在古藺勘探區(qū)繩索取心鉆進(jìn)中的應(yīng)用[J].中國煤炭地質(zhì),2010（03）.

[2]李運(yùn)宏.松軟煤層瓦斯抽采鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤,2010（09）.