煤礦井下坑道鉆探常見鉆孔事故分析與處理方法探討

豆旭謙，魏宏超，王林杰，曹建明，石會田

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

煤礦井下坑道鉆探常見鉆孔事故分析與處理方法探討

豆旭謙*，魏宏超，王林杰，曹建明，石會田

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

煤礦井下鉆孔事故是制約煤礦正常開采工期的關(guān)鍵因素之一?？偨Y(jié)了煤礦井下坑道鉆探鉆孔事故常用的處理方法，分析了埋鉆、卡鉆、斷鉆三類常見鉆孔事故的特征及原因，探討了該三類事故的處理方法，對煤礦井下鉆孔事故的處理具有一定的借鑒意義。

煤礦井下；鉆孔事故；事故特征；事故原因；處理方法

煤礦井下坑道鉆探作為查明井下地質(zhì)異常最直接的手段，廣泛應(yīng)用于瓦斯抽采、水害防治、地質(zhì)異常體（斷層、陷落柱）探測等領(lǐng)域，服務(wù)于煤礦建設(shè)與生產(chǎn)的全部環(huán)節(jié)，在一定程度上確保了煤礦的安全高效生產(chǎn)[1]。但是，煤礦井下坑道鉆探經(jīng)常遇到復(fù)雜的鉆孔事故，會直接影響到鉆探施工的進度和工期，嚴重時會讓鉆孔報廢，造成大量人力、物力、財力浪費，給煤礦造成巨大經(jīng)濟損失[2]。本文通過對煤礦坑道鉆探常見事故進行總結(jié)分析，探討不同鉆孔事故的發(fā)生原因、處理方法，梳理鉆孔事故處理方法的優(yōu)先級選擇原則，對煤礦井下坑道鉆探鉆孔事故的處理具有借鑒意義。

煤礦井下常見的坑道鉆探鉆孔事故主要有埋鉆、卡鉆、斷鉆等。發(fā)生事故的原因有主觀和客觀2方面的因素，主觀因素主要有鉆孔的設(shè)計等技術(shù)措施，操作人員技術(shù)的熟練程度，鉆進過程中是否有違章作業(yè)及對鉆孔事故的預(yù)見性等，可以通過對技術(shù)人員和鉆機操作人員的技術(shù)培訓(xùn)提高其作業(yè)技能，從而最大程度避免主觀因素釀成鉆孔事故的可能性，但是客觀因素導(dǎo)致鉆孔事故在鉆孔過程中具有隨意性、盲目性和不可預(yù)見性，本文主要從客觀因素著手分析鉆孔事故的原因。

1 常見鉆孔事故處理方法

（2）“強力起拔”工藝，即發(fā)生埋鉆事故后，用鉆機強力起拔鉆具，把鉆頭逐步提離埋鉆地點的方法，有“直接起拔”和“回轉(zhuǎn)起拔”2種方式，在起拔的同時對鉆具施加回轉(zhuǎn)荷載，鉆頭上的反切削會攪動煤巖粉渣，利于解決鉆孔事故。在強力起拔同時可以通過鉆機來“震動”孔內(nèi)鉆具[3]。

（3）“套銑掃孔”工藝，即選取適當(dāng)?shù)你@具組合，鉆桿內(nèi)徑大于事故鉆桿直徑，使用與之相適應(yīng)的擴孔巖心鉆頭，“套”在事故鉆具的外面對鉆孔進行掃孔，實現(xiàn)掃通卡埋鉆的地點成功解決鉆孔事故的方法，適用于卡、埋鉆事故。

（4）“正絲鉆桿+正絲錐”工藝，即在斷鉆的情況下，使用相應(yīng)尺寸的正絲鉆桿，在前端連接相適應(yīng)的公/母錐進行打撈事故鉆具的方法。

（5）“反絲鉆桿+反絲錐”工藝，即在鉆具卡埋死或斷鉆的情況下，使用相應(yīng)尺寸的反絲鉆桿，在前端接相適應(yīng)的公/母錐對孔內(nèi)的鉆桿進行打撈的方法。

（6）“拔管機強力起拔”工藝，即在卡、埋鉆事故處理異常困難的情況下，鉆具完好且鉆機能力不足拔出鉆具，使用拔管機強力起拔，或者提出事故鉆具，或者將事故鉆具拔斷提出部分鉆具。

2 常見事故類型及處理方法

2.1 埋鉆

埋鉆是指鉆具與孔壁的環(huán)狀間隙局部或全部地被堵塞，沖洗液不能流通，鉆具因此受阻不能提動或轉(zhuǎn)動的一種孔內(nèi)事故[4]。

（1）事故特征及原因。一般來講，煤礦井下無論在煤層或者巖層中鉆進，鉆孔埋鉆事故有塌孔埋鉆和沉渣埋鉆2大類。塌孔埋鉆從瓦斯地質(zhì)鉆探工藝的角度有3種形式：前置式坍塌、后置式坍塌和聯(lián)合坍塌[5]；沉渣埋鉆常常發(fā)生在下斜鉆孔的鉆頭位置，且常見為伴生事故，即單純發(fā)生下斜孔沉渣埋鉆的事故較少，多因其他事故的處理時間較長而引起埋鉆事故。

大規(guī)格的瓷磚在視覺效果上確實要比小瓷磚好看，也容易與多種裝修風(fēng)格搭配，然而瓷磚規(guī)格越大，水泥鋪墊面積也會隨之增大，瓷磚的抗擊打能力也越差，不要超過800*800的吧。

形成塌孔埋鉆的因素很多，根據(jù)對不同塌孔埋鉆事故的分析，究其本質(zhì)原因有：其一，鉆孔鉆遇軟煤（巖）層，其硬度較小或者松散破碎，無論空氣鉆進或者清水鉆進都難以成孔，是導(dǎo)致塌孔埋鉆的主要原因；其次，鉆進過程中的工程震動，如鉆具回轉(zhuǎn)時的敲邦震動、起下鉆鉆具對孔壁的損傷等。沉渣埋鉆的原因主要有在較深下斜孔鉆進中鉆進速度較快，產(chǎn)生的煤（巖）粉未能迅速及時排出孔口；深孔鉆進過程中由于突然停電等原因停泵時間較長，鉆具未能及時提至安全孔段等，導(dǎo)致大量的煤（巖）粉沉淀到孔底埋住孔底段鉆具。

（2）處理方法。根據(jù)鉆孔事故處理一般原則，發(fā)生埋鉆事故時，要冷靜分析埋鉆原因，根據(jù)埋鉆孔段的孔深、埋鉆長度和埋鉆程度，優(yōu)先嘗試采用“活動鉆具+泥漿泵沖孔”工藝，即先嘗試開啟泥漿泵沖孔，輔助以使用鉆機活動事故鉆具，反復(fù)試驗多次，若鉆具具有了一定的活動幅度和空間，不要急于將鉆具提離事故孔段，應(yīng)多次嘗試使得埋鉆孔段松動，并觀察孔口返渣量和返水量的變化，待孔內(nèi)疏通之后將鉆具提離事故孔段。

如果無法使用以上工藝解決，第二步可以考慮采用“強力起拔工藝”，調(diào)整馬達的排量，使馬達的工作效率處于低轉(zhuǎn)速、大扭矩的狀態(tài)，“強力起拔”事故鉆具，同時注意觀察壓力表的變化，避免在強制工作下?lián)p壞鉆機和發(fā)生二次孔內(nèi)事故，否則將會對鉆孔事故的成功處理十分不利。對于不太嚴重的埋鉆事故，采用以上兩種方法就可以解決。如果以上方法無效，埋鉆深度較淺，可以使用“套銑掃孔”工藝或“拔管機強力起拔”工藝；如果事故孔段埋深較長，在使用以上工藝方法失敗釀成二次斷鉆事故時，考慮采用“反絲鉆桿+反絲錐”工藝處理。

2.2 卡鉆

鉆探過程中，由于各種原因造成的鉆具陷在孔內(nèi)不能自由活動的現(xiàn)象，稱為卡鉆[6]。

（1）事故特征及原因?？ㄣ@之后，鉆具在孔內(nèi)卡住，提不出來，回轉(zhuǎn)時有阻力，甚至發(fā)生憋泵和卡死，但一般能通水?？ㄣ@的種類較多，在煤礦井下鉆探中卡鉆事故的發(fā)生概率較大，按成因常見的有坍塌卡鉆、縮徑卡鉆和沉渣卡鉆[7]，其中坍塌卡鉆在煤礦井下最多見。

煤礦井下鉆探中，坍塌卡鉆主要是由于煤巖孔壁掉塊造成的，鉆進過程中，由于鉆孔的形成打破了地層的應(yīng)力平衡，鉆孔內(nèi)的原始應(yīng)力將向鉆孔外壁轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致鉆孔外壁應(yīng)力增加，加之在煤礦井下鉆進多為近水平或者上仰孔，沖洗液未能充滿鉆孔，地層壓力得不到平衡，反而在大流量沖洗液的沖刷作用下加劇了發(fā)生失穩(wěn)塌孔的可能性，如果鉆遇裂隙較發(fā)育的地層，往往就會發(fā)生此類坍塌卡鉆事故，所以，坍塌卡鉆與地層完整性、巖性硬度、構(gòu)造程度、瓦斯含量等相關(guān)。縮徑卡鉆主要跟鉆遇水敏性泥頁巖地層有關(guān)，水敏性地層即巖石的部分粘土礦物由于沖洗液的緣故發(fā)生膨脹、分散、運移，從而導(dǎo)致巖層遇水膨脹導(dǎo)致卡鉆，如果在鉆遇水敏性地層過程中遇到突然停電等會增加發(fā)生縮徑卡鉆的可能性。沉渣卡鉆在煤礦井下一般發(fā)生在本煤層軟煤鉆進中，如果煤層松軟破碎，鉆遇瓦斯異常帶，會使鉆孔內(nèi)煤層瓦斯壓力突然降至0，孔底就會噴出大量的煤渣，沖洗液無法及時沖洗鉆孔使噴出的煤渣排出孔內(nèi)時，就會發(fā)生沉渣卡鉆[8]，如果噴出的煤渣量過大，甚至?xí)纬砷L距離孔段埋鉆。

（2）處理方法。準確分析卡鉆的原因，對于煤礦井下常見的卡鉆事故，應(yīng)該嚴格執(zhí)行鉆場交接班制度，事故解決始末開啟泥漿泵不停送水，然后首先采用“活動鉆具+泥漿泵沖孔”工藝嘗試解卡。如果解卡不成功，就采用“強力起拔”工藝，先在較小回轉(zhuǎn)扭矩下嘗試松動卡住鉆桿，若無法松動則將回轉(zhuǎn)扭矩調(diào)至最大扭矩下嘗試。使用以上工藝一般卡鉆事故即可解決，如果未能成功，鉆桿未斷，卡鉆深度較淺可以使用“套銑掃孔”工藝或“拔管機強力起拔”工藝；如果鉆桿斷了，即采用“反絲鉆桿+反絲錐”工藝處理[8]。

2.3 斷鉆

斷鉆是指在鉆進過程中，完整的鉆桿柱體在任意位置折斷掉入孔內(nèi)的現(xiàn)象。

（1）事故特征及原因。斷鉆是煤礦井下比較常見的鉆孔事故，發(fā)生在完整鉆桿柱體的任意位置，某一鉆桿中間、鉆桿的接頭處、異徑接頭處等，斷鉆之后泥漿泵的壓力會突然的變化至無壓力狀態(tài)。

煤礦井下鉆探斷鉆的原因有以下幾類，其一，鉆具本身的原因，即鉆具本身使用時間太長，其強度無法滿足正常鉆進鉆具抗拉、抗壓和抗扭矩強度的需要，或者下鉆時未仔細排查使用了帶有暗傷和已經(jīng)損壞的鉆具；其二，施工人員的原因，在下鉆、鉆進、起鉆的全過程中，如果未能按照操作說明或者規(guī)程正確作業(yè)，或者操作過程中發(fā)生突然憋泵，給進、起拔、扭矩過大，超過鉆具承受極限；其三，處理其他事故時的斷鉆，即在處理諸如埋鉆、卡鉆等常見事故時，由于回轉(zhuǎn)起拔力過大或者使用拔管機強力起拔時造成的斷鉆。

（2）處理方法。根據(jù)提出鉆孔鉆桿的長度和斷鉆鉆桿斷面的形態(tài)準確判斷斷鉆掉鉆的原因，斷鉆一般采用“正絲鉆桿+正絲打撈錐”工藝或者“反絲鉆桿+反絲打撈錐”工藝進行打撈，但是所采用打撈錐的類型、尺寸要根據(jù)孔內(nèi)事故的原因、斷頭的破裂程度和掉入孔內(nèi)鉆具在鉆孔的“擺放”狀態(tài)決定。如果斷頭較完整，可以采用同級公錐或者母錐撈??；如果斷頭是較大劈叉和斜叉，一般需要將斷頭割掉或磨掉一部分，使用相對鉆桿較大直徑的同心母錐；如果斷頭貼靠孔壁難以找到事故斷頭時，嘗試采用特種帶導(dǎo)向鉆頭的絲錐；如果絲錐在打撈的過程中經(jīng)常從斷頭旁邊側(cè)滑過去，也可以考慮把連接絲錐的第一根鉆桿彎成一定的角度，擴大絲錐打撈的范圍，鉆桿的彎度一般由小到大，以能順利下入孔內(nèi)為基本原則。在進行打撈處理時，如果打撈困難，鉆孔較淺時，可以對鉆孔進行掃孔之后再使用以上工藝打撈。

3 總結(jié)

通過對以上埋鉆、卡鉆、斷鉆3類常見孔內(nèi)事故的分析研究，針對不同事故類型在處理解決時可以參考以下優(yōu)先級選擇（表1）：

表1 煤礦井下常見孔內(nèi)事故處理方法優(yōu)先級選擇

煤礦井下如果發(fā)生鉆孔事故，鉆進效率、工程質(zhì)量、安全生產(chǎn)、鉆進成本都將受到較大影響，所以，科學(xué)分析鉆孔事故的原因，準確判斷定位事故發(fā)生孔位，制定科學(xué)合理的補救和處理方案，是井下鉆孔事故成功處理的關(guān)鍵所在。本文對煤礦井下鉆探事故的綜合分析研究，對鉆孔事故的成功處理具有積極的指導(dǎo)意義。

[1]姚寧平.我國煤礦井下近水平定向鉆進技術(shù)的發(fā)展[J].煤田地質(zhì)與勘探，2008,36(4):78-80.

[2]王鵬飛.礦山井下鉆探事故與處理[J].科技信息，2012(4): 398.

[3]徐保龍，李喬喬，賈明群，等.強力起拔工藝在煤礦井下定向鉆孔卡埋鉆事故處理中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2013,25 (5):103-104.

[4]王福.埋鉆事故分析及預(yù)防措施[J].林業(yè)科技情報，2007,39 (4):89.

[5]馬沈岐，曹明，汪蕓，等.瓦斯地質(zhì)鉆探中孔內(nèi)事故分析與處理方法[J].煤礦安全，2008,39(11):93-96.

[6]張林強.井下卡鉆分析及處理[J].海洋石油，2007,27(3): 112-115.

[7]姚寧平，張杰，李喬喬.煤礦井下近水平定向鉆技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011,39(10):53-57.

[8]張杰，蔣玉璽，姚寧平.九里山礦井下定向鉆孔卡鉆事故處理實踐[J].煤礦安全，2012,43(11):125-127.

Discussion on theAnalysis and Treatment of Common DrillingAccidents of Underground Tunnel of Coal Mine

DOU Xu-qian,WEI Hong-chao,WANG Ling-jie CAO Jian-ming,SHI Hui-tian
(Xi′an Institute Co.Ltd.,China Coal Technology&Engineering Group,Xi′an,Shanxi 710077,China)

The drilling accident of underground tunnel of coal mine is one of the key factors to restrict mine normal production period.The paper summarizes the coal mine tunnel drilling accident handling methods,analyzes the characteristics and the reasons of the three kinds of common drilling accident such as drill burying,sticking,breaking of a rod,and discusses the handling methods for the three kinds of drilling accident,has a certain reference significance for such drilling accident disposal.

underground coal mine；drilling accident；accident characteristics；accident cause；processing method

P634.8

A

1004-5716(2015)08-0021-03

2015-01-08

2015-01-09

豆旭謙（1987-），男（漢族），甘肅靜寧人，助理工程師，現(xiàn)從事煤礦井下定向鉆進技術(shù)及推廣工作。