關(guān)于煤礦瓦斯防治方面保壓取樣裝置的應(yīng)用

羅虎 曹明 吳劉洋

摘 要：本文結(jié)合作者實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，在分析了煤礦采區(qū)概況和采區(qū)地址構(gòu)造的基礎(chǔ)上，就頂板攔截定向鉆孔施工方案和定向鉆孔保壓密閉取心技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦采區(qū);定向鉆孔;施工工藝;應(yīng)用

1煤礦采取概況

四采區(qū)（6～9煤）位于井田西部，西以 F22斷層為界與祁南井田相鄰， 東至 F1斷層，北至61煤 -600m 底板等高線，南至魏廟斷層延長線，東西走向長約1.9km 南北寬約1.4km 面積約2.66km2。采區(qū)內(nèi)地表平坦，高程一般在+19.73～22.06m 左右。

2采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

本采區(qū)靠近魏廟斷層處存在圩東背斜，北部基本為單斜構(gòu)造，煤巖層產(chǎn)狀有一定起伏，走向近東西，傾向近南北，平均傾角約14°，采區(qū)東西邊界發(fā)育兩條斷層：F1、F22，區(qū)內(nèi)共發(fā)育小斷層13條。

⑴斷層

①F1正斷層：采區(qū)東部邊界斷層，走向 NE，傾向 NW，傾角50°～65°，落差22～55m，在采區(qū)落差約50m;延伸長度6km，斷層落差由南向北逐漸增大，且有分叉合并現(xiàn)象，斷層破裂帶寬度2.0～12.7m。

②F22正斷層：井田邊界斷層，走向北北東向，傾向近西向，傾角70°，落差55～80m，在本區(qū)落差約50～80m，走向長大于5km。

③魏廟斷層（組）正斷層：本區(qū)邊界斷層，走向東西，傾向南北，傾角60～70°，最大落差330m。

⑵背斜

圩東背斜：位于魏廟斷層以北淺部，軸向東西，軸線長3.3km，在 T3、 T10標(biāo)準(zhǔn)反射波組的同向軸有向上向下彎曲的特征。兩翼產(chǎn)狀為平緩，一般在10～20°之間。兩翼巖芯局部地段也較為破碎，軸向有9條地質(zhì)勘探線和8條地震測線控制，軸向南翼被魏廟斷層切割;北翼被 F1斷層切割。區(qū)內(nèi)61、62、63、71、72、81、82、9煤層不受巖漿巖侵蝕影響。

3頂板攔截定向鉆孔施工方案

（1） 定向鉆孔施工過程中，隨鉆測量測點(diǎn)間隔設(shè)計為3m，不得超過6m。

（2） 鉆孔軌跡實(shí)鉆左右位移與設(shè)計左右位移偏差不得大于5m，71煤頂板攔截定向鉆孔實(shí)鉆上下位移應(yīng)在63煤與71煤之間巖層中;

（3）71煤頂板攔截定向鉆孔采用前進(jìn)式開分支鉆進(jìn)技術(shù)施工，每隔80m 左右主動探查63煤，然后開分支回到巖層中鉆進(jìn);選擇最后2個分支孔，采用保壓密閉取心技術(shù)對63煤進(jìn)行定點(diǎn)取心。

（5） 每隔50m 左右預(yù)留一個分支點(diǎn);除預(yù)留分支點(diǎn)外，鉆孔軌跡應(yīng)平滑，避免大的起伏，控制局部孔段鉆孔造斜率，為后期定向密閉取心創(chuàng)造有利條件。

（6） 采用復(fù)合定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行鉆孔軌跡控制，復(fù)合鉆進(jìn)時鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速為30～45r/min，應(yīng)控制好扭矩，避免損壞通纜鉆桿或造成鉆孔事故。

（7） 采用異形鉆桿復(fù)合排渣技術(shù)進(jìn)行鉆孔強(qiáng)排渣;當(dāng)采用滑動定向鉆進(jìn)進(jìn)行軌跡糾偏時，回次鉆進(jìn)完成后應(yīng)進(jìn)行劃眼;鉆進(jìn)一定進(jìn)尺后，應(yīng)進(jìn)行回轉(zhuǎn)沖孔，保證孔內(nèi)清潔，避免卡埋鉆事故發(fā)生。

（8） 當(dāng)孔口段局部地層破碎難以通過時，可采用大直徑擴(kuò)孔技術(shù)對孔口段擴(kuò)孔，增大排渣通道;當(dāng)目標(biāo)地層內(nèi)定向孔段局部破碎或鉆遇泥巖縮徑孔段時，可采用雙心定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行施工，增大定向鉆孔直徑，使其縮徑破壞后大于定向鉆具直徑;當(dāng)以上兩種方法處理后，仍然無法通過時，采用注漿加固技術(shù)進(jìn)行地層強(qiáng)化，提高地層穩(wěn)定性，確保安全施工。

（9） 嚴(yán)格按照鉆機(jī)操作規(guī)程和《施工安全技術(shù)措施》進(jìn)行施工，隨時關(guān)注設(shè)備工作壓力、孔口返水、返渣以及隨鉆測量數(shù)據(jù)情況，遇到異常及時提鉆至安全區(qū)域進(jìn)行處理，不可盲目鉆進(jìn)，確保施工安全。

4定向鉆孔保壓密閉取心技術(shù)

（1） 使用前準(zhǔn)備工作

連接調(diào)試好保壓密閉取心鉆具，測試關(guān)閉壓力和保壓效果，確保工作正常后，放置一邊待用。

（2） 定向鉆進(jìn)

準(zhǔn)備好鉆具后，利用隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行定向鉆孔施工，通過隨鉆測量裝置的實(shí)時軌跡測量和孔底定向鉆具的軌跡調(diào)控，保證定向孔沿設(shè)計軌跡延伸，實(shí)現(xiàn)取樣點(diǎn)空間位置的長距離高精度控制;為確保大直徑保壓密閉取心鉆具下放，應(yīng)控制鉆孔傾角和方位角造斜率，盡量使鉆孔保持平滑;至巖層定向鉆孔分支進(jìn)入煤層后，開啟泥漿泵采用大泵量將鉆孔沖洗干凈后，快速提鉆退出隨鉆測量定向鉆進(jìn)鉆具。

（3） 單點(diǎn)煤樣采取

包括以下分步驟：①取樣鉆具下放。連接保壓密閉取樣鉆具，將取樣鉆具下入鉆孔;下放過程中，若阻力較大，應(yīng)開啟泥漿泵進(jìn)行回轉(zhuǎn)掃孔，直至鉆具到達(dá)孔底;開啟泥漿泵通過取樣鉆桿向鉆孔供水至從孔口返出，確保煤樣筒內(nèi)無煤渣后，記錄下沖孔泵壓。②取樣孔段鉆進(jìn)。將取樣鉆頭推送至貼靠孔底， 并將泥漿泵排量調(diào)減至≤100L/min， 啟動鉆機(jī)以50～80r/min 的速度回轉(zhuǎn)鉆具，以0.2～0.3m/min 的速度向前鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度達(dá)到1.2～1.5m 后，停止鉆進(jìn)，關(guān)閉泥漿泵。③煤樣封閉。向取樣鉆桿內(nèi)環(huán)空間內(nèi)放入一個橡膠球，然后開啟泥漿泵以200L/min 以上泵量向取樣鉆桿供水，至泵壓突然增加，煤樣被剪斷且被密封在取樣內(nèi)筒內(nèi)。詳細(xì)記錄保壓密閉取樣鉆具下放時間、取樣孔段鉆進(jìn)時間和煤樣封閉時間。④煤樣取出。關(guān)閉泥漿泵，快速提鉆退出取樣鉆具，拆下煤層密閉取樣裝置后，取出取樣內(nèi)筒。

（4） 氣密性測試

對取出的取樣內(nèi)筒進(jìn)行氣密性測試，若檢測合格，取樣成功;若檢測不合格，重復(fù)步驟（3）再次取樣。

（5） 瓦斯解吸

將氣密性測試合格的取樣內(nèi)筒解吸閥門打開，進(jìn)行現(xiàn)場瓦斯解吸，并做好解吸記錄。

（6） 單孔多次取樣。

重復(fù)步驟（3）—（5），對多個取樣點(diǎn)的煤樣進(jìn)行保壓密閉采取，直至完成所有取樣工作。

（7） 實(shí)驗(yàn)室分析

利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備對采取的煤樣進(jìn)行瓦斯含量、氣成份、工業(yè)分析，獲取完整參數(shù)。

5結(jié)語

本文結(jié)合實(shí)際案例對頂板攔截定向鉆孔施工方案的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)探究。定向鉆孔保壓密閉取心充分利用了定向孔鉆孔軌跡的實(shí)時測控和長距離鉆進(jìn)優(yōu)點(diǎn)，及取樣裝置保壓密閉特性，既提高了井下近水平煤樣的采取深度，又可精確控制采樣精度，實(shí)現(xiàn)單孔多次定點(diǎn)取樣。該技術(shù)值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙建國.煤層頂板高位定向鉆孔施工技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，045（006）：137-141，195.

[2] 王康健，宋成長，梁加紅.頂板定向鉆孔抽放技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用[J].煤礦安全，39（01）：42-44.