跟管鉆進技術在煤礦井下瓦斯抽放鉆孔封孔工藝中的應用及若干問題的處理措施

摘要：針對近水平定向長距離瓦斯抽放鉆孔開孔段煤層松散破碎的問題，通過分析開孔段煤層賦存情況，介紹了在施工白芨溝煤礦2621工作面定向瓦斯抽放鉆孔開孔段遇到的問題及采取的解決對策。通過選擇合適的鉆具、技術和工藝等，達到了預期的封孔效果，保證了封孔質量和后續定向鉆孔的施工。

關鍵詞：跟管鉆進；瓦斯抽放；封孔工藝；處理措施

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 18-0067-02

一、概述

近年來，定向鉆進技術在煤礦井下長距離瓦斯抽放鉆孔中的應用越來越廣泛，施工技術和工藝也逐步完善，鉆孔施工深度、施工精度、成孔率、單孔瓦斯抽放濃度和流量都有了明顯的提高，解決了煤礦井下工作面的瓦斯抽采利用和瓦斯治理等問題。但是面對開孔段煤層松軟破碎，鉆孔施工時瓦斯濃度和流量大等問題，如何保證開孔段封孔質量，防止鉆孔瓦斯泄漏，保證后續定向鉆孔的順利施工成為當務之急。

面對井下施工瓦斯抽放鉆孔開孔段煤層破碎的問題，常規的開孔、擴孔、下套管封孔的工藝已經無法滿足封孔要求，出現封孔長度不夠、孔口管彎曲較大無法下鉆、封孔后漏氣漏水等問題。隨著鉆探技術的發展，跟管鉆進技術在地面取芯鉆進和泥漿鉆進中的應用越來越多，技術也更加成熟，利用跟管鉆進技術針對開孔段煤層破碎的情況進行封孔，不僅保證了封孔質量，滿足了定向鉆進的要求，瓦斯抽放效果也更加明顯。

二、工程概述

（一）開孔段煤層情況

白芨溝煤礦是神華寧煤集團重點煤礦之一，屬高瓦斯礦井。本次施工的2621工作面瓦斯抽放鉆孔，主要針對二3層煤進行施工，二3層煤厚度10m-24m不等，頂板有1.5m-2m厚略質煤，煤層松軟破碎，遇水即發生塌孔現象。本次施工鉆場設在二3層煤頂分層，鉆場頂板即為二3層煤直接頂，在鉆場掘進過程中由于放炮原因，接近頂板略質煤以下煤層也出現松散破碎情況，鉆進時出現嚴重塌孔。沿鉆孔施工方向，煤層傾角在6°-8°左右，鉆孔設計開孔傾角均為2°，開孔高度距頂板1.5m，預計穿越破碎帶距離為12m。

（二）針對破碎煤層封孔工藝存在的問題

1.定向鉆具組合。φ96mmPDC鉆頭+φ76mm螺桿馬達（彎角1.25°）+φ76mm下無磁+φ76mm測量探管+φ76mm上無磁+φ73mm通纜鉆桿。

2.常規封孔工藝。開孔段煤層較硬時，采用φ96mmPDC鉆頭回轉鉆進至12m處，提鉆更換φ153mmPDC鉆頭擴孔至12m，下入φ108mm復合材料封孔管12m（4m/根，用絲扣連接），采用KSZB160-2礦用手動注漿泵注入賽瑞封孔材料進行封孔，封孔效果良好。

3.采用常規封孔工藝針對2621工作面封孔出現的問題。2621工作面鉆孔開孔段煤層較破碎，采用φ96mm鉆頭鉆進2m后即發生不返水情況，反復提鉆掃孔后返渣持續較多，為拳頭大塊狀煤，鉆進4m后提鉆觀察，可見度只能達到1m，后續鉆孔全部堵死。采用φ153mmPDC鉆頭擴孔至12m處提鉆觀察情況相同。由于復合材料封孔管強度有限，下入4m后就無法繼續下入，用鉆機回轉下入8m后封孔。

采用常規封孔工藝封孔長度只能達到8m，封孔長度不能覆蓋整個破碎區域，后續鉆孔施工時仍然存在塌孔卡鉆情況；復合材料孔口管強度小，下入孔內時彎曲嚴重，導致定向鉆具無法下入孔內；鉆孔開孔過程中，塌孔導致鉆孔孔徑變大，封孔質量不能保證，出現漏氣漏水。

針對以上出現的問題，首先要解決如何護孔，避免鉆孔塌孔嚴重，那就要下入大孔徑、高強度孔口管，通過破碎帶以后再下入小孔徑、高強度孔口管進行封孔，這樣一來不僅能保證封孔長度，也能保證封孔管平滑度和彎曲度，進而保證封孔質量和后續鉆孔的施工，跟管鉆進技術得以應用。

三、跟管鉆進封孔工藝施工裝備

采用跟管鉆進封孔工藝的主要設備為ZDY-6000LD井下定向鉆機、3NB-300泥漿泵、KSZB160-2礦用手動注漿泵和鉆具組合，主要以鉆具組合為主，具體如下：

（一）開孔、擴孔鉆具組合

鉆桿選用Φ73mm鉆桿，開孔選擇Φ96mmPDC鉆頭，擴孔選擇Φ153mm擴孔鉆頭。

（二）跟管鉆進需加工的配件

主動鉆桿選用Φ73mm鉆桿，加工接手和套管，需加工配件見下表。

四、跟管鉆進施工及封孔工藝

（一）方案實施步驟

1.采用φ73mm西安通纜鉆桿做主動鉆桿，用φ96mm鉆頭開口1m后更換φ153mm鉆頭擴孔1m，連接φ139.7mm前部帶合金套管回轉鉆進穿破碎帶，穿過破碎帶進入正常完整煤層1-2米后停鉆，將φ139.7mm套管留在孔內。

2.加工1m長4分鋼管，一端焊φ13mm直通，沿φ139.7mm外側插入孔內，采用KSZB160-2礦用手動注漿泵向孔內注入賽瑞封孔材料，侯凝1小時，保證將φ139.7mm套管固定住。

3.采用φ73mm西安通纜鉆桿，連接φ116mmPDC鉆頭，沿φ139.7mm套管中部下鉆鉆進，鉆進深度超過φ139.7mm套管10m位置停鉆。

4.采用φ73mm西安通纜鉆桿，連接φ108mm前部帶合金封孔管回轉鉆進深度超過φ139.7mm套管8m-9m位置停鉆，孔口處φ108mm封孔管必須為頂管，即帶φ108mm法蘭盤。

5.連接φ108mm法蘭堵頭，用φ25mm直通高壓水管與3NB-300泥漿泵連接，向孔內注入水泥砂漿封孔材料，待φ108mm封孔管和φ139.7mm套管之間的間隙開始出漿時停止注漿，鉆孔侯凝。

6.待鉆孔侯凝結束，采用φ96mmPDC鉆頭進行正常定向鉆進。

（二）鉆孔結構

一開：采用φ139.7mm套管跟管鉆進超過破碎帶1-2m。

二開：采用φ116mmPDC鉆頭鉆進超過φ139.7mm套管10m。

三開：采用φ96mmPDC鉆頭正常鉆進至終孔位置。

五、采用跟管鉆進技術封孔效果分析

（一）提高了鉆孔封孔長度與封孔質量

實施改進方案后，鉆孔封孔長度由以前的12m增加到20m，采用鈹銅套管進行封孔，不但保證了封孔強度，孔口管的彎曲度與常規封孔工藝相比變得更加直，對后續鉆孔施工時下定向鉆具和排渣更加有利，采用水泥砂漿封孔后，未再出現漏水漏氣的情況。

（二）鉆孔瓦斯抽放濃度明顯提高

采用跟管鉆進技術進行封孔，已施工的5#孔、6#孔瓦斯抽放濃度分別為75%和78%，抽放負壓在50KPa的情況下流量分別達到0.35m3/min和0.36m3/min，超過預期的瓦斯抽放效果。

六、結語

針對白芨溝煤礦2621工作面定向瓦斯抽放鉆孔開孔段煤層破碎等問題，通過改進封孔工藝，采用跟管鉆進技術，有效的提高了鉆孔封孔長度和封孔質量，單孔瓦斯抽放濃度和抽放純量也明顯增加，瓦斯抽放效果更加明顯。白芨溝煤礦2621工作面跟管鉆進封孔工藝的順利施工，為今后同樣地層出現的封孔問題提供了強有力的技術支撐，避開了開孔段煤層破碎帶，保證了后續定向鉆孔的順利施工，進一步保證了瓦斯抽放效果。

參考文獻：

[1]姚寧平.我國煤礦井下瓦斯抽放鉆孔施工裝備與技術[J].煤炭科學技術，2008，3.

[2]雷洪波.松軟突出煤層順層抽放鉆孔施工及封孔技術研究[J].礦業安全與環保，2009.

[3]劉建海.新型封孔工藝在烏蘭礦的應用[J].煤炭技術，2011，7.

[作者簡介]楊軍（1987-），助理工程師，2008年畢業于北京理工大學，現任神華寧夏寧煤環境安全工程有限公司鉆探六隊技術副隊長，主要從事井下定向技術指導工作。