大口徑煤礦瓦斯抽排地面下井鉆孔施工技巧初探

摘要：煤礦瓦斯抽排地面下井鉆孔施工由于面臨口徑大、下管道重量大等問題，導致施工難度相對大，施工問題也較多。本文從多個角度介紹施工待解問題及問題解決方法。主要介紹內容有，大口徑瓦斯抽排鉆孔垂直度、套管穩定性、水泥浮力板（塞）設計及下放深度等關鍵技術基礎上的施工技巧。

關鍵詞：瓦斯抽排 大口徑 地下井鉆孔 施工技巧

隨著鉆孔施工技術的不斷成熟，當前地面鉆孔瓦斯油排技術在很多的工程當中得到了應用，大口徑煤礦瓦斯油排鉆孔是指礦井下瓦斯預抽后與地面的連接通道，也是目前我國實現煤礦資源循環利用并且降低事故危害的有效措施。但是此類型鉆孔施工具有較高難度，對于技術要求嚴格，如果在施工中出現問題那么就會導致鉆孔失去作用從而造成不必要的浪費。本文由此開展探討，圍繞大口徑煤礦瓦斯油排地面下井鉆孔施工技巧開展研究，旨在提高鉆孔施工水平。

1 導向孔與分步擴孔施工

瓦斯油排面的縱向深度以及橫向口徑都較大，因此在套管下管的過程中必須使鉆孔具有較高的垂直度，對此應該先進行小口徑的導向孔施工，然后擴大鉆孔面積。在此過程中需要注意以下幾點：第一，導向孔施工。導向孔施工作為這個鉆孔工程的重點，對后續的工作有很大的影響，并體現出靶點方位以及孔身的軌跡。從理論上來看鉆進的過程中應該以反循環鉆進為主，但是目前受到硬件設備的影響，難以實現反循環，仍以正循環為主。同時牙輪鉆頭具有較為全面的碎巖功能，所以應該使用牙輪鉆進方法。必須把握好鉆壓，使用輕壓懸吊式的鉆進方式減少孔斜。另外在測斜間距的時候適宜將測點的間隔設為50m，這樣能夠更加直觀的了解鉆孔的彎曲情況，在容易出現斜孔的部位增加監測力度，每隔10m就安置一個測試點，如果發現問題必須及時解決。第二，分步擴孔。完成以上施工工序之后應該開展分步擴孔工作。在分步的時候應該根據每個牙輪掌回轉一周的切削面進行分級，必須控制好分級的范圍，避免出現回路不穩定以及進尺困難等問題，另外在軟巖和新底層的地質結構中能夠適當的使用較大的分級。在擴孔鉆口的選擇上應該根據不同位置的實際情況，例如基巖段應該采用組合式的牙輪鉆頭，沖積層則采用刮刀擴孔鉆頭，保持規格和新舊程度的一致，排放的間隔和角度應該保持協調，避免牙輪掉落。同時鉆頭應該具備一定的回轉穩定性、長度以及剛度，導向部分為400mm左右較為適宜，直徑和導向孔相協調，通常和鉆頭中心管形成一個整體。基巖層轉壓為60-80kN，轉速保持48-69r/min，泵量為3000L/min；沖擊層的轉盤轉壓40-50kN，轉速保持48r/min，泵量為3000L/min。

2 下管方法

2.1 套管穩定性需解決問題 在鉆孔施工完成后，要安裝工作套管是為了保證鉆孔的穩定性，并防止地下水沿鉆孔滲透到工作面影響施工。將套管視作長圓筒，圓筒受外壓作用，在筒壁內產生徑向和環向壓縮應力，當壓縮應力達到材料承受極限時，筒體強度遭到破壞。實踐證明，筒壁承壓小，容易在瞬間被破壞形狀。這種情況稱之為彈性失穩。采用浮力法下管時，浮力板（塞）上方有一段套管為空管，下放到一定深度時，如果抗橫向擠壓強度不夠，套管與孔壁間泥漿靜壓力大于套管失穩臨界壓力，發生失穩狀況，工程會因此失敗。

2.2 下管具體操作方法 浮力板的材料可以分為水泥式、鋼制式以及木制式，而根據浮力板的位置能夠分為中部式以及端部式。端部式是其將套管的底部作為鍋底，然后在下放時往套管中注入泥漿，這種方式在鉆井法槽井井壁施工時較多使用，但是在端部設置鋼制浮力板的技術要求過高，因此在瓦斯油排鉆孔施工中這種方式已經較不適宜。當前主要采用的施工方式是中部式下放水泥浮力板的方式，下放浮力板的時候需套管已經下降到一定的深度。套管中澆注水泥能夠產生水泥浮塞，根據套管內壁和水泥的粘和消弱從浮塞下部泥漿的壓力作用，當然，這里所說的粘和需要反復的試驗，以水泥錨桿錨固力的角度來看，粘和力為FsoFs=πDlTc，公式中Tc代表套管內壁和水泥浮塞的粘和度，單位為Mpa；D為水泥浮塞的直徑，l為水泥浮塞的長度，單位均為m；泥漿對水泥浮塞下部的壓力為fb=hywπD2/4，當中的yw是泥漿容重，單位為kN/m3；h則表示水泥浮塞底部到孔口的距離。根據fs>fb可以得到水泥長度大于hywD/（4Tc）。在施工過程中應該在澆注之間打磨套管內壁，同時加焊一些鋼筋圈放置在內壁當中，以此來提高水泥浮塞的抗浮力以及其端部的約束。

另外需要注意，在調整好泥漿性能指標后，用同徑井管探孔。作業要快，縮短輔助時間。采用割孔穿杠鋼絲繩牽引提吊的下管方作業于護壁管和工作管。井管對接后抽出穿杠，把切割下的圓板填入空中焊接牢實，然后在空外補焊鋼板加強強度，在井管入井后內一定深度后，根據情況向館內灌注泥漿。

3 結束語

大口徑瓦斯抽排孔技術要求和施工難度高，可能出現的問題多且雜，在現有設備和技術條件下，必須根據地層情況和施工條件確定參數，對可能出現危險因素做好防護措施，綜合利用工藝技術方法，保證安全系數，保證細節參數不會影響整體施工情況。

參考文獻：

[1]吳松貴，楊健，尹德戰，謝焰.大口徑瓦斯抽排鉆孔套管穩定性分析[J].安徽理工大學學報（自然科學版），2011.

[2]李寶珠，賀衛中.突水條件下煤礦瓦斯排采孔施工技術[A].陜西省煤炭學會.煤礦瓦斯地質與抽采利用研究——陜西省煤炭學會學術年會論文集（2012）[C].2012.

[3]李寶珠，賀衛中.黃陵二號煤礦瓦斯抽排放孔施工技術[J].陜西煤炭，2013.

作者簡介：

汪超（1987-），男，安徽淮南人，中煤特殊鑿井（集團）有限責任公司鉆探分公司，助理工程師，研究方向：小鉆機施工技術。