試論松軟突出煤層鉆進困難的問題

何寶林

（江西省煤田地質局227地質隊,江西 吉安 343009）

試論松軟突出煤層鉆進困難的問題

何寶林

（江西省煤田地質局227地質隊,江西 吉安 343009）

在分析煤層深孔鉆進困難存在原因的基礎上，對于其成因和類型進行探討，并探討了鉆穴出現與鉆孔深度的影響關系，希望對于今后解決松軟突出煤層鉆進困難有所幫助。

松軟突出煤層；鉆進困難；影響因素；排渣；鉆孔深度

國內某些礦區存在突出煤層和松軟煤層的鉆進困難問題，盡管采用國外的先進鉆進技術，使用國外的孔底馬達千米鉆機，但是效果并不明顯，有些還造成孔底馬達丟失在煤層中，所以，有必要對于突出、松軟煤層的深孔鉆進問題有所突破，就應該系統研究孔內排渣系統相關問題，探求其中的深孔鉆進在松軟易突出煤層難以實現的原因。

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的孔內鉆具。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，對于不同的鉆桿類型，其也具有不用的鉆孔排渣系統，螺旋排渣系統和流體排渣系統則是兩種鉆孔排渣系統[1]。

1.1 機械排渣系統

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出鉆孔。鉆機的動力則能夠有效提供給機械排渣系統的排渣動力?？紤]到使用鉆機的動力特點，這種機械排渣系統較為適用于淺孔鉆進過程，最近幾年研制設備中，則呈現出機械排渣系統的趨勢。

1.2 流體排渣系統

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

2 深孔鉆進困難問題分析與思考

2.1 鉆孔內部疑問

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雜性，針對此大多為概括性描述，比如塌孔、吸鉆、噴孔、煤鉆等，但是，在使用孔口回轉型鉆機的過程中，并沒有詳細研究煤層打鉆困難相關問題，出現了鉆孔內的煤炮、塌孔、噴孔情況，并沒有詳細推斷相關的鉆孔內具體情況。只有通過詳細研究煤層深孔鉆進困難，才能更為有效地進行成孔技術裝備研究[2]。

（1）鉆孔內部形成鉆穴分析。按照鉆孔理論直徑要求，在實際的煤層打鉆過造成的鉆孔局部直徑遠遠大于前者，由于煤體力學性能、瓦斯壓力、地應力、鉆桿擾動力等相關因素而形成的準充填型洞穴，這種現象往往是造成本煤層瓦斯抽采鉆孔成孔困難的主要因素，因此有必要對于這種鉆穴的形成過程、形成方式以及相關的其內部的煤渣運移堵塞規律進行必要的研究。

（2）成因及分類探討。鉆穴可以根據不同的主要成因而分為如下兩種：第一，突出類的鉆穴。對于微型巷道的鉆孔來說，煤與瓦斯突出則會在巷道發生，另外，其也會在上述四大因素影響下，相比于煤與瓦斯突出在鉆孔內出現，這種鉆穴也存在突發性，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，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。考慮到煤層整體性比較差、強度較低的特點，在松軟、松散、裂隙、突出煤層中，主要作用力則是鉆桿擾動力和地應力，這樣鉆穴就會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，同時，也沒有相應的突發性。其中，在相關和巷道具有一定距離的高應力區則容易發生此類的松塌的鉆穴現象，其他瓦斯異常帶也會發生，這樣就會造成打鉆成孔困難的現象在距離煤壁15m左右位置出現。

（3）基于危害程度的鉆穴類型。第一，在危害型鉆穴方面，這種危險性表現能夠產生螺旋鉆桿抱死，或者導致光面鉆桿流體排渣系統的堵塞問題。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；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，但是不會因此而造成停鉆。

3 鉆孔深度與鉆穴的關系探討

3.1 準充填狀態分析

第一，鉆穴內要求最小流速在流體排渣系統中，所謂的最小搬運流速，就是指造成流體不能具備搬運煤渣的能力。最小搬運流速則應該在一定的流體排渣動力下，求得流體通過的最大通過截面，因為，鉆渣沉淀會發生在大于某一截面后的情況，由于減小的流速而造成。所以，對于大直徑的鉆穴來說，其內部不可能為空，造成鉆穴內的流速下降，使得鉆穴內聚集鉆屑，這就是所謂的鉆穴的準充填狀態。

第二，煤渣產出速度和機械排渣速度具有一定的不協調性。大量產出煤渣問題則會出現在鉆穴形成過程中，“鉆穴”充填過程中，鉆穴煤體松散膨脹則會造成大量煤渣，容易出現一定時間段內的螺旋鉆桿的埋沒狀態，則會造成比較大的螺旋鉆桿的旋轉阻力，也許會出現相關的吸鉆現象。

3.2 流體排渣情況下的鉆孔深度與“鉆穴”的關系探討

外界流體動力作為排渣動力，這是發生在光面圓鉆桿情況中，根據我國現場礦區的實際情況，利用氣流動力或者水動力在流體排渣系統的打鉆工藝中。其中，鉆機的動力大小幾乎和突出煤層的鉆進深度沒有太大關系，在進行流體排渣過程中，通過引進國外性能強的千米鉆機，把小鉆機更換為大鉆機，打鉆深度的效果幾乎沒有變化。

對于光面鉆桿來說，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、煤層區域性強度變化等相關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。經過大量的現場打鉆的觀察，大量瓦斯涌出會在“鉆穴”情況下產生，煤渣在鉆穴內的排渣過程中，由于大量瓦斯氣體參與，能夠在某段時間內排空。但是，在進行向前鉆進過程中，“鉆穴”內聚積鉆渣成為必然，就會造成堵塞而不能夠鉆進。這種情況下，退鉆之后再次鉆進也不能夠很好解決。

所以，危害型“鉆穴”的發生位置對于松軟、突出煤層的鉆孔深度具有重要影響，而不是和鉆機的動力大小相關。

4 結語

經過根問探討，對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生位置，而與鉆機動力大小并沒有多大關系。

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

[2]李運宏.松軟煤層瓦斯抽采鉆進關鍵技術研究[J].煤,2010（09）.