新莊孜礦大口徑瓦斯抽采鉆井如何過(guò)煤層采空區(qū)技術(shù)探析

摘 要：淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜煤礦始建于1947年5月，是淮南礦業(yè)集團(tuán)現(xiàn)今唯一在開采的建國(guó)前礦井，其開采歷史悠久，采空區(qū)條件復(fù)雜，給后期地質(zhì)補(bǔ)勘、地面卸壓瓦斯抽采等鉆孔施工帶來(lái)一定困難。文章總結(jié)了過(guò)采空區(qū)大口徑瓦斯抽采鉆井施工技術(shù)，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大口徑鉆井過(guò)采空區(qū)技術(shù)空白。

關(guān)鍵詞：大口徑鉆井；采空區(qū)；瓦斯抽采

1 概況

淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜煤礦為高瓦斯礦井，并有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。隨著礦井的延深，該礦原有的瓦斯抽采孔抽采能力難以滿足安全生產(chǎn)的需要，也不能實(shí)現(xiàn)瓦斯分源抽采的目標(biāo)，故決定在新莊孜新淮工廣內(nèi)施工一口大口徑瓦斯抽采鉆井。

該井在新工廣福利樓的正北處，位于F10-5斷層下盤，地層產(chǎn)狀變化大，傾角14°～22°，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，將穿過(guò)D20煤采空區(qū)。

2 鉆井情況

2.1 開、竣工日期

本井2011年11月10日開工，2012年8月27日竣工。

2.2 鉆井結(jié)構(gòu)

為確保鉆井穿過(guò)回填層、第四紀(jì)松散層、風(fēng)化基巖及D20煤層采空區(qū)等復(fù)雜地層，保證鉆井安全施工到位，鉆井設(shè)計(jì)了三路套管施工的技術(shù)方案：第一路套管封閉回填層、第四紀(jì)黃土層、基巖風(fēng)氧化帶。第二路套管封閉D20煤層采空區(qū)。第三路套管為？覬630×18mm的無(wú)縫鋼管做工作管。實(shí)際鉆井結(jié)構(gòu)如下：

一開：0～68m，井徑？覬1400mm，下入？覬1220mm×16mm螺旋焊管。

二開：68～178m，井徑？覬1150mm，其中0～106m下入？覬950mm×16mm螺旋焊管，106～178m下入？覬950mm×18mm螺旋焊管。

三開178～576.67m，井徑？覬860mm，0～576.67m下入？覬630mm×18mm工作套管。

576.678～588m，階梯狀裸井，做沉淀池用。

3 鉆井過(guò)采空區(qū)難題

（1）鉆井口徑大。為保證鉆井三開能順利施工，二開即過(guò)采空區(qū)井徑設(shè)計(jì)為？準(zhǔn)1150mm，這就為過(guò)采空區(qū)增加了難度，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類大口徑鉆井過(guò)采空區(qū)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)借鑒。（2）采空區(qū)易垮井。該區(qū)D20煤已于2002～2004年回采，由于煤層頂板上覆砂巖較厚，雖已沉降較長(zhǎng)時(shí)間，但采空區(qū)內(nèi)并未充填實(shí)在（后期鉆井錄像也證實(shí)），鉆井經(jīng)過(guò)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)垮井現(xiàn)象甚至出現(xiàn)掉鉆、卡鉆、埋鉆事故。（3）采空區(qū)不易封堵。由于采空區(qū)面積較大，與小井井巷溝通情況不明，鉆井時(shí)漿液全漏并伴有掉鉆現(xiàn)象，故封堵采空區(qū)難度很大，絕非一般注漿堵漏手段就能湊效。

4 鉆井過(guò)采空區(qū)

4.1 見(jiàn)采空區(qū)情況

鉆井施工至138.498～140m時(shí)耗漿量增大，至146.52m時(shí)別車嚴(yán)重，井內(nèi)突然不上水，10秒后上水，至149.32m時(shí)井內(nèi)全漏，有0.4m掉鉆現(xiàn)象，提鉆有勁，繼續(xù)施工至150.6m時(shí)，垮井至149.32m，至此認(rèn)定采空區(qū)頂界為149.32m。

4.2 采空區(qū)封閉堵漏方法

本次過(guò)采空區(qū)共進(jìn)行了11次封堵工作，采取先投骨料（投骨料原則超過(guò)采空區(qū)頂界）再鉆至井底進(jìn)行注漿（單液水泥漿或速凝水泥漿）的方法，并多次重復(fù)以上工作，封堵過(guò)程中輔以水位測(cè)量及孔內(nèi)攝像進(jìn)行效果檢測(cè)。2012.2.13日經(jīng)第八次注漿后準(zhǔn)備第九次注漿投骨料時(shí)水位上升至7m，停投骨料水位下降，說(shuō)明注漿工作已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。第九次注漿后，水位保持在10m左右，于是用？準(zhǔn)311mm鉆頭往下鉆進(jìn)，至161.80m出現(xiàn)漿液漏失現(xiàn)象（采空區(qū)底界為153m）。強(qiáng)行鉆進(jìn)至164m后于2月19日、21日分別進(jìn)行了第十次、十一次注漿，均填黃砂、注速凝水泥漿。候凝結(jié)束后采用邊鉆邊擴(kuò)的方法一直施工至191m井內(nèi)都正常上水，說(shuō)明采空區(qū)已成功封閉。采空區(qū)封閉情況見(jiàn)表1。

4.3 護(hù)采空區(qū)套管下置及固管情況

結(jié)合鉆探及測(cè)井資料，經(jīng)研究決定護(hù)采空區(qū)套管下置深度為178m。3月9日開始下管，3月10日下管結(jié)束，其中0～106m下入？準(zhǔn)950mm×16mm螺旋焊管，106～178m下入？準(zhǔn)950mm×18mm螺旋焊管。

3月11日進(jìn)行固管工作，當(dāng)水泥漿返深約40m時(shí)采空區(qū)被壓開，直到最后井口未見(jiàn)返水，采空區(qū)以上漿液全部漏失，此次共用水泥99.79T，研究決定用？準(zhǔn)50mm鉆桿在套管外環(huán)進(jìn)行補(bǔ)注。

3月13日第一次補(bǔ)注深度為111.46m，水泥用量15T加水玻璃1m3。

3月14日探水泥漿面為112m，下鉆至99m進(jìn)行第二次補(bǔ)注，水泥用量15T。

3月15日探水泥漿面為75m，下鉆至74.5m進(jìn)行第三次補(bǔ)注，水泥用量26T，砂子7.5T。

3月16日探水泥漿面為10.5m，下鉆至10m第四次補(bǔ)注，水泥用量5T，砂子0.75T，孔口返漿。

5 結(jié)束語(yǔ)

新莊孜礦大口徑瓦斯井順利完成三開鉆進(jìn)及固井，三開固井采用的是石油固井技術(shù)，固井過(guò)程高壓高流量均未壓穿采空區(qū)地層，直至固井完工鉆井均未出現(xiàn)異常。本次大口徑鉆進(jìn)順利過(guò)采空區(qū)取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）充分認(rèn)識(shí)到鉆井過(guò)采空區(qū)的難度，從技術(shù)設(shè)計(jì)源頭預(yù)留鉆井口徑及套管壁厚系數(shù)，以防過(guò)采空區(qū)意外事故發(fā)生。（2）嚴(yán)格各項(xiàng)制度及措施在現(xiàn)場(chǎng)的落實(shí)，科學(xué)合理組織勞動(dòng)及分工，上下積極協(xié)調(diào)，號(hào)令統(tǒng)一。（3）正確選擇投入孔內(nèi)骨料方法，采取投骨料時(shí)帶水沖，確保投入孔內(nèi)骨料盡量擴(kuò)散遠(yuǎn)一些，從而形開成大范圍堅(jiān)固的帷幕帶，從后期擴(kuò)孔驗(yàn)證了這一點(diǎn)。（4）鉆井在鉆進(jìn)及擴(kuò)井時(shí)采用合理的鉆具組合和優(yōu)質(zhì)的鉆探泥漿，施工過(guò)程及封堵采空區(qū)的過(guò)程中進(jìn)行跟蹤測(cè)斜并輔以井內(nèi)攝錄像工作。（5）每次注漿前，分析總結(jié)上次注漿及透孔情況及時(shí)調(diào)整骨料及注漿材料，以保證每次封堵效果。