新莊孜礦大口徑瓦斯抽采鉆井如何過煤層采空區技術探析

摘 要：淮南礦業集團新莊孜煤礦始建于1947年5月，是淮南礦業集團現今唯一在開采的建國前礦井，其開采歷史悠久，采空區條件復雜，給后期地質補勘、地面卸壓瓦斯抽采等鉆孔施工帶來一定困難。文章總結了過采空區大口徑瓦斯抽采鉆井施工技術，彌補了國內大口徑鉆井過采空區技術空白。

關鍵詞：大口徑鉆井；采空區；瓦斯抽采

1 概況

淮南礦業集團新莊孜煤礦為高瓦斯礦井，并有煤與瓦斯突出危險。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的需要，也不能實現瓦斯分源抽采的目標，故決定在新莊孜新淮工廣內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，地層產狀變化大，傾角14°～22°，地質構造復雜，將穿過D20煤采空區。

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 鉆井結構

為確保鉆井穿過回填層、第四紀松散層、風化基巖及D20煤層采空區等復雜地層，保證鉆井安全施工到位，鉆井設計了三路套管施工的技術方案：第一路套管封閉回填層、第四紀黃土層、基巖風氧化帶。第二路套管封閉D20煤層采空區。第三路套管為？覬630×18mm的無縫鋼管做工作管。實際鉆井結構如下：

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 鉆井過采空區難題

（1）鉆井口徑大。為保證鉆井三開能順利施工，二開即過采空區井徑設計為？準1150mm，這就為過采空區增加了難度，目前國內尚無此類大口徑鉆井過采空區技術經驗借鑒。（2）采空區易垮井。該區D20煤已于2002～2004年回采，由于煤層頂板上覆砂巖較厚，雖已沉降較長時間，但采空區內并未充填實在（后期鉆井錄像也證實），鉆井經過時將會出現垮井現象甚至出現掉鉆、卡鉆、埋鉆事故。（3）采空區不易封堵。由于采空區面積較大，與小井井巷溝通情況不明，鉆井時漿液全漏并伴有掉鉆現象，故封堵采空區難度很大，絕非一般注漿堵漏手段就能湊效。

4 鉆井過采空區

4.1 見采空區情況

鉆井施工至138.498～140m時耗漿量增大，至146.52m時別車嚴重，井內突然不上水，10秒后上水，至149.32m時井內全漏，有0.4m掉鉆現象，提鉆有勁，繼續施工至150.6m時，垮井至149.32m，至此認定采空區頂界為149.32m。

4.2 采空區封閉堵漏方法

本次過采空區共進行了11次封堵工作，采取先投骨料（投骨料原則超過采空區頂界）再鉆至井底進行注漿（單液水泥漿或速凝水泥漿）的方法，并多次重復以上工作，封堵過程中輔以水位測量及孔內攝像進行效果檢測。2012.2.13日經第八次注漿后準備第九次注漿投骨料時水位上升至7m，停投骨料水位下降，說明注漿工作已取得實質性進展。第九次注漿后，水位保持在10m左右，于是用？準311mm鉆頭往下鉆進，至161.80m出現漿液漏失現象（采空區底界為153m）。強行鉆進至164m后于2月19日、21日分別進行了第十次、十一次注漿，均填黃砂、注速凝水泥漿。候凝結束后采用邊鉆邊擴的方法一直施工至191m井內都正常上水，說明采空區已成功封閉。采空區封閉情況見表1。

4.3 護采空區套管下置及固管情況

結合鉆探及測井資料，經研究決定護采空區套管下置深度為178m。3月9日開始下管，3月10日下管結束，其中0～106m下入？準950mm×16mm螺旋焊管，106～178m下入？準950mm×18mm螺旋焊管。

3月11日進行固管工作，當水泥漿返深約40m時采空區被壓開，直到最后井口未見返水，采空區以上漿液全部漏失，此次共用水泥99.79T，研究決定用？準50mm鉆桿在套管外環進行補注。

3月13日第一次補注深度為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進行第二次補注，水泥用量15T。

3月15日探水泥漿面為75m，下鉆至74.5m進行第三次補注，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第四次補注，水泥用量5T，砂子0.75T，孔口返漿。

5 結束語

新莊孜礦大口徑瓦斯井順利完成三開鉆進及固井，三開固井采用的是石油固井技術，固井過程高壓高流量均未壓穿采空區地層，直至固井完工鉆井均未出現異常。本次大口徑鉆進順利過采空區取得以下幾點認識：

（1）充分認識到鉆井過采空區的難度，從技術設計源頭預留鉆井口徑及套管壁厚系數，以防過采空區意外事故發生。（2）嚴格各項制度及措施在現場的落實，科學合理組織勞動及分工，上下積極協調，號令統一。（3）正確選擇投入孔內骨料方法，采取投骨料時帶水沖，確保投入孔內骨料盡量擴散遠一些，從而形開成大范圍堅固的帷幕帶，從后期擴孔驗證了這一點。（4）鉆井在鉆進及擴井時采用合理的鉆具組合和優質的鉆探泥漿，施工過程及封堵采空區的過程中進行跟蹤測斜并輔以井內攝錄像工作。（5）每次注漿前，分析總結上次注漿及透孔情況及時調整骨料及注漿材料，以保證每次封堵效果。