淺談大埋深大斜長采全高工作面高位抽放孔施工技術

王志遠 王超 梁化磊

一、14030工作面高位孔施工情況簡介

14030工作面位于趙固二礦礦井西部，北側主要為西軌道大巷、西軌道底抽巷、西膠帶大巷、西總回風大巷以及F17-1斷層，東側為已回采結束的14021工作面，南鄰F18斷層，西側為未開采區域。14030工作面開采標高為-660～-752m，14030工作面上順槽長2095m，下順槽長2270m，切眼長201m。二I煤層平均厚5.9m，煤層傾角4～6°，自2018年6月起至今，鉆探隊先后在14030工作面上順槽通尺1240m、1700m及1140m使用ZDY12000LD型千米鉆機施工高位抽放鉆孔，鉆孔累計進尺11337m，共開分支89個。

二、層位的選擇及施工方案的確定

（一）地質情況分析

1.根據地勘孔12801和13152鉆孔情況，結合工作面頂板探測鉆孔取芯情況分析，二1煤頂部自下而上分別含有三層主要砂巖，分別為大占砂巖段（二I煤頂到大占砂巖底垂距6～7m，層厚4～7m，層面含較多白云母碎片及炭質，具交錯層理，局部含泥質團塊，為山西組主要標志層）、香炭砂巖段（二1煤頂到香炭砂巖底垂距15～17m，層厚3～5m，主要由灰色中細粒砂巖，中部夾雜一層砂質泥巖）、砂鍋窯砂巖段（中粗粒砂巖，灰一灰白色，硅泥質膠結，二1煤頂到砂鍋窯砂巖底垂距30～32m，層厚10～14m）。

（二）層位選擇

14030工作面通尺1240加施工的高位抽放孔于2018年6月19日開鉆，由于第一次施工高位孔，對合適層位處于摸索階段，4號鉆孔于2018年7月6日開始施工，8月16日分支孔4-13在393m處開分支成功后鉆進至設計孔深855m（二1煤頂垂距35m），尋找層位花費31天，共開分支13個，最終確定層位為二1煤垂距30～40m砂鍋窯砂巖段。

（三）施工方案的確定

由于工作面基巖厚度存在差異，每次施工前最好進行一次頂板探測，方案如下：大角度（17～21°）增傾角探測基巖頂屆風化帶（砂質泥巖段：淺灰色，大部風化呈黃色、紅黃色，含鋁土質及紫斑，偶見菱鐵質鱺粒，裂隙具鐵染），該層位返水為黃色，較為好判斷，之后選擇在砂鍋窯砂巖中下部進行開分支，工具面調整為0°迅速降傾角，之后保持1～2°平穩鉆進，著重強調每15～20m預留分支點，分支點越多越好。

三、供水系統的選擇

1.利用地面3GB-15-12型注漿泵配合兩趟注漿管（使用外徑Φ60mm.壁厚8mm的高壓流體管）供水，兩趟管路均采用4擋（162L/min）供水，流量滿足四級螺桿馬達（250～330L/min）驅動要求，取代BPW516/16型噴霧泵，有效避免馬達震動對孔內巖層的破壞，同時供水連續，使馬達始終處于工作狀態，并勻速旋轉，使鉆頭均勻受力，降低人為塌孔情況。

2.如遇塌孔泵壓會上升至7MPa，定向鉆進時，起拔壓力保持在10MPa左右為正常，當起拔壓力過高時，不能盲目鉆進，至少起鉆50～100m或起鉆至最高點進行沖孔，直至起拔壓力正常;開分支時，泵壓會上升0.5MPa，比如開分支前泵壓為4MPa，開分支成功后，泵壓變為4.5MPa，水色變渾，也就是生孔鉆進。

四、塌孔段處理方案

14030工作面上順槽施工高位鉆孔塌孔段主要位于砂鍋巖砂巖底板下約2～3m位置，常出現一層厚度約2～3m的砂質泥巖（含零星狀云母片，泥硅質膠結，垂直裂隙充填白色次生礦物），該層位塌孔嚴重，裂隙發育，鉆進期間常返出較大、表面光滑、黑色顆粒，沖孔效果不佳，應采取以下措施：

1.提前進行預測，鉆孔施工至該層位時，至少以17-21°角度進行揭露，減少鉆頭對該層位圍巖的破壞。

2.若鉆孔已穿過該層位進入砂巖段，由于砂巖塑性較強，遇水容易膨脹，砂巖巖屑容易在塌孔段集聚導致泵壓升高，應更換Φ73.5mm麻花鉆桿進行排渣，將該塌孔段盡可能沖凈，一般判斷標準為返清水，之后更換馬達下鉆進行定向，若下不到原孔內，則將工具面調為27°或90°進行軌跡繞行，上下繞行容易將層位圍巖破壞，若該方案效果不佳，則下設Φ50mm抽采管進行井下注漿，水灰質量比為1：0.3-1：1.2，原則上先稀后稠。

五、防回水鉆桿的使用

前期我隊在通尺1140m施工的3號、4號鉆孔，共計工程量為1888m，損耗5根馬達（天津立林），本次施工5-1-1鉆孔，在孔深125m起鉆時出現卡鉆現象，泵壓達到7MPa，順孔起鉆后，發現馬達不轉，排查原因為鉆孔塌孔后，孔內有壓，卸壓時，產生壓差，巖粉容易進入馬達，鑒于此，在上無磁后增加一根防回水鉆桿，之后每100m增加一根，有效避免塌孔段卸壓馬達損壞現象，本次更換備用馬達施工5-1-1鉆進200m，馬達完好。

六、開分支技術要求

1.定向鉆進時，每20～30m預留1個分支點，分支點預留位置應選擇在鉆孔傾角正向增加處。

2.當定向鉆進過程中遇到破碎帶、地質構造等異常情況難以通過時，需采取以下開分支施工方法：將工具面調整至朝下方向，采用減壓、控時鉆進。開分支具體要求如下：當分支孔深0～3m時，鉆速控制為2～5m/h;當分支孔深3～6m時，鉆速控制為4～10m/h;當分支孔深大于6m時，保持正常鉆速。

3.判斷開分支是否成功的依據：對分支點以里鉆孔用隨鉆測量系統進行測量，將測量出的傾角、方位角參數與原鉆孔參數軌跡進行對比，若產生偏差，則開分支成功，若沒有偏差，則開分支失敗。開分支成功的表現方式為：鉆機給進壓力增大，鉆孔返水含煤（巖）粉增多。

七、日常技術管理

1.要求每3m鉆屑收集管理，通過對鉆屑收集，便于判別層位，同時對照相鄰地質勘探孔柱狀及附近鉆場取芯巖性對比分析，選定較穩定層位。

2.鉆孔下設套管前，必須進行一次測斜，目的是為確定套管段方位，并且要求每次順孔后均需要進行一次測斜記錄，重新對老孔數據進行更新、覆蓋。

3.加強對異常信息的收集，尤其是鉆孔塌孔情況（內容包括：位置、巖性、返水、巖屑形狀）;見風化帶，一般返水見黃，主要目的是在鉆孔剖面圖中標定砂巖頂底板，為鉆孔軌跡提供技術參考。

作者簡介：王志遠（1988-），男，漢族，河南焦作人，地質勘探工程師。