泥漿脈沖系統壓桿打撈工具的使用及打撈工藝

李 鵬

（晉能控股集團寺河煤礦，山西 晉城 048206）

引言

山西省晉能控股集團下屬寺河礦是我國瓦斯量最高的礦井之一,千米鉆機已在該礦進行了大規模應用。在煤體較為破碎的煤層中施工千米鉆孔時，孔內返煤量大且易出現塌孔的情況，因此需要研究配套泥漿脈沖系統和三棱刻槽鉆桿進行施工的工藝，利用三棱刻槽鉆桿和刻槽無磁系統更易返煤的特性來完成煤層較差條件下的千米鉆孔的施工。泥漿脈沖系統配套三棱刻槽鉆桿施工示意圖如圖1所示。

圖1 泥漿脈沖系統配套三棱刻槽鉆桿施工示意圖

與其他測量系統相比，無磁刻槽系統相對較粗，當在發生孔內壓桿的事故時，平常的打撈工藝無法完成打撈，通過分析泥漿脈沖系統壓桿事故的原因，研究了泥漿脈沖系統發生壓桿的情況下打撈過程所用的工藝及配套工具的使用。

1 孔內壓桿原因分析

依據實踐情況分析，總結壓桿原因主要來源如下：

1）該區域靠近采空區，受壓力影響煤層破碎，施工難度較大。

2）現場機長在遇到破碎煤時沒有合理控制打鉆速度，孔內煤渣沒有返干凈的情況下盲目施工，使孔內煤渣聚集。

2 打撈工藝

2.1 打撈工具

本實踐研究的打撈工藝采用的工具列表如表1所示[1-2]。其中三棱刻槽鉆桿實物圖如圖2所示，113變120鉆頭工具實物如圖3所示，打撈加工專用工具實物如圖4所示。

圖4 打撈孔底馬達、泥漿脈沖系統專用工具

表1 打撈工具

圖2 三棱刻槽鉆桿

圖3 113變120鉆頭

2.2 打撈過程

打撈過程研究了兩種方案，分別如下[3-4]：

方案一：用Φ89打撈鉆桿配Φ104鉆頭打撈，邊打邊沖孔，反復退送桿沖孔，施工至45根，由于施工所用無線脈沖系統所使用無磁和探管直徑為89 mm，打撈鉆頭和鉆桿無法通過，打撈失敗，退出打撈鉆桿。如下頁圖5所示。

圖5 方案一示意圖

此方案打撈失敗可以判斷出壓桿段為馬達和系統部分發生壓桿。

方案二：拆除孔口裝置后，用Φ153鉆頭擴過PVC管，再用Φ89打撈鉆桿配Φ133鉆頭，施工至45根，退出打撈鉆桿，此步驟目的是為了擴大孔徑，為下一步用Φ153鉆頭擴孔做準備，如圖6所示。

圖6 方案二示意圖

更換為Φ127打撈鉆桿配Φ153鉆頭，打撈至35根壓力大，送不上泵，旋轉壓力13 MPa，打撈鉆桿伴有射箭現象，打撈失敗，退出打撈鉆桿。

此方案打撈失敗總結原因為孔內煤層破碎，打撈過程中煤渣無法排出，導致孔內壓力大，打撈無法繼續進行。

方案三：用Φ73三棱刻槽鉆桿配Φ75鉆頭在所壓鉆桿上方和下方緊挨鉆桿各施工1個平行鉆孔，施工過程中旋轉沖孔，孔內煤體破碎，伴隨有大塊碳返出，返煤量大，施工48根到位，此時小鉆桿還轉不動，退出鉆桿，如圖7所示。

圖7 方案三示意圖

用Φ89打撈鉆桿帶加工的89變113接手接3根113打撈鉆桿帶Φ120鉆頭打撈，總共施工48根后，小鉆桿轉動，打撈成功[5]。

此方案的實施是在方案二的基礎上，通過用三棱刻槽鉆桿施工把孔內破碎煤渣清理干凈，再換用打撈鉆桿進行施工得以施工到位，最終打撈成功。

2.3 打撈總結

方案一打撈時沒有考慮到所用脈沖系統為89 mm，導致Φ89打撈鉆桿施工到位但過不去系統，打撈沒有成功。后續方案打撈工作應該對各方面因素考慮全面，認真制定可行的打撈方案并再進行打撈。重新制定打撈方案后由于煤體破碎，Φ127打撈鉆桿與鉆孔之間間隙小，煤渣返不出來，沒有打撈到位，導致方案二失敗。重新制定新方案三后，使用三棱鉆桿在所壓鉆桿上下平行施工，使孔內破碎煤被沖出后再用Φ89打撈鉆桿配3根Φ113打撈鉆桿進行打撈，既保證了前面鉆桿可以過去系統，又可以使鉆桿與鉆孔有足夠的間隙保證打撈過程中煤渣可以順利返出，最終打撈成功。

3 孔內壓桿防范措施

1）煤體異常區域每天派跟班干部現場跟班，關注打鉆情況，遇到孔內異常要及時處理，切勿盲目追求進尺錯過最佳處理時機。

2）本班無機長情況下，派服務機長要派經驗豐富的老機長或在此鉆場有施工經驗的機長并需要有班長以上干部在現場跟班，指導施工。

3）檢修工平時要對鉆機檢修維護到位，保證鉆機各部件正常，防止鉆機帶病作業。機長要熟悉鉆機的簡單維修與養護，在鉆機出現問題是能及時處理，盡量縮短影響時間。

4 打撈注意事項

1）在打撈擴孔過程中旋轉壓力不允許超過3 500 psi（24 132.5 kPa），保證返水返渣正常，若出現返渣不利、壓力不正常的現象及時退至安全位置沖孔正常后重新鉆進，必須考慮更換打撈鉆頭。

2）每班進尺不超過30 m，每2 h必須向值班室匯報詳細情況，現場備用打撈專業鉆頭、工具。

3）打撈過程中隨時觀察鉆孔返水情況及鉆機各壓力表顯示情況，并及時與值班室匯報。

4）檢修工必須跟蹤落實好鉆機完好情況，防止超負荷運轉鉆機出現漏油等現象