试论松软突出煤层钻进困难的问题

何宝林

（江西省煤田地质局227地质队,江西 吉安 343009）

试论松软突出煤层钻进困难的问题

何宝林

（江西省煤田地质局227地质队,江西 吉安 343009）

在分析煤层深孔钻进困难存在原因的基础上，对于其成因和类型进行探讨，并探讨了钻穴出现与钻孔深度的影响关系，希望对于今后解决松软突出煤层钻进困难有所帮助。

松软突出煤层；钻进困难；影响因素；排渣；钻孔深度

国内某些矿区存在突出煤层和松软煤层的钻进困难问题，尽管采用国外的先进钻进技术，使用国外的孔底马达千米钻机，但是效果并不明显，有些还造成孔底马达丢失在煤层中，所以，有必要对于突出、松软煤层的深孔钻进问题有所突破，就应该系统研究孔内排渣系统相关问题，探求其中的深孔钻进在松软易突出煤层难以实现的原因。

1 瓦斯抽采钻孔的排渣分类思考

在本煤层瓦斯抽采钻孔施工中，钻头和钻杆则是相应的孔内钻具。其中，螺旋钻杆和光面空心圆钻杆则是两种常见的钻杆类型，对于不同的钻杆类型，其也具有不用的钻孔排渣系统，螺旋排渣系统和流体排渣系统则是两种钻孔排渣系统[1]。

1.1 机械排渣系统

排渣则是利用钻杆自身的螺旋输送功能完整，在螺旋钻杆中，钻头处的钻屑则是通过钻杆外表的螺旋叶片而运出钻孔。钻机的动力则能够有效提供给机械排渣系统的排渣动力。考虑到使用钻机的动力特点，这种机械排渣系统较为适用于浅孔钻进过程，最近几年研制设备中，则呈现出机械排渣系统的趋势。

1.2 流体排渣系统

通过气流或者水流作用进行排渣，在光面空心圆钻杆中，水流或高压气流在空心圆钻杆内进行通入，钻孔运输出钻头处的钻削则是依靠上述流体作用。对于流体排渣系统的排渣动力来说，其动力源并不是钻机的动力，而是来自于外在的流体动力，所以，此过程并不消耗钻机动力，其中，本煤层抽采钻孔超过一半都采用流体排渣系统，在国外，流体排渣系统（水流）也较多在千米钻机中采用。对于进行突出、松软煤层的打钻过程，存在不均衡的煤渣产出问题，这样就能以实现煤渣在水流作用下进行均匀混合效果，所以，一般都采用气流进行排渣。

2 深孔钻进困难问题分析与思考

2.1 钻孔内部疑问

在分析本煤层瓦斯抽采钻孔成孔困难过程中，其成因具有一定的复杂性，针对此大多为概括性描述，比如塌孔、吸钻、喷孔、煤钻等，但是，在使用孔口回转型钻机的过程中，并没有详细研究煤层打钻困难相关问题，出现了钻孔内的煤炮、塌孔、喷孔情况，并没有详细推断相关的钻孔内具体情况。只有通过详细研究煤层深孔钻进困难，才能更为有效地进行成孔技术装备研究[2]。

（1）钻孔内部形成钻穴分析。按照钻孔理论直径要求，在实际的煤层打钻过造成的钻孔局部直径远远大于前者，由于煤体力学性能、瓦斯压力、地应力、钻杆扰动力等相关因素而形成的准充填型洞穴，这种现象往往是造成本煤层瓦斯抽采钻孔成孔困难的主要因素，因此有必要对于这种钻穴的形成过程、形成方式以及相关的其内部的煤渣运移堵塞规律进行必要的研究。

（2）成因及分类探讨。钻穴可以根据不同的主要成因而分为如下两种：第一，突出类的钻穴。对于微型巷道的钻孔来说，煤与瓦斯突出则会在巷道发生，另外，其也会在上述四大因素影响下，相比于煤与瓦斯突出在钻孔内出现，这种钻穴也存在突发性，在突然形成的煤炮声中，使得钻穴能够满足突然充填的状态，这就容易造成丢钻或者抱死钻杆的事故情况；第二，松塌类的钻穴。考虑到煤层整体性比较差、强度较低的特点，在松软、松散、裂隙、突出煤层中，主要作用力则是钻杆扰动力和地应力，这样钻穴就会由于煤体松散塌落而在钻孔的上部分以及钻孔前端所形成。煤炮声沉闷或者没有煤炮声则是形成的特点，同时，也没有相应的突发性。其中，在相关和巷道具有一定距离的高应力区则容易发生此类的松塌的钻穴现象，其他瓦斯异常带也会发生，这样就会造成打钻成孔困难的现象在距离煤壁15m左右位置出现。

（3）基于危害程度的钻穴类型。第一，在危害型钻穴方面，这种危险性表现能够产生螺旋钻杆抱死，或者导致光面钻杆流体排渣系统的堵塞问题。其中，瓦斯抽采钻孔的深度能够在这种危害型的钻穴中有所反应；第二，在非危害型钻穴方面，主要是指能够影响到打钻方面性能，但是不会因此而造成停钻。

3 钻孔深度与钻穴的关系探讨

3.1 准充填状态分析

第一，钻穴内要求最小流速在流体排渣系统中，所谓的最小搬运流速，就是指造成流体不能具备搬运煤渣的能力。最小搬运流速则应该在一定的流体排渣动力下，求得流体通过的最大通过截面，因为，钻渣沉淀会发生在大于某一截面后的情况，由于减小的流速而造成。所以，对于大直径的钻穴来说，其内部不可能为空，造成钻穴内的流速下降，使得钻穴内聚集钻屑，这就是所谓的钻穴的准充填状态。

第二，煤渣产出速度和机械排渣速度具有一定的不协调性。大量产出煤渣问题则会出现在钻穴形成过程中，“钻穴”充填过程中，钻穴煤体松散膨胀则会造成大量煤渣，容易出现一定时间段内的螺旋钻杆的埋没状态，则会造成比较大的螺旋钻杆的旋转阻力，也许会出现相关的吸钻现象。

3.2 流体排渣情况下的钻孔深度与“钻穴”的关系探讨

外界流体动力作为排渣动力，这是发生在光面圆钻杆情况中，根据我国现场矿区的实际情况，利用气流动力或者水动力在流体排渣系统的打钻工艺中。其中，钻机的动力大小几乎和突出煤层的钻进深度没有太大关系，在进行流体排渣过程中，通过引进国外性能强的千米钻机，把小钻机更换为大钻机，打钻深度的效果几乎没有变化。

对于光面钻杆来说，纯流体排渣造成钻杆不具备排渣功能。由煤层瓦斯含量变化、煤层区域性强度变化等相关因素所造成的危害型“钻穴”，往往在突出、松软煤层中，具有变化非常大的钻孔深度。经过大量的现场打钻的观察，大量瓦斯涌出会在“钻穴”情况下产生，煤渣在钻穴内的排渣过程中，由于大量瓦斯气体参与，能够在某段时间内排空。但是，在进行向前钻进过程中，“钻穴”内聚积钻渣成为必然，就会造成堵塞而不能够钻进。这种情况下，退钻之后再次钻进也不能够很好解决。

所以，危害型“钻穴”的发生位置对于松软、突出煤层的钻孔深度具有重要影响，而不是和钻机的动力大小相关。

4 结语

经过根问探讨，对于钻穴上部具有一定的排渣通道面积，此钻穴截面积越大，在越小的排渣通道尺寸下，而更容易出现堵塞情况。纯流体排渣则说明，影响到松软、突出煤层的钻孔深度主要因素为钻穴的体积大小和其发生位置，而与钻机动力大小并没有多大关系。

[1]鞠鲁.低固相油基泥浆在古蔺勘探区绳索取心钻进中的应用[J].中国煤炭地质,2010（03）.

[2]李运宏.松软煤层瓦斯抽采钻进关键技术研究[J].煤,2010（09）.