八连城煤矿大口径瓦斯直排孔钻进实践与研究

赵云良

摘 要： 大直径钻孔已广泛应用于煤巷掘进工作面瓦斯直排、通风、应急救援之中。随着矿山开采的日益深入，坑道施工平巷也越来越深，坑道内通风问题日益突出，用于坑道通风及瓦斯排放的成本日渐加大。矿山企业为了降低施工成本，提高坑道瓦斯排放效果，设计大口径瓦斯直排孔是必然趋势。

关键词： 八连城煤矿;大口径瓦斯直排孔;钻探施工技术

【中图分类号】TD353     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0213-01

前言：瓦斯突出是煤矿面临最严重的安全问题之一，随着我国矿井开采深部逐渐加深，发生突出的矿井和煤层越来越多，同时我国煤矿复杂的地质环境和开采条件也是导致瓦斯事故多发的重要因素。为了保证矿井的安全生产，减少瓦斯事故的发生，必须对瓦斯进行防治。现在部分矿井已经开始采用大口径瓦斯直排孔技术来防治瓦斯，由于该技术采用长距离钻进的方式，施工周期短，并且抽放效果好，已经开始在很多矿井得到了广泛推广，已逐步成为矿井防治瓦斯的主要技术手段。

1 工程概况

1.1 项目背景

八连城煤矿现有瓦斯抽采系统为地面集中抽采和井下临时抽采相结合的方式。地面集中抽采泵房设置在西风井工业场地内，现有2BEC-80型抽放泵两台，一使一备，通过管路接入各抽采地点。矿井井田面积为37.261km2，井田范围大，矿井西部区和中央区两个采区三个工作面同时生产，其中中央区距离现有地面抽采泵站较远，导致抽采管路战线长，阻力大，抽采效果不好;另外采用一台泵抽放三个工作面，抽采泵数量不足，无法实现分区抽采，同时不利于管理。根据矿井实际情况，随着开采深度不断增大，战线逐渐变长，现有抽采系统已不能适应安全生产要求，瓦斯已成为制约矿井安全生产的主要因素。

1.2 位置、交通与地层概况

工作区位于吉林省延边州珲春市境内，行政区划隶属吉林省延边州珲春市三家子乡管辖，距离珲春市（直距）9km，距延吉市（直距）63km。矿山对外通道主要是G302国道和图们～珲春铁路，长春至珲春高速公路通过本区中部偏东，该区交通方便。

钻孔所揭露地层主要为第四系（Q）、古近系始新～渐新统（E2-3h）。岩性主要为粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、细～粗砂岩，含砾粗砂岩、砾岩及煤。岩石可钻性为4～8级，局部可达10级;局部岩石软硬互层，易斜;矿区水文地质条件属简单类型。

1.3 瓦斯直排孔施工技术要求

（1）瓦斯直排孔设计垂深505m，终孔径要求不小于Φ790mm。

（2）钻孔为垂直定向钻孔，井底位移不大于3m，施工精度要求较高。

（3）护壁套管采用护壁管采用Φ820×10mm螺旋管，技术套管采用Φ636×18mm直缝钢管。采用二保焊连接工艺焊接。

2 钻探施工技术

2.1 施工设备及配套机具

GZ-3000型钻机，MA110-31型钻塔，F-500型型泥浆泵，110KW×2电动机组，220KW×2电动机组，QZ200×2型泥浆净化除砂器，QY-1型泥浆检测仪，NBB-300/6-12型注浆泵，JJX-3D高精度测斜仪（孔斜：示值误差≤±0.1°）。

2.2 施工工藝

2.2.1 施工方案选择

先用311mm钻头施工先导向孔，之后扩孔成井。施工方案的优点为：施工的先导向孔口径适中，便于控制井斜。即使孔斜出现偏差也容易进行纠正。通过导向孔的施工可以提前了解地层情况，为后续扩孔提供实物参考。选择311mm导向孔后可以使用790mm组合钻头一次扩孔成井减少了扩孔次数。

2.2.2 钻进方法

由于施工区域地层岩性钻进过程易斜。因此为了能够有效控制井斜，本次施工利用塔式钻具组合。具体施工工序为：Ф311mm钻头钻进至22.5m―Ф900mm组合钻头扩孔至22.5m―下Ф820mm*10mm套管―封孔凝固水泥―Ф311mm钻头钻进至521.27m―Ф790mm钻头扩孔至500.5m―下Ф636mm*18mm套管500.5m―封孔凝固水泥―扫水泥提浆―终孔验收。

2.2.3 钻具组合

导向孔钻具组合：Ф311mm钻头+Ф241mm钻铤+Ф203mm钻铤（含扶正器）+Ф178mm钻铤+Ф165mm钻铤（含扶正器）+Ф127mm钻铤+Ф108mm立轴。

扩孔钻具组合：Ф900mm组合钻头、Ф790mm组合钻头+Ф241mm钻铤+Ф203mm钻铤（含扶正器）+Ф178mm钻铤+Ф165mm钻铤（含扶正器）+Ф127mm钻铤+Ф108mm立轴。

2.2.4 冲洗液的选择

施工过程中使用低固相冲洗液，使用该泥浆系统钻进不仅可以有效抑制上部地层的垮塌，并且能够形成稳固的护壁;最重要的在扩孔过程中能够满足携带岩屑的作用。具体配方与性能如下：

配方：清水+3%～4%钠土粉+0.1%～0.4%CMC+0.1%～0.4%植物胶～+0.4%润滑剂+适量NaOH+0.4%防塌剂。

性能：密度：1.05～1.10g/cm3，漏斗粘度：22～25.S，失水量：小于13ml/30min，泥皮厚：1 ～1.5mm，含砂量：小于0.4%，PH值：8 ～ 10。

3 钻孔轨迹控制

施工中，为保证钻孔轨迹按设计要求钻进，导向孔施工过程采用低钻压钻进。每次起钻后均采用JJX-3D高精度测斜仪检测2～3次顶角、方位角情况，以便及时调整钻进参数，防止钻孔偏离坐标，全孔共测斜10次。扩孔过程中使用导向钻头均采用满眼导向式组合钻头，从而保证扩孔尊头沿着导向孔钻进;每当扩孔钻效异常时便起钻，然后进行透孔作业。有效防止了查导向孔因被岩屑埋死而扩孔出新轨迹事故。

4 下管作业

Ф790mm组合钻头扩孔至500.50m后，使用Ф780mm肋骨式圆孔器圆孔至500.50m，圆孔过程中将泥浆有关性能进行调整。漏斗粘度26S左右（苏式漏斗），失水量14ml/30min，密度小于1.1g/cm3，润滑性能良好。下套管作业前在套管柱下方最后一根套管上部设置浮力板，以便下管作业过程中减少钻塔承受荷载。最终顺利下入500.50mΦ636×18mm直缝钢套管。

5 结束语

本次施工的地面实验孔共完成钻探深度500.50m，本孔在钻进过程中采用JJX-3D高精度测斜仪进行测斜，经计算孔底位移较设计偏差0.99m，达到甲级孔标准。下入500.50mΦ636×18mm直缝钢套管后采用42.5级比重1.80g/cm3的水泥浆89.1m3，进行固井封闭止水，水泥浆液返至地表。侯凝结束后进行了耐压试验：压力达到2MPa，观测半小时下降0.02MPa符合相关规范要求。