大口径煤矿瓦斯抽排地面下井钻孔施工技巧初探

摘要：煤矿瓦斯抽排地面下井钻孔施工由于面临口径大、下管道重量大等问题，导致施工难度相对大，施工问题也较多。本文从多个角度介绍施工待解问题及问题解决方法。主要介绍内容有，大口径瓦斯抽排钻孔垂直度、套管稳定性、水泥浮力板（塞）设计及下放深度等关键技术基础上的施工技巧。

关键词：瓦斯抽排 大口径 地下井钻孔 施工技巧

随着钻孔施工技术的不断成熟，当前地面钻孔瓦斯油排技术在很多的工程当中得到了应用，大口径煤矿瓦斯油排钻孔是指矿井下瓦斯预抽后与地面的连接通道，也是目前我国实现煤矿资源循环利用并且降低事故危害的有效措施。但是此类型钻孔施工具有较高难度，对于技术要求严格，如果在施工中出现问题那么就会导致钻孔失去作用从而造成不必要的浪费。本文由此开展探讨，围绕大口径煤矿瓦斯油排地面下井钻孔施工技巧开展研究，旨在提高钻孔施工水平。

1 导向孔与分步扩孔施工

瓦斯油排面的纵向深度以及横向口径都较大，因此在套管下管的过程中必须使钻孔具有较高的垂直度，对此应该先进行小口径的导向孔施工，然后扩大钻孔面积。在此过程中需要注意以下几点：第一，导向孔施工。导向孔施工作为这个钻孔工程的重点，对后续的工作有很大的影响，并体现出靶点方位以及孔身的轨迹。从理论上来看钻进的过程中应该以反循环钻进为主，但是目前受到硬件设备的影响，难以实现反循环，仍以正循环为主。同时牙轮钻头具有较为全面的碎岩功能，所以应该使用牙轮钻进方法。必须把握好钻压，使用轻压悬吊式的钻进方式减少孔斜。另外在测斜间距的时候适宜将测点的间隔设为50m，这样能够更加直观的了解钻孔的弯曲情况，在容易出现斜孔的部位增加监测力度，每隔10m就安置一个测试点，如果发现问题必须及时解决。第二，分步扩孔。完成以上施工工序之后应该开展分步扩孔工作。在分步的时候应该根据每个牙轮掌回转一周的切削面进行分级，必须控制好分级的范围，避免出现回路不稳定以及进尺困难等问题，另外在软岩和新底层的地质结构中能够适当的使用较大的分级。在扩孔钻口的选择上应该根据不同位置的实际情况，例如基岩段应该采用组合式的牙轮钻头，冲积层则采用刮刀扩孔钻头，保持规格和新旧程度的一致，排放的间隔和角度应该保持协调，避免牙轮掉落。同时钻头应该具备一定的回转稳定性、长度以及刚度，导向部分为400mm左右较为适宜，直径和导向孔相协调，通常和钻头中心管形成一个整体。基岩层转压为60-80kN，转速保持48-69r/min，泵量为3000L/min；冲击层的转盘转压40-50kN，转速保持48r/min，泵量为3000L/min。

2 下管方法

2.1 套管稳定性需解决问题 在钻孔施工完成后，要安装工作套管是为了保证钻孔的稳定性，并防止地下水沿钻孔渗透到工作面影响施工。将套管视作长圆筒，圆筒受外压作用，在筒壁内产生径向和环向压缩应力，当压缩应力达到材料承受极限时，筒体强度遭到破坏。实践证明，筒壁承压小，容易在瞬间被破坏形状。这种情况称之为弹性失稳。采用浮力法下管时，浮力板（塞）上方有一段套管为空管，下放到一定深度时，如果抗横向挤压强度不够，套管与孔壁间泥浆静压力大于套管失稳临界压力，发生失稳状况，工程会因此失败。

2.2 下管具体操作方法 浮力板的材料可以分为水泥式、钢制式以及木制式，而根据浮力板的位置能够分为中部式以及端部式。端部式是其将套管的底部作为锅底，然后在下放时往套管中注入泥浆，这种方式在钻井法槽井井壁施工时较多使用，但是在端部设置钢制浮力板的技术要求过高，因此在瓦斯油排钻孔施工中这种方式已经较不适宜。当前主要采用的施工方式是中部式下放水泥浮力板的方式，下放浮力板的时候需套管已经下降到一定的深度。套管中浇注水泥能够产生水泥浮塞，根据套管内壁和水泥的粘和消弱从浮塞下部泥浆的压力作用，当然，这里所说的粘和需要反复的试验，以水泥锚杆锚固力的角度来看，粘和力为FsoFs=πDlTc，公式中Tc代表套管内壁和水泥浮塞的粘和度，单位为Mpa；D為水泥浮塞的直径，l为水泥浮塞的长度，单位均为m；泥浆对水泥浮塞下部的压力为fb=hywπD2/4，当中的yw是泥浆容重，单位为kN/m3；h则表示水泥浮塞底部到孔口的距离。根据fs>fb可以得到水泥长度大于hywD/（4Tc）。在施工过程中应该在浇注之间打磨套管内壁，同时加焊一些钢筋圈放置在内壁当中，以此来提高水泥浮塞的抗浮力以及其端部的约束。

另外需要注意，在调整好泥浆性能指标后，用同径井管探孔。作业要快，缩短辅助时间。采用割孔穿杠钢丝绳牵引提吊的下管方作业于护壁管和工作管。井管对接后抽出穿杠，把切割下的圆板填入空中焊接牢实，然后在空外补焊钢板加强强度，在井管入井后内一定深度后，根据情况向馆内灌注泥浆。

3 结束语

大口径瓦斯抽排孔技术要求和施工难度高，可能出现的问题多且杂，在现有设备和技术条件下，必须根据地层情况和施工条件确定参数，对可能出现危险因素做好防护措施，综合利用工艺技术方法，保证安全系数，保证细节参数不会影响整体施工情况。

参考文献：

[1]吴松贵，杨健，尹德战，谢焰.大口径瓦斯抽排钻孔套管稳定性分析[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2011.

[2]李宝珠，贺卫中.突水条件下煤矿瓦斯排采孔施工技术[A].陕西省煤炭学会.煤矿瓦斯地质与抽采利用研究——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2012）[C].2012.

[3]李宝珠，贺卫中.黄陵二号煤矿瓦斯抽排放孔施工技术[J].陕西煤炭，2013.

作者简介：

汪超（1987-），男，安徽淮南人，中煤特殊凿井（集团）有限责任公司钻探分公司，助理工程师，研究方向：小钻机施工技术。