钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

摘要 水文地质条件复杂矿井，必须通过井下钻探来防治水害。因井下环境的特殊性，井下钻探比地面钻探更复杂，施工难度更大，尤其是在软岩层钻进时。怎样通过改良设备，改进施工工艺，来达到提高钻探效率、治水提效的目的，是煤矿井下防治水钻探的研究方向。开滦范各庄矿经过50多年的探水作业，积累了丰富的相关经验，可以在兄弟矿井中加以推广。

关键词：井下钻探；软岩层钻进；施工工艺

1 防治水钻探设备的特点

防治水钻探永远是为生产服务的，灵活、快速、机动、有效是对钻机的根本要求。总结起来应具备以下特点：机身轻便，大件可拆成小件搬运；占用空间小，宽度应控制在2米以下，高度应控制在3.5米以下；钻机可任意角度旋转钻孔；结构简单，易于操作和维修；安全系数高，保证钻机本身不会产生较大的安全隐患。

2 防治水主要钻探工艺

在井下探放水时，必须封注孔口管、承压套管。如何高效快速的注好套管，既关系到施工的效率，更关系到防治水工程的安全性。而在松软层封注套管或钻孔，一直是井下钻孔施工的难题。

2.1 孔口承压止水套管封注

探放高压水时必须封注承压套管，一般采用双层套管封注法：先用Φ108开孔短开孔，注Φ108孔口管两米；等干24小时后戴好Φ108护口，改用Φ89岩芯管钻进至要求深度，然后下Φ89套管。技术关键：○1Φ108护口必须留排气孔，用于在封注Φ89套管时排气，保证Φ89套管外壁与孔壁间完全被封死并上压.○2Φ108孔口管人工封注方法：下入孔底一端必须用矸石块堵严，下管前先拌水泥成面团状（注2米孔口管需用1袋半水泥），然后往孔内投浆（俗称拽灰），管壁抹上水泥，开始下管。下管时需手扶套管，旋转着慢慢往孔底送，保证管壁水泥均匀分布，必要时用钻机压入孔底。孔口管下入孔底时由于孔内空气被压缩后从管内冲出，往往都能听“噗”的一声响，证明管壁与孔壁间已完全被封死，管已下好。○3下、斜孔Φ89套管封注方法：必须先用Φ89钻头钻至设计套管长度以下2米深度，保证冲尽孔内岩粉。下管前需准备好平轮、麻绳、卡缆、提引器、简易螺丝头。下管时先在孔口上方固定好平轮，下入第一根套管，用卡缆将套管末端固定住后卡在孔口，连接第二杆套管，在第二根套管末端上简易螺丝头，用准备好的麻绳穿过提引器和平轮，提引器和简易螺丝头连好，松卡缆，松麻绳将第二根套管下入孔内，如此循环往复直到将套管下到孔底。下好后戴上Φ89护口，上好注浆盘开始注浆。注浆开始前必须将Φ108护口上的排气孔瓦路打开，当注浆至排气孔往外返浆时，关闭排气孔瓦路，继续注浆至设计压力，承压套管封注结束。

2.2 全煤层孔螺旋钻杆钻进

当需要全孔在煤层内钻进时，如使用光钻杆水循环钻进，由于煤层松软，容易塌孔而无法成孔。经过实践，螺旋钻杆在煤层内钻进成孔率较高。在煤层中利用螺旋钻杆不用循环水的特点，避免了循环水冲刷孔壁、泡软煤层后塌孔；因螺旋钻杆自动排粉，排粉干净，孔壁完整，放水效果也较好。

2.3 松软层跟管钻进

松软层指破碎的岩石、软煤（如我公司7煤）、软岩（如铝钒土岩）等等。钻进时分两种情况：一是开孔即遇松软层；二是钻进到一定深度后遇松软层。

○1开孔即遇松软层

由于探放水孔必须封注孔口承压止水套管，开孔时钻头直径必须在Φ89mm以上，大大增加了松软层开孔的难度。常规钻进先用开孔短或岩芯管将孔钻出，再下套管，但松软层钻好后一拉钻具，孔内马上又塌严，无法下管。

○2钻进到一定深度后遇松软层

此类情况主要是穿层钻孔，如钻孔先在12煤底板开孔，探9煤，就必须穿11煤及11煤底吕矾土岩（白砂矸）。当钻头穿过松软层后，在循环水及钻具的扰动下，松软层开始塌落，俗称“抄后路”，形成堵孔、卡钻等事故，导致无法钻进。

根据以上两种情况，我们采用了跟管钻进技术，并取得了一定的成效。即：当开孔即遇松软层时，止水套管前端戴相应口径的特制筒状合金钻头，后端上螺丝头，当第一根套管钻进到孔内后，解下螺丝头，上第二根套管，再钻进，直到钻进至设计深度，然后用光钻杆小钻头清理出套管内的煤岩粉，直接上注浆盘封注承压套管。当钻进到一定深度遇松软层时，先下好大一径孔口管，然后用比钻头大一径的岩芯管钻进，钻进到松软层时拉钻，再采用跟管钻进技术钻过松软层并甩入孔内，起到保护松软层孔壁的作用。

2.4 斜下孔钻进

斜下孔钻进时，由于钻孔往往顺层钻进，再加上岩层自重的作用，很容易塌孔，破碎岩层钻进则难度成倍增大。我们采用以下措施，取得了较好效果：○1班前下钻杆，钻头距孔底15米时必须给水下钻杆，同时掌握好泵压，有憋泵现象立即提钻。○2钻头下到孔底，转动钻机冲水10分钟后方可钻进。○3安排专人看管水泵吸水管，水龙头不准有堵塞，不准吸空。○4钻孔不取芯时，班末必须冲孔20分钟后再提钻，至少提出10根钻杆（15米）。○5钻进时遇软或破碎岩层，不准追尺，正常钻进，并准确记录位置。○6钻进中如果停电，必须立刻接通高压风吹孔底岩粉，直到来电，期间人员不准离开。○7钻进中如果水泵损坏，必须立刻接通高压风吹孔底岩粉，拔出钻杆。

2.5 高角度上仰孔钻进

当目标与施工位置成垂直上下关系时，需要施工高角度上仰孔来达到工程目的。高角度上仰孔钻进时必须选在顶板条件较好处，或做好顶板支护，防止掉落矸石块伤人，钻进过程中严禁张望孔内，操作人员加完杆后必须及时离开孔口下方。为保证施工安全，可采取以下措施：○1下好孔口管后再从孔口加接一根套管，降低孔口高度，以方便上护口及瓦路，原则上孔口距地表不宜超过2米。○2为保证开孔时难度及准确度，可在钻机导正器前加接加长导正器，缩短击发距离。○3根据工程需要提前搭好牢固的脚手架。

结语：近年来，煤矿井下突水淹矿事故仍呈多发态势，防治水工作也将任重道远。钻探作为井下防治水最主要的一项手段，必须解决好设备、技术、人才几个方面的问题，才能有效的為“有疑必探”的防治水工作服务。经验的积累和认真总结是钻探很重要一环，而不同矿井应努力的发展出适合于本矿井的方法和经验，来适应本矿井地质条件的钻探。

作者简介：杨红明（1981-），男，云南丽江人，水文地质工程师，开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司地质科现从事水文地质技术工作。