钻探技术在煤矿井下防治水中的应用研究
2014-10-21白鑫
白鑫
摘要:煤炭是重要的能源资源,对人们的生活和社会的经济发展均发挥重要作用。随着对煤炭资源需求量的不断增大,在很大程度上带动了煤矿开采业的发展。但在进行煤矿井下生产时,由于煤矿层内部情况复杂,极易发生灾害现象。其中,透水是煤矿井下生产中的几大灾害之一。尤其是在进行下部煤层开采时,若对应的上部出现积水现象,将严重威胁生产人员的生命安全。因此,需要重视煤矿井下的防治水问题,但如何改进施工工艺才能达到防治水的目的,同时又不影响钻探的效率,是当前煤矿井下防治水钻探研究的重要课题。本文结合多年的实践经验,围绕煤矿井下防水钻探技术展开论述,以期能对有关人员提供借鉴和参考价值。
关键词:煤矿;井下生产;钻探技术;防治水;应用
前言
随着社会形势的发展,人们对煤矿资源的需求量不断增大,但随之而来的是煤矿资源的紧缺问题,并成为世界性问题。为争夺有限的煤矿资源,人们更加注重煤矿的开采工作。但随着煤矿井下开采的不断深入,周围的环境越加复杂,水文地质情况也更为特殊,出现透水的几率越来越大。煤矿井下透水严重威胁井下人员的生命安全,而且救援难度很大。因此,有必要研究和了解煤矿井下防治水技术。目前,比较常用的煤矿井下钻探工艺有全煤层孔螺旋钻杆钻进、高角度上仰孔钻进、斜下孔钻进、松软层跟管钻进几种。在应用以上钻探工艺时,如何才能高速注好套管,并能在松软层钻孔或封注套管是钻孔面临的普遍难题。为保证钻探的效率,同时保证防治水的效果,在应用钻探工艺时应把握好技术要点。对此,笔者提出了自己的看法。
1.全煤层孔螺旋钻杆钻进工艺
该工艺一般适用于需要全孔在煤层内钻进的情况。由于煤层较为松软,若采用光钻杆水循环钻进等方法成孔难度大,孔易塌陷,而若使用螺旋钻杆钻进,则能大大提高钻进的成孔率。螺旋钻进是一种干式钻进技术,主要利用了钻机齿筒所产生的动力,并将其传递到钻头,而螺旋钻杆将所产生的钻屑排出孔外,这就形成了类似“螺旋运输机”的运行模式[1]。总结全煤层孔螺旋钻杆钻进工艺的优点,主要有以下几点:其一,提高软媒钻进的效率。螺旋钻杆能及时排出钻出的煤粉,且排粉干净,不会出现重复破碎情况,也不会影响孔底煤的破碎,防水效果也好。这在很大程度上提高了钻进的效率。此外,所需的钻井辅助设备少,也是提升钻进效率的原因之一。其二,对孔壁的影响小。在钻进的过程中由于噪音少、振动小,因而也减少了由于振动对孔壁的影响作用。其三,避免了循环水泡软煤层后造成塌孔的现象,成孔率高。螺旋钻进不用冲洗介质,在水供应不足或无水的情况下也能进行钻探,同时,也降低了对孔壁的损害,提高了成孔率。
2.高角度上仰孔钻进工艺
该工艺适用于目标与施工位置处于垂直上下关系时的钻进。但在应用高角度上仰孔钻进工艺时,应注意选择在顶板条件较好的地方,同时做好各项顶板支护工作,并牢固脚手架,避免发生石块坠落伤人的现象。操作人员在钻进过程中应注意力集中,禁止张望孔内,完成加杆后立即远离孔口下方。为保证开孔的准确度,应缩短击发的距离,为此可在钻机导正器前接入一个较长的导正器可达到效果。另外,上孔口与地表不宜大于2m(以方便上护口及瓦路),可在孔口管下好后加接一根套管,能达到降低孔口高度的效果[2]。
3.定向斜下孔钻进工艺
在预定方位上设置斜向器位置,并在钻进前测定出斜向器在孔底的实际方位,并与预定的方位进行比较,然后按照两者间的偏差进行调整或矫正的就是定向斜下孔钻进工艺。钻具到达孔底后,再下放有线随钻测斜仪,直至到达螺杆钻上不定向接头的位置。在测斜仪底部引流鞋缺口定位完成后,就会通过监视屏显示钻孔的工具面向角和顶角方位角,然后与所设计的工具面向角进行对比,调整误差后可进行钻进。但在斜下孔钻进时,因为钻孔是顺层钻进,加上岩层自重作用,影响成孔率,并可能引發透水。为此,可采取以下措施:第一,钻进过程中若出现水泵损坏现象或有停电现象,立即接通高压风吹散孔底岩粉,(来电后)然后再将钻杆拔出;第二,派专人负责看管水泵吸水管,保持水龙头通畅,避免吸孔;第三,若钻孔不取芯,应在班末冲孔,然后再提钻,直至提出10根以上钻杆为止[3];第四,钻头距离孔底约15m后应给水下钻杆。注意控制好泵压,若出现憋泵情况,应立刻提钻。
4.松软层跟管钻进工艺
在进行松软层钻进时,又分为两种情况:钻进到一定深度后遭遇松软层、一开孔就遭遇松软层[4]。这两种情况都大大增加了开孔难度,如进行常规钻进,松软层钻好后拉开钻具就会造成孔塌而不能下管。针对这种情况,可采用松软层跟管钻进方法。若是在钻进到一定深度后才遭遇松软层,应先下一径孔口管,再钻进一径的岩芯管(比钻头大一径)。然后遭遇到松软层时就拉钻,并应用根管钻进方法进行钻进,直至甩入孔内,能起到保护孔壁的功效。若一开始就遭遇松软层,应配置一个与止水套管前端相符的筒状合金钻头,并在后端上好螺丝头。第一根套管钻井孔内后即可松解螺丝头,然后再上第二根并钻进,直至达到设计要求的深度。同时,清理套管内的煤粉,之后可注浆封管。
5.结语
综上所述,煤矿井底防治水是人员安全的重要保障,因此,研究和了解煤矿井下防治水的钻进技工艺很有必要。同时,在防治水过程中还应遵循早规划、早预防、早治理的原则,努力提升钻进技术水平,尽量预防和减少煤矿井下透水现象。
参考文献:
[1]王进海.煤矿井下防水使用技术探讨[J].中国科技信息,2012(17):59.
[2]白飞,宗晖,刘氩镭.矿井下钻孔加固防水技术研究[J].科技传播,2014(04):75+70.
[3]王鹏飞.矿山井下钻探事故与处理[J].科技信息,2012(4):396-397.
[4]张继周.煤矿井下探水参数控制及探水安全措施[J].科学与财富,2014(05):76.