煤矿井下坑道钻探常见钻孔事故分析与处理方法探讨

豆旭谦，魏宏超，王林杰，曹建明，石会田

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）

煤矿井下坑道钻探常见钻孔事故分析与处理方法探讨

豆旭谦*，魏宏超，王林杰，曹建明，石会田

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）

煤矿井下钻孔事故是制约煤矿正常开采工期的关键因素之一。总结了煤矿井下坑道钻探钻孔事故常用的处理方法，分析了埋钻、卡钻、断钻三类常见钻孔事故的特征及原因，探讨了该三类事故的处理方法，对煤矿井下钻孔事故的处理具有一定的借鉴意义。

煤矿井下；钻孔事故；事故特征；事故原因；处理方法

煤矿井下坑道钻探作为查明井下地质异常最直接的手段，广泛应用于瓦斯抽采、水害防治、地质异常体（断层、陷落柱）探测等领域，服务于煤矿建设与生产的全部环节，在一定程度上确保了煤矿的安全高效生产[1]。但是，煤矿井下坑道钻探经常遇到复杂的钻孔事故，会直接影响到钻探施工的进度和工期，严重时会让钻孔报废，造成大量人力、物力、财力浪费，给煤矿造成巨大经济损失[2]。本文通过对煤矿坑道钻探常见事故进行总结分析，探讨不同钻孔事故的发生原因、处理方法，梳理钻孔事故处理方法的优先级选择原则，对煤矿井下坑道钻探钻孔事故的处理具有借鉴意义。

煤矿井下常见的坑道钻探钻孔事故主要有埋钻、卡钻、断钻等。发生事故的原因有主观和客观2方面的因素，主观因素主要有钻孔的设计等技术措施，操作人员技术的熟练程度，钻进过程中是否有违章作业及对钻孔事故的预见性等，可以通过对技术人员和钻机操作人员的技术培训提高其作业技能，从而最大程度避免主观因素酿成钻孔事故的可能性，但是客观因素导致钻孔事故在钻孔过程中具有随意性、盲目性和不可预见性，本文主要从客观因素着手分析钻孔事故的原因。

1 常见钻孔事故处理方法

（2）“强力起拔”工艺，即发生埋钻事故后，用钻机强力起拔钻具，把钻头逐步提离埋钻地点的方法，有“直接起拔”和“回转起拔”2种方式，在起拔的同时对钻具施加回转荷载，钻头上的反切削会搅动煤岩粉渣，利于解决钻孔事故。在强力起拔同时可以通过钻机来“震动”孔内钻具[3]。

（3）“套铣扫孔”工艺，即选取适当的钻具组合，钻杆内径大于事故钻杆直径，使用与之相适应的扩孔岩心钻头，“套”在事故钻具的外面对钻孔进行扫孔，实现扫通卡埋钻的地点成功解决钻孔事故的方法，适用于卡、埋钻事故。

（4）“正丝钻杆+正丝锥”工艺，即在断钻的情况下，使用相应尺寸的正丝钻杆，在前端连接相适应的公/母锥进行打捞事故钻具的方法。

（5）“反丝钻杆+反丝锥”工艺，即在钻具卡埋死或断钻的情况下，使用相应尺寸的反丝钻杆，在前端接相适应的公/母锥对孔内的钻杆进行打捞的方法。

（6）“拔管机强力起拔”工艺，即在卡、埋钻事故处理异常困难的情况下，钻具完好且钻机能力不足拔出钻具，使用拔管机强力起拔，或者提出事故钻具，或者将事故钻具拔断提出部分钻具。

2 常见事故类型及处理方法

2.1 埋钻

埋钻是指钻具与孔壁的环状间隙局部或全部地被堵塞，冲洗液不能流通，钻具因此受阻不能提动或转动的一种孔内事故[4]。

（1）事故特征及原因。一般来讲，煤矿井下无论在煤层或者岩层中钻进，钻孔埋钻事故有塌孔埋钻和沉渣埋钻2大类。塌孔埋钻从瓦斯地质钻探工艺的角度有3种形式：前置式坍塌、后置式坍塌和联合坍塌[5]；沉渣埋钻常常发生在下斜钻孔的钻头位置，且常见为伴生事故，即单纯发生下斜孔沉渣埋钻的事故较少，多因其他事故的处理时间较长而引起埋钻事故。

大规格的瓷砖在视觉效果上确实要比小瓷砖好看，也容易与多种装修风格搭配，然而瓷砖规格越大，水泥铺垫面积也会随之增大，瓷砖的抗击打能力也越差，不要超过800*800的吧。

形成塌孔埋钻的因素很多，根据对不同塌孔埋钻事故的分析，究其本质原因有：其一，钻孔钻遇软煤（岩）层，其硬度较小或者松散破碎，无论空气钻进或者清水钻进都难以成孔，是导致塌孔埋钻的主要原因；其次，钻进过程中的工程震动，如钻具回转时的敲邦震动、起下钻钻具对孔壁的损伤等。沉渣埋钻的原因主要有在较深下斜孔钻进中钻进速度较快，产生的煤（岩）粉未能迅速及时排出孔口；深孔钻进过程中由于突然停电等原因停泵时间较长，钻具未能及时提至安全孔段等，导致大量的煤（岩）粉沉淀到孔底埋住孔底段钻具。

（2）处理方法。根据钻孔事故处理一般原则，发生埋钻事故时，要冷静分析埋钻原因，根据埋钻孔段的孔深、埋钻长度和埋钻程度，优先尝试采用“活动钻具+泥浆泵冲孔”工艺，即先尝试开启泥浆泵冲孔，辅助以使用钻机活动事故钻具，反复试验多次，若钻具具有了一定的活动幅度和空间，不要急于将钻具提离事故孔段，应多次尝试使得埋钻孔段松动，并观察孔口返渣量和返水量的变化，待孔内疏通之后将钻具提离事故孔段。

如果无法使用以上工艺解决，第二步可以考虑采用“强力起拔工艺”，调整马达的排量，使马达的工作效率处于低转速、大扭矩的状态，“强力起拔”事故钻具，同时注意观察压力表的变化，避免在强制工作下损坏钻机和发生二次孔内事故，否则将会对钻孔事故的成功处理十分不利。对于不太严重的埋钻事故，采用以上两种方法就可以解决。如果以上方法无效，埋钻深度较浅，可以使用“套铣扫孔”工艺或“拔管机强力起拔”工艺；如果事故孔段埋深较长，在使用以上工艺方法失败酿成二次断钻事故时，考虑采用“反丝钻杆+反丝锥”工艺处理。

2.2 卡钻

钻探过程中，由于各种原因造成的钻具陷在孔内不能自由活动的现象，称为卡钻[6]。

（1）事故特征及原因。卡钻之后，钻具在孔内卡住，提不出来，回转时有阻力，甚至发生憋泵和卡死，但一般能通水。卡钻的种类较多，在煤矿井下钻探中卡钻事故的发生概率较大，按成因常见的有坍塌卡钻、缩径卡钻和沉渣卡钻[7]，其中坍塌卡钻在煤矿井下最多见。

煤矿井下钻探中，坍塌卡钻主要是由于煤岩孔壁掉块造成的，钻进过程中，由于钻孔的形成打破了地层的应力平衡，钻孔内的原始应力将向钻孔外壁转移，导致钻孔外壁应力增加，加之在煤矿井下钻进多为近水平或者上仰孔，冲洗液未能充满钻孔，地层压力得不到平衡，反而在大流量冲洗液的冲刷作用下加剧了发生失稳塌孔的可能性，如果钻遇裂隙较发育的地层，往往就会发生此类坍塌卡钻事故，所以，坍塌卡钻与地层完整性、岩性硬度、构造程度、瓦斯含量等相关。缩径卡钻主要跟钻遇水敏性泥页岩地层有关，水敏性地层即岩石的部分粘土矿物由于冲洗液的缘故发生膨胀、分散、运移，从而导致岩层遇水膨胀导致卡钻，如果在钻遇水敏性地层过程中遇到突然停电等会增加发生缩径卡钻的可能性。沉渣卡钻在煤矿井下一般发生在本煤层软煤钻进中，如果煤层松软破碎，钻遇瓦斯异常带，会使钻孔内煤层瓦斯压力突然降至0，孔底就会喷出大量的煤渣，冲洗液无法及时冲洗钻孔使喷出的煤渣排出孔内时，就会发生沉渣卡钻[8]，如果喷出的煤渣量过大，甚至会形成长距离孔段埋钻。

（2）处理方法。准确分析卡钻的原因，对于煤矿井下常见的卡钻事故，应该严格执行钻场交接班制度，事故解决始末开启泥浆泵不停送水，然后首先采用“活动钻具+泥浆泵冲孔”工艺尝试解卡。如果解卡不成功，就采用“强力起拔”工艺，先在较小回转扭矩下尝试松动卡住钻杆，若无法松动则将回转扭矩调至最大扭矩下尝试。使用以上工艺一般卡钻事故即可解决，如果未能成功，钻杆未断，卡钻深度较浅可以使用“套铣扫孔”工艺或“拔管机强力起拔”工艺；如果钻杆断了，即采用“反丝钻杆+反丝锥”工艺处理[8]。

2.3 断钻

断钻是指在钻进过程中，完整的钻杆柱体在任意位置折断掉入孔内的现象。

（1）事故特征及原因。断钻是煤矿井下比较常见的钻孔事故，发生在完整钻杆柱体的任意位置，某一钻杆中间、钻杆的接头处、异径接头处等，断钻之后泥浆泵的压力会突然的变化至无压力状态。

煤矿井下钻探断钻的原因有以下几类，其一，钻具本身的原因，即钻具本身使用时间太长，其强度无法满足正常钻进钻具抗拉、抗压和抗扭矩强度的需要，或者下钻时未仔细排查使用了带有暗伤和已经损坏的钻具；其二，施工人员的原因，在下钻、钻进、起钻的全过程中，如果未能按照操作说明或者规程正确作业，或者操作过程中发生突然憋泵，给进、起拔、扭矩过大，超过钻具承受极限；其三，处理其他事故时的断钻，即在处理诸如埋钻、卡钻等常见事故时，由于回转起拔力过大或者使用拔管机强力起拔时造成的断钻。

（2）处理方法。根据提出钻孔钻杆的长度和断钻钻杆断面的形态准确判断断钻掉钻的原因，断钻一般采用“正丝钻杆+正丝打捞锥”工艺或者“反丝钻杆+反丝打捞锥”工艺进行打捞，但是所采用打捞锥的类型、尺寸要根据孔内事故的原因、断头的破裂程度和掉入孔内钻具在钻孔的“摆放”状态决定。如果断头较完整，可以采用同级公锥或者母锥捞取；如果断头是较大劈叉和斜叉，一般需要将断头割掉或磨掉一部分，使用相对钻杆较大直径的同心母锥；如果断头贴靠孔壁难以找到事故断头时，尝试采用特种带导向钻头的丝锥；如果丝锥在打捞的过程中经常从断头旁边侧滑过去，也可以考虑把连接丝锥的第一根钻杆弯成一定的角度，扩大丝锥打捞的范围，钻杆的弯度一般由小到大，以能顺利下入孔内为基本原则。在进行打捞处理时，如果打捞困难，钻孔较浅时，可以对钻孔进行扫孔之后再使用以上工艺打捞。

3 总结

通过对以上埋钻、卡钻、断钻3类常见孔内事故的分析研究，针对不同事故类型在处理解决时可以参考以下优先级选择（表1）：

表1 煤矿井下常见孔内事故处理方法优先级选择

煤矿井下如果发生钻孔事故，钻进效率、工程质量、安全生产、钻进成本都将受到较大影响，所以，科学分析钻孔事故的原因，准确判断定位事故发生孔位，制定科学合理的补救和处理方案，是井下钻孔事故成功处理的关键所在。本文对煤矿井下钻探事故的综合分析研究，对钻孔事故的成功处理具有积极的指导意义。

[1]姚宁平.我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展[J].煤田地质与勘探，2008,36(4):78-80.

[2]王鹏飞.矿山井下钻探事故与处理[J].科技信息，2012(4): 398.

[3]徐保龙，李乔乔，贾明群，等.强力起拔工艺在煤矿井下定向钻孔卡埋钻事故处理中的应用[J].西部探矿工程，2013,25 (5):103-104.

[4]王福.埋钻事故分析及预防措施[J].林业科技情报，2007,39 (4):89.

[5]马沈岐，曹明，汪芸，等.瓦斯地质钻探中孔内事故分析与处理方法[J].煤矿安全，2008,39(11):93-96.

[6]张林强.井下卡钻分析及处理[J].海洋石油，2007,27(3): 112-115.

[7]姚宁平，张杰，李乔乔.煤矿井下近水平定向钻技术研究与应用[J].煤炭科学技术，2011,39(10):53-57.

[8]张杰，蒋玉玺，姚宁平.九里山矿井下定向钻孔卡钻事故处理实践[J].煤矿安全，2012,43(11):125-127.

Discussion on theAnalysis and Treatment of Common DrillingAccidents of Underground Tunnel of Coal Mine

DOU Xu-qian,WEI Hong-chao,WANG Ling-jie CAO Jian-ming,SHI Hui-tian
(Xi′an Institute Co.Ltd.,China Coal Technology&Engineering Group,Xi′an,Shanxi 710077,China)

The drilling accident of underground tunnel of coal mine is one of the key factors to restrict mine normal production period.The paper summarizes the coal mine tunnel drilling accident handling methods,analyzes the characteristics and the reasons of the three kinds of common drilling accident such as drill burying,sticking,breaking of a rod,and discusses the handling methods for the three kinds of drilling accident,has a certain reference significance for such drilling accident disposal.

underground coal mine；drilling accident；accident characteristics；accident cause；processing method

P634.8

A

1004-5716(2015)08-0021-03

2015-01-08

2015-01-09

豆旭谦（1987-），男（汉族），甘肃静宁人，助理工程师，现从事煤矿井下定向钻进技术及推广工作。