探讨钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

2017-12-09徐延军赵建明山东东华能源有限责任公司葛亭煤矿

大陆桥视野 2017年14期

关键词：钻杆钻机套管

张珂徐延军赵建明 / 山东东华能源有限责任公司葛亭煤矿

探讨钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

张珂徐延军赵建明 / 山东东华能源有限责任公司葛亭煤矿

文章先对常见的煤矿井下防治水钻探工艺进行了分析，然后对具体钻探技术在煤矿井下防治水中的应用作了详细的阐述与研究。

应用；钻探技术；地质；水文；防止水透

一、比较常见的煤矿井下防治水钻探工艺

目前我们比较常见的煤矿井下的防治水钻探的工艺有:全煤层孔螺旋钻杆钻进、高角度的上仰孔钻进、斜下孔钻进、松软层跟管钻进这几种。但是我们要清晰的认识到，如何把以上几种钻探技术应用到应对不同地质环境和水文环境中，这是需要根据具体的实践环境而定的。下面，就会以上这几种钻探技术的应用进行了详细的阐述与研究。

二、具体钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

（一）全煤层孔螺旋钻杆钻进技术的具体应用和说明

全煤层孔螺旋钻杆钻进技术指的是全孔在煤层内钻进的情况下，进行充分钻进。在这种地质条件下煤层相当程度上比较松软，如果采取另外一种方式来进行钻孔必然会造成难度加大的问题，而且由于地质和水文环境复杂，钻头无法探测到内部环境的具体情况，这样不但加快完成了钻孔，在这种复杂的环境下，还能保证勘探人员的安全。全煤层钻进是一种干钻技术，它主要是利用了钻机所产生的强大动力来巧妙的将能量进行完整传递，这样做的好处在于用一种不会将钻屑留在孔内的形式很方便的完成钻孔，而不会出现任何的故障问题。也在这种运作过程中形成了类似于螺旋机的运行方式。在过去我们主要应用的老式的钻孔技术，这些老式钻孔技术不但会加剧孔本身的垮塌可能性，还有可能对钻机造成损伤，减少钻机的使用寿命。传统的钻孔技术都会产生很大噪音和振动，在钻孔过程中对孔壁造成极其不利的影响，而这种技术减少了这种干扰。

（二）高角度上仰孔钻进

高角度上仰孔钻进技术指的是当目标与施工位置处在一种比较垂直上下的钻进技术，但是这种方法的使用有比较限制的一点是:高角度上仰孔钻进用来钻孔的同时应该选择顶板条件较好的位置，如果选择条件较差，有可能会造成任务失败，从而引起整个钻孔任务功亏一篑。另外由于这种技术的使用是处于一种比较危险的境地，所以应该提前做好准备工作，例如要提前做好各个顶板的防护，固定好脚手架以避免石块坠落伤人的情况发生。高角度上仰孔钻进技术本身就是一项比较高难度的钻进技术，必须要求严格才能保障所有工作人员的安全和任务的完成度。这样做的原因在于，如果不远离，会加大钻孔的风险，高度的威胁下将会造成人身安全的隐患。整个过程中需要加入一个达到标准长度的导正器达到预期效果。这样做一根套管到下方将会做到降低孔口高度的良好效果。笔者对于这项技术的优点评价有几点:第一，这项技术实现了在高难度下的钻进技术，积累了实践经验，更加方便了以后的钻孔研究。第二，这项技术所完成的钻孔，将会是其他技术所不能比拟的，主要是因为高角度下的精细将会做得更好，实现了难度与效果的双向结合。

（三）定向斜下孔钻进技术的具体应用和说明

所谓定向斜下孔钻进技术就是需要在预定的方位上设置斜向机器的位置，这样方便提前预知作业的具体方位，然后再根据实际方位测试出斜向机器的孔底位置，两种数据进行比较就可以知道两者误差，然后再对其进行更正。通过对定向斜下孔钻进技术的概念认知我们应该清楚了，当钻机到达相应位置后，需要有线随钻斜测仪才能探测出真实数据，直到两者的坐标合二为一，也就是完全符合以后就可以开始真正的钻孔工作，螺旋钻到达不定向接头的位置之后进行有线斜测仪的定位，在监控这边就会显示出钻孔的工具和三维坐标方位角。这里需要说明的，即便是钻孔设备和技术做到最好还是会有误差的存在，为什么，因为地质环境的复杂导致的，特别的还有地下的水文环境，地下暗河、水道、水源等等情况，就算是提前做过相应的地质情况调查，但实际操作中还是有可能出现这些情况。斜下钻孔钻进时由于是通过顺层的方式钻进加上地质层中的岩层自重作用，很有可能大幅度降低成孔率，而且更大的危险是，还有可能引发水透，对设备和探查人员造成安全威胁。为了防止这种情况的发生，我们可以采取以下措施来防止:首先，万一由于机器本身故障发生意外问题，这样我们就必须马上接通高压电来启动强风吹散孔底的残渣粉末，等到设备恢复工作，就可以将钻杆拔出，解除危机。

（四）松软层跟管钻进技术的应用和具体说明

松软层跟管钻进技术是一种比较特殊的跟管钻进技术，他讲究的在钻进的同时压入或者旋转下入套管，这种无论是对辅助设备还是技术人员的要求都比较高。但是在实际操作中又有一些不同之处，实际操作中会遇到松软层，在这种情况下，又必须要分成两种形式来讨论:一般钻孔都不会遇到特别复杂的地质层，而且在清楚的调查当地的地质层之后，但是地下情况复杂时，调查结果有可能就会失真，比如会由于当地气象原因造成土地含水量过大，这样就给钻进带来了一定的难度。第一种就是钻孔的时候突然就遇到松软层，这种情况特别罕见，不禁加大了开孔的难度，而且会拖延开孔的最佳时机，这时候需要做的就是使用松软层的跟管钻进技术，使用这种技术需要注意的就是，一边钻进一边下套管，这里要特别注意，不能将两者交接在一起，因为钻机是不能够与套管连接过于紧密，这样就会很容易让套管随着钻机深陷钻孔，这样不仅会对设备造成损坏，还会破坏原有完好的钻孔。所以只要一边钻进一边下套管，等到这一口径的完成马上换成下一口径继续进行。第二，要是遇到一开钻就碰到松软层，那就要配置相应的筒状合金钻头，按照标准要求钻进，更替口径交替钻进，通过钻进之后的松解螺旋头的操作来达到钻孔要求即可。

（五）钻探设备选定

为提高矿井超前探功效，采用井下深孔定向钻机实施超前探工程。定向钻机由钻机机身、移动泵站与随钻测量系统三部分组成，钻机机身由厂家提供，为矿用履带式全液压坑道钻机，最大额定转矩12000N·m、额定转速50～150r/min，适用于钻进大直径近水平长钻孔及1500m以上超长定向钻孔。移动泵站由矿井已有的喷雾泵改造而成，最大输出泵量560L/min。随钻测量装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器和探管四部分组成，在孔底马达钻进过程中，将探管连接在孔底马达后，在需要进行数据测量时，防爆计算机通过通缆钻杆和通缆水便向孔内探管供电并下工作指令，探管启动工作并采集钻孔倾角、方位角、工具面向角等数据通过通缆钻杆和水便传送到防爆计算机，通过装置软件的分析处理，在防爆计算机显示器上显示钻孔参数、设计轨迹、实钻轨迹等信息，通过系统软件可实现装置分析、数据处理、数据测量并以数字量形式进行显示、存贮、通信、处理分析成图等功能。数据测量结束后，防爆计算机停止为孔内探管供电，探管停止工作。