关于煤矿瓦斯防治方面保压取样装置的应用

2020-10-20罗虎曹明吴刘洋

科学与财富 2020年21期

罗虎曹明吴刘洋

摘要：本文结合作者实践工作经验，在分析了煤矿采区概况和采区地址构造的基础上，就顶板拦截定向钻孔施工方案和定向钻孔保压密闭取心技术进行了重点探究，以供参考。

关键词：煤矿采区;定向钻孔;施工工艺;应用

1煤矿采取概况

四采区（6～9煤）位于井田西部，西以 F22断层为界与祁南井田相邻，东至 F1断层，北至61煤 -600m 底板等高线，南至魏庙断层延长线，东西走向长约1.9km 南北宽约1.4km 面积约2.66km2。采区内地表平坦，高程一般在+19.73～22.06m 左右。

2采区地质构造

本采区靠近魏庙断层处存在圩东背斜，北部基本为单斜构造，煤岩层产状有一定起伏，走向近东西，倾向近南北，平均倾角约14°，采区东西边界发育两条断层：F1、F22，区内共发育小断层13条。

⑴断层

①F1正断层：采区东部边界断层，走向 NE，倾向 NW，倾角50°～65°，落差22～55m，在采区落差约50m;延伸长度6km，断层落差由南向北逐渐增大，且有分叉合并现象，断层破裂带宽度2.0～12.7m。

②F22正断层：井田边界断层，走向北北东向，倾向近西向，倾角70°，落差55～80m，在本区落差约50～80m，走向长大于5km。

③魏庙断层（组）正断层：本区边界断层，走向东西，倾向南北，倾角60～70°，最大落差330m。

⑵背斜

圩东背斜：位于魏庙断层以北浅部，轴向东西，轴线长3.3km，在 T3、 T10标准反射波组的同向轴有向上向下弯曲的特征。两翼产状为平缓，一般在10～20°之间。两翼岩芯局部地段也较为破碎，轴向有9条地质勘探线和8条地震测线控制，轴向南翼被魏庙断层切割;北翼被 F1断层切割。区内61、62、63、71、72、81、82、9煤层不受岩浆岩侵蚀影响。

3顶板拦截定向钻孔施工方案

（1）定向钻孔施工过程中，随钻测量测点间隔设计为3m，不得超过6m。

（2）钻孔轨迹实钻左右位移与设计左右位移偏差不得大于5m，71煤顶板拦截定向钻孔实钻上下位移应在63煤与71煤之间岩层中;

（3）71煤顶板拦截定向钻孔采用前进式开分支钻进技术施工，每隔80m 左右主动探查63煤，然后开分支回到岩层中钻进;选择最后2个分支孔，采用保压密闭取心技术对63煤进行定点取心。

（5）每隔50m 左右预留一个分支点;除预留分支点外，钻孔轨迹应平滑，避免大的起伏，控制局部孔段钻孔造斜率，为后期定向密闭取心创造有利条件。

（6）采用复合定向钻进技术进行钻孔轨迹控制，复合钻进时钻机的转速为30～45r/min，应控制好扭矩，避免损坏通缆鉆杆或造成钻孔事故。

（7）采用异形钻杆复合排渣技术进行钻孔强排渣;当采用滑动定向钻进进行轨迹纠偏时，回次钻进完成后应进行划眼;钻进一定进尺后，应进行回转冲孔，保证孔内清洁，避免卡埋钻事故发生。

（8）当孔口段局部地层破碎难以通过时，可采用大直径扩孔技术对孔口段扩孔，增大排渣通道;当目标地层内定向孔段局部破碎或钻遇泥岩缩径孔段时，可采用双心定向钻进技术进行施工，增大定向钻孔直径，使其缩径破坏后大于定向钻具直径;当以上两种方法处理后，仍然无法通过时，采用注浆加固技术进行地层强化，提高地层稳定性，确保安全施工。

（9）严格按照钻机操作规程和《施工安全技术措施》进行施工，随时关注设备工作压力、孔口返水、返渣以及随钻测量数据情况，遇到异常及时提钻至安全区域进行处理，不可盲目钻进，确保施工安全。

4定向钻孔保压密闭取心技术

（1）使用前准备工作

连接调试好保压密闭取心钻具，测试关闭压力和保压效果，确保工作正常后，放置一边待用。

（2）定向钻进

准备好钻具后，利用随钻测量定向钻进技术进行定向钻孔施工，通过随钻测量装置的实时轨迹测量和孔底定向钻具的轨迹调控，保证定向孔沿设计轨迹延伸，实现取样点空间位置的长距离高精度控制;为确保大直径保压密闭取心钻具下放，应控制钻孔倾角和方位角造斜率，尽量使钻孔保持平滑;至岩层定向钻孔分支进入煤层后，开启泥浆泵采用大泵量将钻孔冲洗干净后，快速提钻退出随钻测量定向钻进钻具。

（3）单点煤样采取

包括以下分步骤：①取样钻具下放。连接保压密闭取样钻具，将取样钻具下入钻孔;下放过程中，若阻力较大，应开启泥浆泵进行回转扫孔，直至钻具到达孔底;开启泥浆泵通过取样钻杆向钻孔供水至从孔口返出，确保煤样筒内无煤渣后，记录下冲孔泵压。②取样孔段钻进。将取样钻头推送至贴靠孔底，并将泥浆泵排量调减至≤100L/min，启动钻机以50～80r/min 的速度回转钻具，以0.2～0.3m/min 的速度向前钻进，钻进深度达到1.2～1.5m 后，停止钻进，关闭泥浆泵。③煤样封闭。向取样钻杆内环空间内放入一个橡胶球，然后开启泥浆泵以200L/min 以上泵量向取样钻杆供水，至泵压突然增加，煤样被剪断且被密封在取样内筒内。详细记录保压密闭取样钻具下放时间、取样孔段钻进时间和煤样封闭时间。④煤样取出。关闭泥浆泵，快速提钻退出取样钻具，拆下煤层密闭取样装置后，取出取样内筒。

（4）气密性测试

对取出的取样内筒进行气密性测试，若检测合格，取样成功;若检测不合格，重复步骤（3）再次取样。

（5）瓦斯解吸

将气密性测试合格的取样内筒解吸阀门打开，进行现场瓦斯解吸，并做好解吸记录。

（6）单孔多次取样。

重复步骤（3）—（5），对多个取样点的煤样进行保压密闭采取，直至完成所有取样工作。

（7）实验室分析

利用实验室设备对采取的煤样进行瓦斯含量、气成份、工业分析，获取完整参数。

5结语

本文结合实际案例对顶板拦截定向钻孔施工方案的应用进行了重点探究。定向钻孔保压密闭取心充分利用了定向孔钻孔轨迹的实时测控和长距离钻进优点，及取样装置保压密闭特性，既提高了井下近水平煤样的采取深度，又可精确控制采样精度，实现单孔多次定点取样。该技术值得推广应用。

参考文献：

[1] 赵建国.煤层顶板高位定向钻孔施工技术与发展趋势[J].煤炭科学技术，2017，045（006）：137-141，195.