分析定向钻进技术在界沟煤矿井下探放水孔施工中的应用.pdf
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1、煤炭新视界CHINA COAL VISION煤 矿 安 全分析定向钻进技术在界沟煤矿井下探放水孔施工中的应用段春雷,王正伟,马跃(安徽界沟矿业有限公司界沟煤矿,安徽 宿州 234000)摘 要:为解决煤矿井下探放水孔施工环节存在的开孔精度较低和施工距离受限的问题,规避由此引发的突水和涌水安全事故,确保钻进质量的提升和效能的优化,对定向钻进技术进行分析。首先介绍案例工程概况,梳理定向钻进质量的影响因素和方案设计细节,其次从施工准备阶段、精准对穿钻孔施工阶段、长距离探水孔施工阶段和小遇层角穿层定向施工阶段入手,归纳技术要点,最后对定向钻进技术在煤矿井下探放水施工中的应用效果进行分析。关键词:定向钻
2、进技术;井下施工;探放水孔中图分类号:TD745文献标识码:A0引言在多种水害类型中,采空区积水和强含水层出水是最为常见的。传统模式下,在探放处理过程中,通常借助施工探放水孔来确保积水排出1。虽然这种方式在一定程度上能降低水害发生的概率,但是由于传统钻机施工无法控制孔内倾角、方位、钻孔深度等,在实际应用中仍然存在一定的局限性。因此,有必要引进新型定向钻进技术来优化、改进水害防范措施。1案例工程概况界 沟 煤 矿 井 田 面 积 为 13.6438km2,核 定 产 能 为140 万 t/a。矿井采用立井开采方式,主采煤层为 7、8、10 号煤层。其中,矿井东102 采区 10 号煤层大部分已经
3、回采,形成了大面积积水的低洼点。现场勘探发现该区域积水量已经达到了 3 万 m3,威胁临近东(10)下采区煤层的安全开采,很容易引发水害事故。因此,决定采用长距离定向探放水孔施工,将采空区内的积水排出。此外,西一采区 71351 工作面的顶板砂岩富水性强,不均一,水压较高,需要进行超前探放,以确保巷道掘进和回采安全进行。2定向钻进质量影响因素钻进参数。主要包括钻压、转速、泵量等。在大倾角仰孔钻进工作中,钻压的影响尤为明显。钻压不仅需要满足常规钻头切削岩石的需求,还需要克服冲洗液自然升举力、钻杆自重等问题。只有结合钻孔孔深递增情况,对应调整钻压参数,才能确保钻进效果的优化2。开孔方向。开孔方向通
4、常以设计剖面图资料为准。精确的开孔方向能够更好地保证探放水孔施工质量。组合钻具配置方式。组合钻具的融合能够极大地提升定向钻进在不同工程、不同地质条件中的适用性。在实践中,要做好钻孔测斜信息的采集更新工作,对应调整组合钻具方案。常见的组合钻具方案主要有钻孔上仰、钻孔保直、钻孔下斜等形式。3定向钻进施工方案设计综合工程实际情况和定向钻进质量影响因素分析结果,确定了系统化的施工技术方案(工艺流程见图 1)。在定向钻进施工开始前,需要严格控制开孔位置及孔口装置安装精度,根据探放水孔设计需求确定钻场位置。该施工钻场布置在场所东侧的地下运输巷道之中,标高为-700m,并系统检测巷道围岩情况,符合安全性、稳
5、定性需求。然后将钻机搬运到指定位置,按照说明书对钻机进行调试检测,观察其是否运行正常,方位角、倾角等参数均要符合要求,使用钻机自带压车柱对钻机进行固定和校正。钻机固定完成后,组织开展孔口管的安装工作,使用150mm 硬质合金取芯钻头,在标记点钻进 15.5m,然后停钻封孔,孔口外部露出部分不大于 20cm。管体的密封性能务必达标,可以在四周塞入棉纱,搭配红胶泥提升密封性能,再用封孔泵注浆封闭。为保证探放水孔结构的稳定性,固结结束的 72h之后,还应进行扫孔操作,扫孔深度必须符合要求,以超 过 空 口 管 长 度 0.5m 为 宜。按 照 设 计 要 求 装 配 三28CHINA COAL VI
6、SION煤炭新视界煤 矿 安 全通、水压表、试验盘等,采用逐级升压法进行测试。该耐压测试共分为 4 个等级,初次加压 1MPa,稳压 5min观察是否出现渗漏水问题,然后每级递增加压 1MPa,直至达到设计值 4MPa,稳压 30min 并观察探放水孔孔口密封情况。如果试验孔洞通过耐压测试,则继续安装螺杆钻具进行定向钻进,否则需要重新开孔,避免出现孔洞坍塌等问题。在钻进环节,还需要实时测斜,确 保 钻 进 角 度 不 偏 离 设 计 轨 迹,直 至 钻 到 设 计深度。图 1 定向钻进施工流程示意图4定向钻进技术在煤矿井下探放水孔施工中的应用4.1 施工准备该工程采用山东中煤工矿物资集团有限公
7、司生产的 ZYWL-6000DS 钻机,该钻机由主机、泵站、操纵台和履带车体四大部分组成,各部分之间用软管连接,结构紧凑,具有多项优点。首先,运输搬迁方便。设备的主机、泵站以及操纵台采用集成化布置方式,具有较强的爬坡能力(可达 25)和走行速度(1.5km/h),适用于运输条件较差的区域。其次,控制性能良好。设备具有较强的给进、起拔能力,能够有效降低卡钻事故。设备还配置了双泵系统,支持回转参数、给进参数的独立调节,灵活性更强。此外,设备还支持钻孔倾角的自动化调节,可调范围为 090,可适应各种复杂条件下的钻进需求。最后,通用性较强,设备采用液压驱动方式,液压元件均为进口、国产通用元件,维修保养
8、更加便捷。同时,配置了 CQ-1A 型磁球定向测斜仪,能够对非磁性钻孔孔段进行测量,能将误差控制在1以内。选用保直钻进稳定组合钻具,配置63.5mm 外平钻杆、94mm 内凹式复合片钻头。4.2 精准对穿钻孔技术精准对穿钻孔技术主要应用于采空区积水疏放项目中,按照设计方案需要开设 5 个巷道精准定向对穿钻孔,并配置套管护壁结构以提升稳定性。施工前需要科学确定开孔方位,以靶点巷道掘进工作面中心点为基准,测量钻场开孔点的垂高和直线距离。以 3#-1孔为例(各探放水孔轨迹剖面图见图 2),经测量发现其高度参数应为 32m,向右侧偏出 22m,直线距离为167.8m。探放水孔施工过程中,主要穿越泥岩、
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