熊 杰,來 甲,高衛(wèi)乾
(陜西韓城天久注漿勘探有限責(zé)任公司,陜西韓城715400)
大口徑瓦斯抽排孔能高效地將煤礦井下瓦斯排到地面。2014年,我公司在陜西省銅川市印臺區(qū)紅土鎮(zhèn)金華山煤礦施工了一口設(shè)計深度400 m,孔徑850 mm,孔中下入630 mm×12 mm井壁管固井的瓦斯抽排井。實際孔徑為850 mm,終孔深度401.6 m,透進總回風(fēng)巷道,測斜計算總偏距為9.34 m。
施工設(shè)備選用TSJ-2600/660型鉆機1臺(配套As27-90型鉆塔),TBW-1200/7B型泥漿泵1臺,電動機(185 kW)1臺,JSN-1型泥漿凈化機1臺。
采用三牙輪鉆頭泥漿循環(huán)護壁鉆進(透巷)和組焊牙輪鉆頭兩路清水冷卻擴孔鉆進工藝。鉆孔各項指標(biāo)及護孔下管固井均達到了設(shè)計要求??偨Y(jié)分析施工過程得失,對同類孔的設(shè)計施工具有重要的借鑒意義。
金華山煤礦瓦斯抽排井地層結(jié)構(gòu)相對簡單,主要地層是第四系黃土(Q),二疊系上統(tǒng)石千峰組(P2-2)、上 石 盒 子 組 (P2-1)、下 統(tǒng) 下 石 盒 子 組(P1-2)、山西組(P1-1)的砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖互層,上石炭統(tǒng)太原組(C3t)泥巖及煤,中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O1+2)灰?guī)r。黃土層段0~10.6 m,砂巖及砂質(zhì)泥巖段10.6~115.96 m,泥巖段115.96~120.46 m,砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤段120.46~385 m,灰?guī)r段385~401.6 m。
一開導(dǎo)孔孔徑311 mm,采用塔式組合鉆具結(jié)構(gòu):108 mm×108 mm四方立軸+127 mm鉆桿+177.8 mm鉆鋌 +203.2 mm鉆鋌(帶3個311 mm扶正器)+311mm三牙輪鉆頭。
二開~四開擴孔采用前導(dǎo)向塔式組合鉆具結(jié)構(gòu):108 mm×108 mm四方立軸+127 mm鉆桿+177.8 mm鉆鋌 +203.4 mm 鉆鋌 +480、650、850 mm前導(dǎo)向組合牙輪擴孔鉆頭。
黃土層段鉆進時,鉆進參數(shù)控制如下:壓力30~50 kN,轉(zhuǎn)速48~69 r/min,泵量1200 L/min;
巖層地層鉆進時,視巖層軟硬變化情況,鉆進參數(shù)控制如下:壓力80~200 kN,轉(zhuǎn)速69~100 r/min,泵量250~1200 L/min。
一開鉆進中采用Na-CMC處理的優(yōu)質(zhì)細分散泥漿,以防止井壁坍塌及縮徑。開孔泥漿性能指標(biāo)為:固相含量4% ~8%(體積之比),密度1.05~1.08 g/cm3,粘度17 ~19 s,失水量10 mL/30 min 左右,含砂量<4%。隨著孔深增加,由于地層自造漿作用,泥漿逐漸變稠,此時采用稀釋劑調(diào)稀。進入第三系泥巖,固相含量4% ~8%,密度1.08~1.1 g/cm3,粘度18 ~22 s,失水量 15 mL/30 min。二開至四開擴孔均采用泥漿泵對鉆具內(nèi)外兩路供適量(30~50 L/min)清水濕潤沖洗巖層、鉆頭并冷卻鉆具的沖洗冷卻工藝。
3.7.1 護管結(jié)構(gòu)(見圖1)
圖1 鉆孔及井底護管結(jié)構(gòu)
3.7.2 護管安裝
在圓孔和溜孔結(jié)束后進行孔底防護、底板處理和護管安裝固定。
(1)孔底防護:在井底回風(fēng)巷道中安裝護管前,孔底口位置搭設(shè)一個防護用井字架、上人梯及提管用兩道橫梁,立管頂?shù)较锏理敯?,在鉆孔底口位置設(shè)置一個自制的護板,防止在護管安裝進孔內(nèi)前掉塊傷人。
(2)底板處理:在孔底正對巷道底板開鑿1.5 m×1.5 m×0.5 m底板窩,澆筑C20混凝土,其表面設(shè)置一塊特制的1.2 m×1.2 m×0.2 m鋼墊板。
將孔內(nèi)充滿優(yōu)質(zhì)泥漿后進行循環(huán)是利用泥漿循環(huán)在孔壁形成薄薄的一層泥皮以保護孔壁完整性,防止掉塊掉渣,同時沖撈井底沉渣,確保安全下管??變?nèi)泥漿用量約430 m3。井壁管使用630 mm×12 mm無縫鋼管,其最下一根靠上部管內(nèi)預(yù)設(shè)置開槽貼片式C20混凝土浮力塞2 m。下管使用開孔穿銷提吊下管法,采用手工電弧焊焊接。共安裝了630 mm無縫鋼管402.1 m(地面以上0.5 m,孔內(nèi)安裝401.6 m)。焊接工藝方法是:焊口對接完成采用打底焊一圈,填充焊滿平后,進行貼片焊接,每個接口貼片7塊,貼片之間焊口進行蓋面焊,蓋面焊出圓弧凸舌。管內(nèi)利用注水克服浮力和壓強,總注水量控制在64 m3,鉆塔最大承載力120 kN,管內(nèi)外最大水位差170 m。下管到位后割掉最后一根提吊管材。
采用孔底放漿,井壁管外灌漿固井工藝。水泥型號為 PO42.5 MPa,水灰比0.5∶1,灌漿量210 m3,消耗水泥260 t??卓诙位毓嘞乃?.5 t,灌漿量3 m3。
候凝3 d后透開管底浮力塞并透孔到底,在井底閥門處放空管內(nèi)水,將井底沉淀管拆卸并檢查管內(nèi)插接良好并固管正常。井口用700 mm×10 mm鋼板密封完好。
在井底護管安裝固結(jié)完畢,孔內(nèi)加泥漿后期發(fā)現(xiàn)井底巷道頂部,靠近孔底護管附近有水滴狀滲漏清水、一邊墻體裂隙呈線狀流出清水,采用添加高粘堵漏劑的凝膠泥漿進行堵漏,經(jīng)過12 h的滲透,第二天下井觀察消除了頂板和巷幫滲漏水問題。
孔里灌泥漿至36~46 m段時發(fā)現(xiàn)漏失嚴重:多次灌泥漿雖能抬升水位,但停灌后水位下降很快,監(jiān)測漏失量為1 m3/h。首先采用水沖鋸末進行堵漏,目的是通過加水使鋸末沖進大裂隙,充填、封堵大空隙,從而降低后續(xù)堵漏漿液的大量漏失,接著用泥漿沖入添加一袋水泥的0.5 m3的鐵箱中,進行充分攪拌均勻后,加入適量預(yù)拌制好的高粘堵漏劑,攪拌均勻混合堵漏液,人工灌入井內(nèi),分4次共交替灌入6 m3堵漏漿液和15 m3泥漿,測水位為13.7 m,停待1 h后檢測水位無變化,透孔循環(huán)證實堵漏成功。
(1)大口徑瓦斯鉆孔采用一鉆三擴鉆進方法,解決了鉆具壓力嚴重不足和沖洗液上返流速太低的難題,降低了鉆孔施工難度,提高了工效。
(2)鉆孔小徑透巷后直接采用小水量沖洗冷卻鉆具擴孔工藝,即滿足了常規(guī)鉆進工藝沖洗冷卻鉆具的技術(shù)要求,也能直接將鉆進產(chǎn)生的巖粉沖落入井底進行集中清理運走,避免了二次重復(fù)破碎,大幅度提高了鉆進工效、降低了鉆孔成本,同時也可達到安全鉆進的目的。
(3)下管前成功實施了井底護管安裝固定,為孔內(nèi)充滿循環(huán)用泥漿提供了決定性條件,達到了維護孔壁及對井壁管產(chǎn)生浮力,減少鉆塔承載力,從而降低井壁管自重對井壁管提吊部位、焊縫張拉及鉆塔的危害,起到了多重效應(yīng)。
通過本次瓦斯孔施工,總結(jié)出了一套有關(guān)大口徑瓦斯抽排井工程小徑透巷后的安全高效系統(tǒng)的施工技術(shù)工藝路線,為今后同類工程鉆孔施工提供了可借鑒的方法和經(jīng)驗。
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