郭家紅

（晉城藍焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048021）

以晉城藍焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦為例，工作面正?；夭蓵r瓦斯絕對涌出量為25 m3/min，利用頂板高位大直徑鉆孔可以滿足10 m3/min 的抽放。經檢測，巷道回風中瓦斯?jié)舛纫话銥?.2%左右，上隅角瓦斯?jié)舛葹?.4%左右。因此，通過高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯，是成莊礦回風流瓦斯保持低濃度和上隅角瓦斯不超限的關鍵。

為盡可能增加高位鉆孔的單孔瓦斯抽放量，施工大孔徑鉆孔是最有效的途徑。目前成莊礦高位鉆孔的成孔直徑為Φ193 mm，具體成孔工藝為：首先采用定向鉆機+Φ120 mm 鉆頭施工定向先導孔，然后采用普通回轉鉆進工藝和Φ153 mm 擴孔鉆頭二次擴孔，最后采用普通回轉鉆進工藝和Φ193 mm擴孔鉆頭三次擴孔至終孔。該成孔工藝不僅工序繁瑣，而且在實際操作過程中經常因擴孔鉆桿受力復雜出現斷裂并發(fā)生掉鉆事故，造成重大經濟損失。因此，為解決上述難題，提高成孔效率并降低施工風險，成莊礦開展了“定向先導孔+二次直螺桿馬達滑動鉆進擴孔”的工藝研究試驗，取得了較好效果，為成莊礦下一步的鉆孔工藝改進和推廣，同時也為類似條件礦井鉆孔施工提供借鑒。

1 試驗設計

為試驗新工藝的可靠性和成孔效率，并與常規(guī)的擴孔工藝進行對比，本次選擇在成莊礦43222 巷9#橫川進行現場試驗，9#橫川鉆場設計4 個頂板高位鉆孔，終孔孔徑均為Φ193 mm，鉆孔設計參數見表1。試驗時，1#孔和4#孔采用普通回轉鉆進擴孔工藝施工，2#孔和3#孔采用直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝施工。

根據成莊礦3#煤層特點以及裂隙帶發(fā)育高度，并結合頂板巖性分布特征，高位鉆孔設計層高為40～50 m，巖性以細粒砂巖為主，普氏硬度系數f=6～7，具體設計鉆孔軌跡見圖1。

表1 鉆孔設計參數

圖1 鉆孔設計軌跡圖

2 試驗裝備及工藝

本次試驗的主機選擇ZYWL-13000DS 型定向鉆機，該鉆機扭矩為3000～13000 N·m，最大起拔壓力為280 kN，配備的泥漿泵流量為480 L/min，泵壓為10 MPa。按成孔工序劃分，定向先導孔施工選用鉆具組合：Φ89×3000 mm 通纜鉆桿+Φ89 mm×1.25°單彎螺桿馬達+Φ120 mm 胎體式PDC 鉆頭；二次擴孔選用的鉆具組合為：Φ89×3000 mm 普通鉆桿+Φ153/ 193 mm 導向PDC 鉆頭和Φ89×3000 mm 普通鉆桿+Φ95 mm 直螺桿馬達+Φ153/193 mm 導向PDC 鉆頭。

鉆孔工藝方面，首先采用定向鉆進工藝按設計軌跡施工定向先導孔，為降低后續(xù)擴孔鉆進的風險，定向先導孔施工時嚴格控制軌跡偏移，單根鉆桿最大角度變化率控制在0.75°以內。定向先導孔終孔退鉆后，分別使用兩種擴孔工藝施工至設計深度，退鉆封孔。

3 試驗過程

截至2018 年11 月3 日，采用ZYWL-13000DS型定向鉆機+Φ120 mm 鉆頭施工完成43222 巷9#橫川4 個頂板高位鉆孔的先導孔，具備擴孔條件。

11 月5 日至11 月10 日，采用普通回轉鉆進擴孔工藝對1#鉆孔進行擴孔作業(yè)，具體施工進尺如表2（平均進尺不包含最后一天）。

表2 普通回轉鉆進擴孔工藝對1#鉆孔施工進尺表

11 月13 日至11 月17 日，采用直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝對2#鉆孔進行擴孔作業(yè)，具體施工進尺如表3（平均進尺不包含最后一天）。

表3 直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝對2#鉆孔施工進尺表

11 月19 日至11 月24 日，采用普通回轉鉆進擴孔工藝對3#鉆孔進行擴孔作業(yè)，具體施工進尺如下表（平均進尺不包含最后一天）。

表4 普通回轉鉆進擴孔工藝對3#鉆孔施工進尺表

11 月28 日至12 月2 日，采用直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝對4#鉆孔進行擴孔作業(yè)，具體施工進尺如下表（平均進尺不包含最后一天）。

表5 直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝對4#鉆孔施工進尺表

4 試驗結果分析

（1）施工效率分析

通過試驗對比發(fā)現，采用傳統的回轉鉆進擴孔工藝，每日平均進尺為93 m 左右，施工550 m 的高位鉆孔需用6 d 時間。采用直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝，每日平均進尺為120 m 左右，施工550 m的高位鉆孔只需用5 d 時間，效率提升了30%。

（2）循環(huán)作業(yè)分析

通過試驗數據可以明顯看到，采用傳統的回轉鉆進擴孔工藝，每日最高擴孔進尺可達107 m，而最低進尺只有47 m，循環(huán)作業(yè)很不規(guī)律。采用直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝，每日進尺都在110～130 m 之間，鉆進進尺比較規(guī)律。

（3）其他方面分析

采用直螺桿馬達滑動鉆進擴孔工藝鉆機由旋轉作業(yè)改變?yōu)橥七M作業(yè)，鉆桿的受力情況由扭力+推力改變?yōu)橥屏?，不僅減少了千米鉆機的事故發(fā)生率，又大大降低了鉆桿斷裂發(fā)生掉鉆事故的幾率。

5 結論

（1）成莊礦通過采用“定向先導孔+二次直螺桿馬達滑動鉆進擴孔”的成孔工藝，單孔的作業(yè)周期較原工藝降低了20%，提高了鉆孔效率。

（2）采用直螺桿馬達驅動鉆頭滑動鉆進的擴孔方式，有效改善了孔內鉆具的受力狀況，大幅降低了孔內鉆具發(fā)生斷裂掉鉆的風險，減少了生產損失。