深孔偏斜補煤程序與技術(shù)要點

陳益敏

（河南省地礦建設(shè)工程（集團）有限公司，河南 鄭州 450007）

深孔偏斜補煤程序與技術(shù)要點

陳益敏

（河南省地礦建設(shè)工程（集團）有限公司，河南 鄭州 450007）

本文介紹了巖心鉆探工程在煤層中采用偏心楔人工造斜技術(shù)進行偏斜造孔、補煤操作技術(shù)要點及操作程序等方面的研究與實踐，使鉆孔深部補取煤芯獲得成功，并將此工藝用于復(fù)雜事故鉆孔經(jīng)驗與體會。

巖心鉆探；偏斜補煤；工藝程序；取煤管

1 概況

1.1 項目概況

河南某煤田預(yù)查區(qū)ZK012鉆孔，設(shè)計孔深：1200m，終孔孔深：1182.62m，煤層頂界：912.15m，止深：914.18m。終孔后測井驗證煤層打丟。起初，機臺接到補煤通知后，自行進行了偏斜鉆進。由于機臺很少經(jīng)歷偏斜鉆進，更沒有經(jīng)歷過深孔偏斜鉆進，在未準備偏斜鉆具情況下，僅采用短巖心管接舊金剛石鉆頭掃孔鉆進，結(jié)果在掃孔鉆進時，鉆具套入偏斜楔頂部，偏斜楔掃壞，松動，造成偏斜失敗。

技術(shù)人員到達現(xiàn)場后，召開技術(shù)專題會，分析失敗的原因，講解偏斜鉆進的技術(shù)方法、操作程序、技術(shù)規(guī)程，使機班長領(lǐng)會、掌握了技術(shù)要點，在技術(shù)人員的指導(dǎo)協(xié)助下，偏斜補煤獲得一次成功。

1.2 工程概況與地層條件

1.2.1 工程概況

ZK012鉆孔設(shè)計孔深1160m，終孔孔深1182.62m；鉆孔結(jié)構(gòu)：一開0～6m采用φ130口徑，下入φ127孔口管，二開采用φ94口徑至終孔。

鉆進方法：使用TXJ-1600型鉆機，NBB250/6A型泥漿泵，以PDC鉆頭、金剛石鉆頭為主的普通單、雙管鉆進方法，使用優(yōu)質(zhì)“雙聚”泥漿護壁，裸眼鉆進。

1.2.2 地層條件

主要地層為下二迭統(tǒng)山西組（P1sh），為一套過渡相為主的含煤地層，二1煤段：泥砂巖及煤層組成，厚約45m，其中二1煤為主要可采煤層；大占砂巖段：為中細粒砂巖，厚約15m，為煤層頂板，是主要標(biāo)志層之一；煤層頂界：912.15m，止深：914.18m。

2 深孔偏斜補煤的程序

2.1 偏斜位置的確定

在保證到達煤層頂板時的偏移量，盡可能減少鉆進工作量的前提下，一般需在礦層上部10m以上，起始孔段以巖層較完整，可鉆性中等，超徑量不大于10%的孔段為宜。

2.2 偏斜器和偏斜鉆具的準備

（1）偏斜器：偏斜器采用巖芯管制作，頂角設(shè)計角度按確定的偏斜位置及到達煤層頂板時的偏移量確定，一般不小于2°，不大于3°。偏斜器長度為設(shè)計偏斜楔斜面長度加0.5～1.0m的支撐管，支撐管上鉆6—8個小孔，以用木釘固定木塞；若用園鋼加工偏心楔楔體（不易掃壞，成功率較高，成本較高）。偏斜器下部（支撐管部分底部）可加工成30°的“V”字楔，在楔體上鉆2個φ8mm的小孔，孔距15mm與木塞連接（木塞上部開30°的“V”形槽）。

（2）偏斜鉆具：偏斜器連接器1個（絲扣與鉆桿或巖芯管連接，注意留通水孔）；木塞1根（長2.0～3.0m，外徑同巖芯管內(nèi)徑，底端稍細）；錐型鉆頭2個（大端直徑處與鉆孔同徑）；長0.5m、1.0m、1.5m、2.0m巖芯管各一根；外徑鑲保徑合金的巖芯管接頭兩個以上，磨孔鉆頭1個（與鉆孔同徑）。

（3）偏斜器的連接：（見示意圖） ①連接器：用短鉆桿或鉆桿接頭加工，連接部分要保證一定厚度，開螺孔2個，留有通水孔。

②連接螺釘：可選用螺釘或鉚釘。

③楔體：采用巖芯管加工，開小孔6—8個，用木釘固定木塞。

④連接后檢查垂直度和連接部分的外徑不超出鉆孔孔徑。

⑤木塞：長度按2.0～3.0m加工，采用見水易膨漲的木材。

2.3 封孔

偏斜補芯應(yīng)在鉆孔終孔，并結(jié)束了全部任務(wù)之后進行。首先封閉偏斜位置下部鉆孔，采用高標(biāo)號（425#以上）水泥。水灰比0.4～0.5，泵注。封孔高度應(yīng)保證在清除浮漿后，見硬位置不低于設(shè)計偏斜位置。封孔的同時進行偏心器和偏斜鉆具的加工。

不要求封閉的鉆孔、淺孔補取巖礦芯，可采用投石子（或“架橋”）的方法，從孔口直接投入或采用巖芯管送入，投到設(shè)計偏斜位置，搗實。爾后，下入連接好的偏斜楔。

2.4 偏斜器的下入

偏斜器下入之前必須進行清孔，采用與偏斜器全長基本相當(dāng)?shù)你@具，將泥漿調(diào)整到最佳，逐段進行清洗，直至起下鉆具暢通無阻。

按照示意圖連接好偏斜器，慢速下至設(shè)計偏斜孔段，若為油壓鉆機，可以采用加壓的方式將連接螺釘（鉚釘）切斷；若為非油壓鉆機，可將偏斜器提起一定高度，將螺釘（鉚釘）墩斷。在此過程中要特別注意準確丈量、記錄偏斜器及所有下入孔內(nèi)的鉆具，偏斜器到位后要準確記錄其深度位置。

2.5 固定偏斜器

可配制一定體積的水泥漿泵注，亦可配置有一定含沙量較高的泥漿注入。

2.6 掃孔與造孔

掃孔采用合金鉆頭，當(dāng)鉆頭掃至偏斜器頂部時應(yīng)特別注意（不可掃壞偏斜器），而后沖孔起鉆。起鉆后，換錐形鉆頭接0.5m長的短巖心管掃孔、造孔。錐形鉆頭在掃孔過程中，會沿著楔體的斜面下滑。在下滑過程中，若出現(xiàn)阻力加大，即可判斷已接觸巖石，開始造孔，這時應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，不可操之過急。在掃孔過程中，會出現(xiàn)擠卡、憋車，應(yīng)經(jīng)常提動鉆具，一直掃到超出楔體斜面為止（超出越多，難度越大，但對下一個回次越有利），沖孔起鉆。

換1.0m長的短巖心管連接錐形鉆頭掃孔，其目的是削磨在新孔形成過程中，老孔與新孔之間造成的“狗腿彎”，掃到底后沖孔起鉆。在掃孔過程中，同樣會出現(xiàn)擠卡、憋車，應(yīng)經(jīng)常提動鉆具。

2.7 削磨“狗腿彎”

偏斜器斜面的頂角雖然只有2°30′—3°，但錐形鉆頭造出來的新孔，自錐形鉆頭在楔體斜面上接觸巖石開始，就自然在造新孔的過程中出現(xiàn)一個老孔與新孔之間的“狗腿彎”。這個“狗腿彎”不削磨好，若用粗徑鉆具直接轉(zhuǎn)入取心鉆進，鉆具則下不到孔底，必須逐級削磨“狗腿彎”。

接1.0m長的短巖心管在掃孔、削磨“狗腿彎”的過程中已經(jīng)沒有阻力時，可換1.5或2.0m的短巖心管連接錐形鉆頭（注意，要再換一個鑲有新合金的異徑接頭，以利削磨“狗腿彎”）繼續(xù)削磨，直到可順利下入取心的粗徑鉆具為止。

2.8 磨孔

在多個回次掃孔、削磨“狗腿彎”的過程中，新孔孔底可能落有合金塊、鐵屑，且孔底呈錐形，在轉(zhuǎn)入正常鉆進之前，特別是轉(zhuǎn)入采用金剛石或復(fù)合片鉆頭鉆進之前，應(yīng)用磨孔鉆頭（平面合金鉆頭）將孔底磨平，并在磨孔過程中，將掉入新孔內(nèi)的合金塊、鐵屑磨得由大變小，以大泵量的沖洗液攜帶至地表，使孔底平而干凈。

2.9 轉(zhuǎn)入正常鉆進

轉(zhuǎn)入正常鉆進的第一個回次，所用粗徑鉆具的長度，應(yīng)小于削磨“狗腿彎”最后一套鉆具的長度。在下鉆和鉆進過程中若不出現(xiàn)異常現(xiàn)象，說明偏斜造孔已經(jīng)完全成功。

2.10 補煤

為了保證補煤一次成功，應(yīng)事先檢查取煤管的性能，確保靈活可靠。還需要提醒的是，取煤管的長度不可超過削磨“狗腿彎”后，進行正常鉆進時粗徑鉆具的長度。即正常鉆進的最后一個回次，所用粗徑鉆具的長度，要大于取煤管的長度，為取煤管的順利下入創(chuàng)造一個良好的工作條件。

結(jié)語

在優(yōu)化鉆探施工工藝的同時，一套簡易完善、經(jīng)濟的質(zhì)量保證和事故處置措施的實施，對降低施工成本，提高施工質(zhì)量及經(jīng)濟效益是非常有益的。偏斜造孔技術(shù)方法的成功應(yīng)用，

[1][蘇]力馬諾夫等著.勘探鉆孔定向鉆進[M].1982年3月，長沙化學(xué)礦山設(shè)計研究院編譯.

[2]趙國隆，劉廣志，李常茂.勘探工程技術(shù)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2003.103-111.

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