起拔鉆具工藝技術在崔木煤礦瓦斯地質勘探中的應用

張建新　李治國

[摘要]通過起拔鉆具工藝技術在崔木煤礦瓦斯地質勘探中的應用實際，解決了瓦斯地質勘探中存在的鉆具起拔問題，為煤礦瓦斯地質勘探提供了新的鉆探技術。

當前，煤炭作為我國重要的一次性能源之，在促進我國國民經濟發展中發揮著重要的支撐作用。但是最近幾年，隨著我國煤炭開采行業的不斷發展，煤礦的安全事故頻頻發生，再加上煤礦深處地下，底層結構較為復雜，在實施鉆探工作時難免引發各種安個事故，嚴重影響鉆具的正常工作，甚至導致鉆具無法拔出等等，進而引發了起拔加壓鉆進等問題。本文筆者主要對煤礦地質瓦斯起拔鉆探技術進行簡單的探討，希望能夠為提高我國煤礦瓦斯排放井的鉆探水平盡自已的微薄之力。

[關鍵詞]瓦斯地質鉆孔；起拔鉆具工藝；應用

引言

采用不科學起拔工藝的煤礦瓦斯地質鉆探存在的問題：在煤礦瓦斯勘探孔施工過程中，由于不科學的鉆具起拔工藝，常常導致嚴重的埋鉆事故和卡夾鉆事故，處理此類事故將耗費大量的人力物力和時間，一旦事故處理不當，甚至會造成鉆孔報廢，形成巨大的經濟損失，嚴重影響到整個工程的施工。

起拔鉆具工藝的定義：即通過科學合理的施工技術，處理好鉆具起拔時的孔內各種復雜情況，保證鉆具順利起拔。

一、崔木煤礦地質概況

崔木煤礦位于永隴礦區東端，屬隴東黃土高原南緣梁塬溝壑區。礦區為第四系黃土及新近系紅土所覆蓋，地表在溝谷中零星出露有白堊系下統洛河組。據以往鉆孔揭露的地層由新到老依次為：第四系（Q）、新近系（N）、白堊系下統洛河組（K₁1）、宜君組（K₁y），侏羅系中統安定組（J₂a），直羅組（J₂z）、延安組（J₂y）?，F分述如下：

二、起拔鉆具工藝的應用

主要指的是對煤巖層中賦存的瓦斯通過采用鉆孔的技術對其進行抽放，從而最大程度減少礦井瓦斯涌水等災害對煤礦生產產生的安全隱患，有助于提高煤礦生產的安全性。最近幾年，隨著煤礦鉆探技術的不斷發展，煤礦鉆探技術的不斷發展，煤礦瓦斯地質起拔鉆具工藝技術作為一種新型的鉆探技術被廣泛運用于煤礦瓦斯鉆探中，但是由于煤礦系統自身缺乏專業的鉆探技術人員導致煤礦在大規模實施地質鉆探工藝時基礎理論方面的研究還不夠充分，針對鉆探工藝相關的配套還需要進一步完善，所以研究煤礦瓦斯地質鉆探工藝是當前煤礦瓦斯開采的迫切需要。

（一）煤礦瓦斯地質鉆孔起拔鉆具工藝對鉆具的要求

當前，在起拔鉆具工藝中最基本的理論為非平衡鉆探工藝理論，通過對該理論的分析研究我們可以總結出：在煤礦瓦斯地質鉆孔起拔鉆具時，施加的壓力越大，鉆具絲扣所承擔的壓力也越大，因此如果強行將鉆具起拔會嚴重縮短鉆具的使用年限。因此在煤礦瓦斯地質鉆孔起拔鉆具工藝中，對鉆具主要有以下幾方面的要求：一是要提高鉆桿壁的厚度，主要是為了提高鉆桿承受摩擦的能力，增強鉆桿抵抗摩擦的性能；二是要對鉆桿的絲扣進行技術處理，從而提高絲扣的機械強度，提高其使用壽命；三是要正確配置好鉆具的級配關系，要根據煤礦瓦斯排放孔的鉆孔結構，使用相對應的鉆具級配合以及防突鉆頭來構成合理的鉆具級配。

（二）煤礦瓦斯地質起拔鉆具工藝分析

1、孔內巖性狀況分析

在通常情況下，實施煤礦瓦斯地質起拔鉆具工藝時，孔內巖性主要有以下5種存在狀況：

（1）各種類型的坍塌物；（2）瓦斯、鉆渣以及水形成的混合物；（3）小構造帶中角礫巖和采空區的回填物等；4）在煤系地層中，因此泥巖的塑性作用以及軟煤層在瓦斯的壓力下形成的孔隙；（5）孔內變徑臺階部的積渣。

2、孔內不同巖性的鉆進參數變化分析

當前，引起孔內不同巖性的鉆進參數發生變化的因素有兩類，一類是由卡鉆因素導致的起拔鉆探參數值發生變化，另類是坍塌埋鉆導致的起拔鉆具參數值發生變化

（1）卡鉆因素導致拔鉆具參數值發生變化

卡鉆因素導致拔鉆具參數值發生變化，主要分為斷層角礫巖式卡鉆和采空區回填物料時卡鉆兩種情況。

①當鉆頭在鉆進斷層角礫巖一帶時，角礫巖一帶因為受到強烈震動破碎，因為失去了巖石的支撐導致鉆頭在工作下失去了穩定性，被震松的角礫巖遇到鉆頭鉆進時鉆進參數會不斷加大，且回轉時產生的阻力達到極限值。然而隨著鉆頭回轉時間的不斷延長，鉆具在煤礦瓦斯鉆孔中起拔時所遇的阻力也會逐漸加大，進而形成了起拔不動的現象。

②當鉆頭在鉆至采空區時，接觸到的回填物料的空隙密度較大，這時鉆頭主要是沿著回轉共轉性的徑向擺動。隨著巖層的不斷塌落，進行起拔和鉆進的難度加大，且起拔鉆進的參數超過正常的范圍，增加事故發生的概率。

（2）坍塌埋鉆引發起拔鉆具參數值發生變化

在煤礦瓦斯地質鉆孔起拔鉆具中，常見的坍塌有前置式坍塌、后置式坍塌以及聯合式坍塌三種。前置坍塌會增強鉆具回轉的阻力，導致鉆具回轉不均勻，①如果起拔鉆探時，發生了導致進給壓力參數不斷降低，針對這種情況在鉆進時應該及時調整給進壓力，從而保證鉆進工作的正常開展。②起拔鉆具時出現了后置式坍塌，會導致鉆具的提升阻力加大而回轉扭矩和給進壓力都沒有顯著變化，但是起拔力不斷升高，如果在這種情況下依然強行拔起就很可能導致鉆具無法拔出、甚至斷裂。針對這種情況最好先讓鉆具繼續保持回轉，然后將坍塌的堆積物徹底掃碎、清除干凈。③如果在起拔鉆具時發生了聯合式坍塌，鉆探參數的變化較為明顯，回轉阻力不斷升高，鉆具難以鉆進，泥漿泵的壓力急速升高導致憋泵狀態，這種情況事故處理難度較大。

3、煤礦瓦斯地質起拔鉆進中的排渣原理分析

（1）坍塌埋鉆的排渣原理分析

①前置式坍塌排渣原理：首先立即停止鉆進工作，并將鉆具的轉度適當降低。針對憋泵較為嚴重的情況，應該馬上關閉泥漿泵，上下緩慢串動鉆具，然后開泵，利用高壓水來沖擊坍塌物，使其逐漸松動，在整個過程中要嚴格觀察泥漿泵的情況，如果發現泥漿泵的壓力下降時可以對其注水，并注意控制好泥漿泵的壓力，將鉆具慢慢從坍塌物中逐漸起拔出來。一般情況下鉆孔的深度越大，排渣所耗的時間也越多。最近兒年，隨著煤礦瓦斯鉆孔的深度不斷加大，其作業時間也越來越長，這給排渣工作增加了難度。但是在坍塌埋鉆排渣中，排渣的時間并非僅僅是由孔的長度來決定的，另外鉆孔的傾角和鉆孔的軌跡也會影響排渣的時間，鉆孔的傾角越大、軌跡越彎曲，排渣所需的時間也越長。

②后置式坍塌的排渣原理：首先應該切忌不能強行起拔鉆具，要繼續讓鉆具保持較低的回轉速度，使前后松動鉆具。如果出現了憋泵的現象，應該馬上停止供水，并讓壓力水從松動的空隙中排除，待到水泥泵的壓力下降時，再緩緩注入水，從而實現排渣的目的。

③聯合式坍塌的排渣原理：首先應該要讓鉆具在低轉速和大轉矩的情況下回轉，與此同時應該馬上停止給進，并將給進主動鉆具向上撤回從而給鉆具下部留下可以活動的空間，為了能夠讓出現坍塌的底層穩定下來，需要先停止泥漿泵的供水，然后關掉泥漿泵，將鉆具調整到柔性活動以此來達到疏通埋渣的目的。最后，工作人員還應該嚴密監察孔口排渣、鉆機參數以及泥漿泵壓力的變化情況，在排渣時要按照由少到多的原則。坍塌埋鉆的排渣如果出現瓦斯突出時，則應該根據實際情況來判斷突出量，從而采取有效措施避免發生火災及瓦斯中毒事故。

（2）起拔鉆具造成的鉆渣擁堵的排渣原理

首先應該馬上停止對鉆具的起拔工作，并同時注意觀察鉆具在無水狀態下的回轉運作狀態，切記不能強行起拔鉆具。其次要對擁渣的具體情況進行及時判斷，從實際情況出發采取有效措施進行排渣。如果鉆具在起拔時壓力不斷增加，則需要馬上停止拔起，通過對鉆進參數進行調整等途徑來將孔內的擁渣逐漸排出來，或者可以采用高壓水對鉆孔進行沖刷，當沖刷的水逐漸變清澈時可以繼續起拔鉆具。

（3）鉆孔揭露瓦斯地質構造帶排渣原理

在煤礦瓦斯開采中，判斷瓦斯是否富集的重要條件是瓦斯的地質構造環境，在鉆孔揭露瓦斯地質構造帶中，因為瓦斯的推動，在鉆孔中的各種混合物會沿著孔的間隙不斷噴出，主要有瓦斯氣體、泥漿以及鉆渣的混合物和瓦斯、鉆渣以及壓力風混合物。前者的排渣較為簡單，效果也顯著。但是后者因為受到構造的影響以及地層缺乏穩定性，在瓦斯的推動下，很容易引發坍塌，導致風量排渣難度較大，增加了鉆進的難度。

三、應用效果分析

在崔木煤礦瓦斯孔鉆探施工中，采用科學的起拔鉆具工藝配合雙壁氣舉反循環技術以后，和以往瓦斯孔的施工效果相比，鉆具起拔工序中的卡夾鉆、埋鉆事故大大降低，施工效率提高了近18%，取得了很好的工藝效果和經濟效果。

四、總結

綜上所述，通過實施瓦斯排放孔科學高效的鉆具起拔技術，能大大提高瓦斯排放孔的鉆探施工效率，對煤礦瓦斯進行科學的開發和利用、有效降低煤礦瓦斯發生不安全事故的概率，有著很高的實用價值。不僅有利于實現煤礦的安全生產還能夠進一步保證工作人員的安全，促進煤炭經濟的可持續發展。