快速全程下套管工艺研究.doc

全程套管快速护孔抽采瓦斯技术 地质勘探工程处 二零一二年六月 全程套管快速护孔抽采瓦斯技术 随着煤矿生产规模扩大和开采深度不断增加，矿井地质条件越来越复杂。松软煤层、破碎煤层、断层破碎带等地质异常带钻进时，排渣困难，孔壁稳定性差，造成卡钻、埋钻等孔内事故多。通过改变钻具结构、采用多种钻进工艺后，减少了孔内事故，提高了成孔率，但成孔后，由于稳定性差，孔壁易坍塌，造成瓦斯抽采通道堵塞，依然影响钻孔瓦斯抽采效果。 为强化钻孔施工质量和预抽效果，落实集团公司要求的“钻到位、管到底、孔封严、水放通”的十二字方针，我们在丁集矿1331（1）工作面运输顺槽施工的顺层孔采用了快速全程下套管工艺。钻孔成孔后，全孔下入带有筛眼的抗静电阻燃聚氯乙烯管（简称PVC管），作为护孔管和瓦斯抽采通道，既解决了塌孔问题，又解决了松软煤层成孔难、套管下不到位的技术难题。对该工艺具体介绍如下。 1 该工艺关键技术 内芯可脱式钻头 根据钻孔成孔工艺，在确保钻进效率和安设筛管可靠性的前提下，完善本工艺用内芯可脱式钻头的翼片及钻头结构形式。 PVC管选型与结构设计 选择适合煤矿井下瓦斯抽采的PVC管及管材尺寸、连接方式，设计完善管上孔眼的尺寸及分布，形成一套筛管。 PVC管孔底固管装置 根据快速下管工艺需要，安设筛管的孔底悬挂装置，目的是防止下入孔内的筛管脱滑，产生向后滑移现象，从而提高下管长度与钻孔深度的比率。 PVC管下入工艺 钻孔利用可脱式钻头施工，在钻孔钻至设计深度后，将筛管结构连接、同悬挂装置一起组装，在孔口处采取人工送入钻孔内的工艺。 2 快速下管护孔工艺 2.1 快速下管工艺 图1 快速下套管工艺图 2.2 钻杆 采用中煤科工集团西安研究院研制生产的宽叶片螺旋钻杆，其结构形式有两种。 第一种:大通孔焊接式宽叶片螺旋钻杆。该种钻杆直径为89mm，最小内通孔为50mm，连接后的钻杆内孔近似内平（如图2）。 图2大通孔焊接式宽叶片螺旋钻杆 第二种：大通孔旋铣式宽叶片螺旋钻杆。该种钻杆直径为73mm，最小内通孔为50mm，连接后的钻杆内孔近似内平（如图3）。 图3大通孔旋铣式宽叶片螺旋钻杆 2.3 钻头 本工艺设计了三种可下筛管可开闭、可脱芯式钻头（如图4）。三种钻头是：（图4a）十字前置脱芯钻头；（图4b）一字铰接可开闭后置式钻头； （图4c）一字铰接可开闭前置式钻头。 (b) (c) 图4三种可下筛管可开闭、可脱芯式钻头 2.4 PVC管 护孔用的管材选用适合煤矿井下使用的聚乙烯管，简称PVC管。其性能具有抗静电阻燃，直径为40mm，壁厚为2.9mm。 筛管的孔眼设计（如图5）尺寸：根据实际试验情况分为直径5.5mm和8mm两种，孔眼间间距100mm，展开布孔方式为梅花型，四排。 图5 筛管 筛管的结构分两种：插接式和丝扣式（如图6） 插接式 丝扣式 图6 筛管结构 2.5 孔底固管装置 图7 悬挂装置 护孔花管下到孔底后，由于其里端没有生根点，在起钻的过程中，护孔花管易被钻杆带出。必须在起钻过程中，采用人工抵住或再次抵护孔花管的方法处理，比较繁琐，费时费力。因此采取在护孔花管的前端加一个或两个孔底固管装置，使其正向能顺利移动，反向翅膀打开，不能退出。 3 现场试验 现场以丁集矿1331（1）工作面为试验点，结合试验矿井的生产情况，在丁集矿相关单位的支持和配合下，由勘探工程处丁集钻机工区组织进行施工。 3.1 试验区工作面概况 1331(1)工作面标高-750m～-840m，设计可采走向长约1420米，倾斜长210m，煤层平均倾角3度，平均煤厚1.8m，瓦斯含量为5.6m3/t，煤体坚固性系数(f)为0.6。工作面的轨道、运输顺槽设计分别为每间隔10m施工一个垂直于巷道走向方向，孔深为110m的顺层孔，压茬10m；钻孔倾角为近水平，沿煤层倾角变化而进行适当调整。（见图8） 图8 丁集矿1331(1)综采面平面布置图 3.2 试验钻孔施工情况 使用装备：采用ZDY-4000S型钻机，钻机的动力头改成Φ89mm的通孔，Φ108mm复合片专用钻头，钻杆为外径Φ89mm、杆体Φ73mm、内芯Φ50mm的小螺旋肋骨钻杆。护孔管为两种：一种是Φ40mm（1.5 吋）螺丝连接护孔花管，一种是Φ40mm（1.5 吋）插接护孔花管，均是1.5m一根，管体1.1m长度内均匀分布Φ6mm的眼40个。 专用钻头：由西安研究所研制的中间有一字形切削片的φ108mm复合片钻头，中间的一字形切削片可以来回翻动，重复使用；其顶端两侧有两个可伸缩的Φ6mm钢珠，可将一字形切削片既可在钻进中（如图左）处于复位状态，也可在下护孔管至钻头处时将一字形切削片抵开（如图右），使护孔管从钻头内部穿