快速全程下套管工艺研究.docx
《快速全程下套管工艺研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《快速全程下套管工艺研究.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
快速全程下套管工艺研究
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。
（a）（b）（c）
图4三种可下筛管可开闭、可脱芯式钻头
2.4PVC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出至孔底。
施工工艺：
采用Φ108mm复合片专用钻头、Φ89mm的小螺旋肋骨钻杆、系统压风排渣钻进施工到位，起钻一根，使钻头退离孔底1.5m后，从钻杆尾部向钻杆杆体内下顶端安装300mm长的塑料棒后接1.5吋护孔花管抵至钻头处，将钻头一字形复合片切削片抵开，使塑料棒带护孔管从钻头内部穿出直至下到孔底，之后将钻杆起出，留护孔花管于孔内。
本项目工业性试验自2012年4月17日开始，截止2012年6月7日，试验数据统计结果：
●工业性试验共施工40个钻孔（其中成孔34个，报废孔6个）。
●试验总进尺累计4687m，其中成功安设筛管钻孔34个，累计下筛管4236m，平均下管深度为孔深的90.3%。
具体试验钻孔施工情况见下表。
孔号
实际参数
煤岩情况
封孔
长度（m）
下套管长度（m）
方位（º）
倾角（º）
孔深（m）
补67#
180
-1
112
0～62.5m煤
20m
112m
68#
180
0
112
0～69.5m,75～98.8m煤
20m
78m
69#
180
1
115
0～29.3m,39～115.5m煤
20m
115m
70#
180
0
114
0～60.5m,76.5～114m煤
20m
114m
71#
180
0
114
全煤
12m
114m
72#
180
0
117
全煤
12m
63m
73#
180
0
117
0~28.7m,41~117m煤
20m
117m
74#
180
0
117
全煤
20m
117m
75#
180
0
117
全煤
20m
117m
76#
180
0
117
0～63.5m,80～110m煤
20m
117m
77#
180
0
118
0～97.5m煤
20m
118m
78#
180
0
111
0～56m,69～93m煤
20m
97.5m
79#
180
3
117
全煤
20m
117m
80#
180
3
120
全煤
20m
27m
81#
180
3
117
0～102m煤
20m
117m
82#
180
2
120
0～39m,44.5～108.5m煤
20m
120m
83#
180
0
120
0～63m,84.5～99m煤
20m
120m
84#
180
-2
120
0～87m,109～120m煤
20m
118m
85#
180
0
129
0～81m,88.3～129m煤
20m
120m
86#
180
-1
132
0～24.5m,36.7～132m煤
30m
132m
87#
180
-1
123
0～63.5m,93～123m煤
30m
76m
88#
180
-1
129
全煤
20m
120m
89#
180
0
121.5
0～117.5m煤
30m
121m
90#
180
-1
129
0～123.5m煤
30m
129m
91#
180
-1
126
0～111m煤
30m
110m
92#
180
-1
120
2.2～120m煤
30m
120m
93#
180
-1
126
全煤
30m
126m
94#
180
-1
132
全煤
30m
132m
95#
180
-1
115
0～42.5m,54～75m煤
20m
110m
96#
180
-1
120
全煤
20m
115m
97#
180
-1
123
0～18.5m,48～114m煤
20m
123m
98#
180
-1
123
全煤
30m
91m
99#
180
-1
123
全煤
30m
90m
100#
180
-1
112
全煤
20m
110m
101#
180
0
122
0～61.5m,85.2～122m煤
20m
75m
102#
180
-1
117
1～36m,81～117m煤
20m
106m
103#
180
-1
118
全煤
20m
93m
104#
180
-1
114
0～33m,40～114m煤
20m
70m
105#
180
-1
122
9～76.5m,93～122m煤
20m
75m
4成果和建议
4.1该工艺取得的主要成果
1、实现了钻到位、管到底
传统顺层孔施工采用西安煤科院生产的ZDY-4000S全液压钻机、φ113mm复合片钻头、外径Φ73mm，杆体Φ63.5mm小螺旋肋骨钻杆、系统压风（0.5MPa）排渣法施工。
由于地压大，11-2煤体松软，钻孔在施工中其孔壁极易垮孔，常常造成埋、断钻的发生，且返渣量极大。
总的统计来看，施工一个110m的顺层孔有近8吨的煤粉量。
由于煤体松软，垮孔严重，丁集矿钻机队在1331
（1）运顺施工第四单元顺层孔，采用传统下套管工艺，对钻孔下套管深度考察分析，下管深度达到70米以上的钻孔成功率仅为30%。
采用本施工工艺的钻具为Φ108mm复合片专用钻头、钻杆为外径Φ89mm小螺旋肋骨钻杆。
孔壁与钻杆外径的环状间隙小，基本上是处在一种保直钻进状态。
由于环状间隙小，在松软煤层中钻进不容易垮孔，反而易将孔内的煤岩粉反复磨碎，快速吹出。
从而提高钻进速度和成孔率，基本上两个小班就能将一个110m的顺层孔施工到位。
该工艺由于是从钻杆的杆体内部下护孔花管，经过两个阶段的试验攻关，解决了护孔花管从钻头处能否穿出下至孔底这一难题，这就是可以说：
钻孔能打多深，护孔花管就能下多深，真正实现了钻到位、管到底。
2、缩短了钻孔施工及下套管时间
本次试验总天数44天，成功安设筛管24个孔的实际施工时间约为22.3天，计67个小班，包括封孔、移机、下筛管花费的时间在内，平均2.8个小班即可成孔，充分体现了下套管工艺的快速特点。
在1331
（1）工作面运顺选取第三、四评价单元，对跟管钻进下套管与传统下套管深度、工作效率进行考察。
第三单元为跟管钻进下套管，孔号为70~110#；第四单元为传统下套管，孔号为111~150#，考察结果见表1。
表1传统下管与快速下管工艺考察对比表
考察
项目
钻进
方式
下管时间（h）
下管深度（m）
<1
1～2
>2
<40
40～70
70～90
>90
传统下套管方式（个）
4
13
23
8
20
9
3
跟管钻进下套管方式（个）
30
10
0
0
2
4
升级会员 