淺談大埋深大斜長(zhǎng)采全高工作面高位抽放孔施工技術(shù)

王志遠(yuǎn) 王超 梁化磊

一、14030工作面高位孔施工情況簡(jiǎn)介

14030工作面位于趙固二礦礦井西部，北側(cè)主要為西軌道大巷、西軌道底抽巷、西膠帶大巷、西總回風(fēng)大巷以及F17-1斷層，東側(cè)為已回采結(jié)束的14021工作面，南鄰F18斷層，西側(cè)為未開采區(qū)域。14030工作面開采標(biāo)高為-660～-752m，14030工作面上順槽長(zhǎng)2095m，下順槽長(zhǎng)2270m，切眼長(zhǎng)201m。二I煤層平均厚5.9m，煤層傾角4～6°，自2018年6月起至今，鉆探隊(duì)先后在14030工作面上順槽通尺1240m、1700m及1140m使用ZDY12000LD型千米鉆機(jī)施工高位抽放鉆孔，鉆孔累計(jì)進(jìn)尺11337m，共開分支89個(gè)。

二、層位的選擇及施工方案的確定

（一）地質(zhì)情況分析

1.根據(jù)地勘孔12801和13152鉆孔情況，結(jié)合工作面頂板探測(cè)鉆孔取芯情況分析，二1煤頂部自下而上分別含有三層主要砂巖，分別為大占砂巖段（二I煤頂?shù)酱笳忌皫r底垂距6～7m，層厚4～7m，層面含較多白云母碎片及炭質(zhì)，具交錯(cuò)層理，局部含泥質(zhì)團(tuán)塊，為山西組主要標(biāo)志層）、香炭砂巖段（二1煤頂?shù)较闾可皫r底垂距15～17m，層厚3～5m，主要由灰色中細(xì)粒砂巖，中部夾雜一層砂質(zhì)泥巖）、砂鍋窯砂巖段（中粗粒砂巖，灰一灰白色，硅泥質(zhì)膠結(jié)，二1煤頂?shù)缴板伕G砂巖底垂距30～32m，層厚10～14m）。

（二）層位選擇

14030工作面通尺1240加施工的高位抽放孔于2018年6月19日開鉆，由于第一次施工高位孔，對(duì)合適層位處于摸索階段，4號(hào)鉆孔于2018年7月6日開始施工，8月16日分支孔4-13在393m處開分支成功后鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深855m（二1煤頂垂距35m），尋找層位花費(fèi)31天，共開分支13個(gè)，最終確定層位為二1煤垂距30～40m砂鍋窯砂巖段。

（三）施工方案的確定

由于工作面基巖厚度存在差異，每次施工前最好進(jìn)行一次頂板探測(cè)，方案如下：大角度（17～21°）增傾角探測(cè)基巖頂屆風(fēng)化帶（砂質(zhì)泥巖段：淺灰色，大部風(fēng)化呈黃色、紅黃色，含鋁土質(zhì)及紫斑，偶見菱鐵質(zhì)鱺粒，裂隙具鐵染），該層位返水為黃色，較為好判斷，之后選擇在砂鍋窯砂巖中下部進(jìn)行開分支，工具面調(diào)整為0°迅速降傾角，之后保持1～2°平穩(wěn)鉆進(jìn)，著重強(qiáng)調(diào)每15～20m預(yù)留分支點(diǎn)，分支點(diǎn)越多越好。

三、供水系統(tǒng)的選擇

1.利用地面3GB-15-12型注漿泵配合兩趟注漿管（使用外徑Φ60mm.壁厚8mm的高壓流體管）供水，兩趟管路均采用4擋（162L/min）供水，流量滿足四級(jí)螺桿馬達(dá)（250～330L/min）驅(qū)動(dòng)要求，取代BPW516/16型噴霧泵，有效避免馬達(dá)震動(dòng)對(duì)孔內(nèi)巖層的破壞，同時(shí)供水連續(xù)，使馬達(dá)始終處于工作狀態(tài)，并勻速旋轉(zhuǎn)，使鉆頭均勻受力，降低人為塌孔情況。

2.如遇塌孔泵壓會(huì)上升至7MPa，定向鉆進(jìn)時(shí)，起拔壓力保持在10MPa左右為正常，當(dāng)起拔壓力過高時(shí)，不能盲目鉆進(jìn)，至少起鉆50～100m或起鉆至最高點(diǎn)進(jìn)行沖孔，直至起拔壓力正常;開分支時(shí)，泵壓會(huì)上升0.5MPa，比如開分支前泵壓為4MPa，開分支成功后，泵壓變?yōu)?.5MPa，水色變渾，也就是生孔鉆進(jìn)。

四、塌孔段處理方案

14030工作面上順槽施工高位鉆孔塌孔段主要位于砂鍋巖砂巖底板下約2～3m位置，常出現(xiàn)一層厚度約2～3m的砂質(zhì)泥巖（含零星狀云母片，泥硅質(zhì)膠結(jié)，垂直裂隙充填白色次生礦物），該層位塌孔嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，鉆進(jìn)期間常返出較大、表面光滑、黑色顆粒，沖孔效果不佳，應(yīng)采取以下措施：

1.提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，鉆孔施工至該層位時(shí)，至少以17-21°角度進(jìn)行揭露，減少鉆頭對(duì)該層位圍巖的破壞。

2.若鉆孔已穿過該層位進(jìn)入砂巖段，由于砂巖塑性較強(qiáng)，遇水容易膨脹，砂巖巖屑容易在塌孔段集聚導(dǎo)致泵壓升高，應(yīng)更換Φ73.5mm麻花鉆桿進(jìn)行排渣，將該塌孔段盡可能沖凈，一般判斷標(biāo)準(zhǔn)為返清水，之后更換馬達(dá)下鉆進(jìn)行定向，若下不到原孔內(nèi)，則將工具面調(diào)為27°或90°進(jìn)行軌跡繞行，上下繞行容易將層位圍巖破壞，若該方案效果不佳，則下設(shè)Φ50mm抽采管進(jìn)行井下注漿，水灰質(zhì)量比為1：0.3-1：1.2，原則上先稀后稠。

五、防回水鉆桿的使用

前期我隊(duì)在通尺1140m施工的3號(hào)、4號(hào)鉆孔，共計(jì)工程量為1888m，損耗5根馬達(dá)（天津立林），本次施工5-1-1鉆孔，在孔深125m起鉆時(shí)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，泵壓達(dá)到7MPa，順孔起鉆后，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)不轉(zhuǎn)，排查原因?yàn)殂@孔塌孔后，孔內(nèi)有壓，卸壓時(shí)，產(chǎn)生壓差，巖粉容易進(jìn)入馬達(dá)，鑒于此，在上無(wú)磁后增加一根防回水鉆桿，之后每100m增加一根，有效避免塌孔段卸壓馬達(dá)損壞現(xiàn)象，本次更換備用馬達(dá)施工5-1-1鉆進(jìn)200m，馬達(dá)完好。

六、開分支技術(shù)要求

1.定向鉆進(jìn)時(shí)，每20～30m預(yù)留1個(gè)分支點(diǎn)，分支點(diǎn)預(yù)留位置應(yīng)選擇在鉆孔傾角正向增加處。

2.當(dāng)定向鉆進(jìn)過程中遇到破碎帶、地質(zhì)構(gòu)造等異常情況難以通過時(shí)，需采取以下開分支施工方法：將工具面調(diào)整至朝下方向，采用減壓、控時(shí)鉆進(jìn)。開分支具體要求如下：當(dāng)分支孔深0～3m時(shí)，鉆速控制為2～5m/h;當(dāng)分支孔深3～6m時(shí)，鉆速控制為4～10m/h;當(dāng)分支孔深大于6m時(shí)，保持正常鉆速。

3.判斷開分支是否成功的依據(jù)：對(duì)分支點(diǎn)以里鉆孔用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量出的傾角、方位角參數(shù)與原鉆孔參數(shù)軌跡進(jìn)行對(duì)比，若產(chǎn)生偏差，則開分支成功，若沒有偏差，則開分支失敗。開分支成功的表現(xiàn)方式為：鉆機(jī)給進(jìn)壓力增大，鉆孔返水含煤（巖）粉增多。

七、日常技術(shù)管理

1.要求每3m鉆屑收集管理，通過對(duì)鉆屑收集，便于判別層位，同時(shí)對(duì)照相鄰地質(zhì)勘探孔柱狀及附近鉆場(chǎng)取芯巖性對(duì)比分析，選定較穩(wěn)定層位。

2.鉆孔下設(shè)套管前，必須進(jìn)行一次測(cè)斜，目的是為確定套管段方位，并且要求每次順孔后均需要進(jìn)行一次測(cè)斜記錄，重新對(duì)老孔數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、覆蓋。

3.加強(qiáng)對(duì)異常信息的收集，尤其是鉆孔塌孔情況（內(nèi)容包括：位置、巖性、返水、巖屑形狀）;見風(fēng)化帶，一般返水見黃，主要目的是在鉆孔剖面圖中標(biāo)定砂巖頂?shù)装?，為鉆孔軌跡提供技術(shù)參考。

作者簡(jiǎn)介：王志遠(yuǎn)（1988-），男，漢族，河南焦作人，地質(zhì)勘探工程師。