魏涛
淮河能源控股集团煤业公司地质勘探工程分公司，安徽淮南 232001
摘要：针对深井揭煤钻孔施工困难，孔壁破碎造成套管下不到位，孔内有水造成封孔不严，影响抽采效果等问题。通过做好施工前准备工作，优化钻孔施工工艺，采用全程套管护孔工艺，改进新型封孔器，优化排水装置，形成了深水平高地应力揭煤钻孔施工成套技术。实践证明，采用该成套技术，实现了快速、高效施工揭煤钻孔，做到了“钻到位、管到底、孔封严、水放通”，提高了瓦斯抽采效果。
关键词：揭煤钻孔；钻到位；管到底；孔封严；水放通
0引言
深井揭煤钻孔的施工越来越困难，钻孔的施工效率及抽采效果，制约着生产的正常接替。井筒揭煤的突出危险性，实质是一种能量的转换和释放，未揭穿的煤层具有一定的弹性能，煤层内储存有一定瓦斯能。揭煤过程打破了煤层原始的封闭空间，煤层弹性能和瓦斯能瞬间释放，尤其是高瓦斯突出煤层，揭煤可能造成强烈的动力灾害。必须通过施工区域消突措施钻孔，对揭煤区域煤体瓦斯进行预抽消突，保证揭煤安全。
1概况
1.1基本情况
潘三矿深部进风井设计在潘三矿中央广场内施工，作为二水平的提升井兼进风井。深部进风井井筒设计净直径8.6m，井口设计标高+23.2m，井深1004.2m，井筒在施工至法距5-2煤顶板11m位置停头。根据地面钻孔、井下打钻资料分析，深部进风井主检孔揭露有断层Fa1 339°∠28°H=3m（逆）、Fa2 319°∠38°H=3m。井筒附近煤层总体呈单斜状，向西南倾斜，煤层赋存稳定。根据深部进风井8煤、6-1煤实测瓦斯压力预计5-2煤瓦斯压力2.8Mpa，瓦斯含量7.8m3/t；4-2煤（-908.7m）瓦斯压力2.9MPa，瓦斯含量8.1m3/t。
1.2 钻孔设计情况
深部进风井井筒揭5-2、4-2煤设计区域预抽钻孔345个，总钻孔量9934.1m，钻孔控制到揭煤处井筒荒径轮廓线外15m范围内的5-2、4-2煤。钻孔按照有效抽采半径不大于1.5m设计，开孔间距不小于0.4m。
2钻孔施工遇到的问题
2.1钻孔施工前存在的主要问题
井筒打钻空间不足是影响打钻安全与效率的主要因素之一。一般井筒净直径为8.6m，需要布置3台钻机以及配套钻杆、封孔材料、管路等辅助设施，每个班次约15余人同时作业，空间严重不足。另外，所有钻孔均为下向钻孔，底板破碎或有浮矸影响开孔质量。
2.2钻进过程中存在的主要问题
一是该地点瓦斯压力大、地应力大，钻孔在过煤时，孔内煤粉量大，且煤粉大部分呈粉末状，下向钻孔排渣不畅造成起钻后孔内仍留有一定量钻屑。二是最外围两组钻孔为小倾角钻孔，钻孔轨迹易发生偏斜，影响瓦斯抽采控制范围。
2.3下套管过程中存在的主要问题
2.3.1钻孔过4-2煤顶底板岩性较破碎，砂质泥岩与细砂岩互层，发育多条断层，深部煤层松软，孔壁破碎，起钻后易发生垮孔，采用普通下套管方式，很难将抽采管下到煤段。
2.3.2在施工过程中，可开闭式钻头容易发生损坏变形或被钻屑糊实造成套管顶不开“中心叶片”，造成套管无法下到位，需二次下钻，浪费工时。
2.4封孔过程中存在的主要问题
普通“两堵一注”封孔工艺一般用时约4小时，需要3大步骤：先固定远端堵孔材料，后固定近端堵孔材料，中间再进行注浆。揭煤钻孔属于下向孔，往往孔内有水，采用聚氨酯座底会因聚氨酯遇水无法膨胀凝固，导致座底失败。根据数据统计，采用聚氨酯座底的下向穿层钻孔，有20～25%的钻孔由于座底不牢固，造成报废。
3采取的针对性措施及创新点
3.1施工前准备
3.1.1钻孔施工前，要求井筒施工单位对井壁和井底进行注浆处理，帮部注浆孔深度不小于3m，井底注浆深度不低于2.5m。确保底板不破碎，利于钻孔施工。钻孔布置位置进行喷浆处理，井筒底板浇筑厚0.3m以上的水泥地坪，并在井筒中心施工一个长×宽×深=1.2m×1.2m×1m的水泱。水泱全部用水泥浇筑，地坪浇筑时确保四周高、中心低，以保证水能自流入水泱内。
3.1.2针对井筒特殊的施工环境，提前规划好三部钻机的施工位置，三部钻机按同一方向施工，最大程度保证三部钻机能同时施工，互不影响。
3.2优化施工工艺，确保“钻到位”
3.2.1钻孔全孔采用压力水排渣施工，使孔内排渣更充分，终孔起钻前，再使用压风排出孔内积水，当钻孔较破碎时，全孔换压风排渣施工。钻孔终孔孔深以穿过设计的最后一道煤煤层底板5m为准，留下足够的煤岩沉淀空间，确保钻孔煤段充分暴露，保证抽采效果。
3.2.2使用外径89mm钻杆配合Φ103mm钻头，级配更合理，保直效果好。钻孔及时上图反演，对发生偏斜的不合格钻孔进行补孔，确保钻孔终孔控制范围符合要求。
3.3采用全程套管护孔工艺，确保“管到底”
3.3.1针对垮孔现象严重，造成下套管困难的问题，将全程套管护孔工艺应用到井筒揭煤穿层钻孔施工中。首次使用短机身的ZDY3200S液压钻机配Φ89mm大通径动力头，并使用Φ103mm一字铰接可开闭式钻头和Φ73/89mm×1.5m大通径肋骨钻杆。采用该工艺，解决了全程下套管的难题，保证了“管到底”。
3.3.2针对“中心叶片” 打不开问题，采取三项措施。一是钻头使用前，加强检查，不完好的严禁使用；二是施工前，通过地质剖面进行预判，钻孔轨迹穿过砂岩的，先使用普通钻头施工至见煤前起钻，更换一字铰接可开闭式钻头下钻施工；三是施工过程中，合理控制钻进压力、钻进速度，防止钻头变形。
3.4改进新型封孔器，确保“孔封严”
通过积极引进并试验改进新型封孔器，把3个步骤简化成了1个步骤，过程出错的概率大大降低，不仅解决了难题，而且用时减少一半，效率大大提高。
该地点揭煤钻孔施工全部使用“FKQW新型封孔器”，封孔时，采用注浆泵向孔内注浆。浆液先通过单向阀进入孔底囊袋和孔口囊袋，当压力达到一定程度，囊袋膨胀后抵住孔壁，达到座底的作用，然后爆破阀打开，此时浆液进入钻孔与抽采管之间的环状间隙，达到封孔的目的，由此实现了“两堵一注”步骤的三位一体。封孔示意图如图1所示。
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4结论
4.1解决了高瓦斯、高地应力情况下施工下向揭煤钻孔成孔难、效率低的问题，成孔率由原来的60%左右提高至100%。钻机单机台效由原来的2774米/台.月提高至4228米/台.月，台效提高了52%。
4.2解决了下向穿层钻孔全程下护孔套管的难题，实现了套管全程护孔，确保了钻孔瓦斯运移通道的畅通。
4.3提高了下向钻孔的封孔效率，采用一体式封孔器简化了封孔程序，减少了人为因素对封孔质量的影响，大大提高了封孔效率，封孔速度提高1倍以上。
4.4提高了钻孔的抽采效果。潘三矿深部进风井在进行揭煤效果检验前，干管浓度一直保持在50%以上，最大达60%，共抽采瓦斯48658m3，瓦斯抽采率45.6%。测定残余瓦斯压力0.11Mpa，5-2煤残余瓦斯含量2.66 m3/t，4-2煤残余瓦斯含量2.67 m3/t。
参考文献：
[1] 张继周，李剑锋，许洪亮. 深部高地应力突出煤层瓦斯喷孔防治技术[J]. 煤炭工程, 2016，48(5):62-64.