浅谈钻孔施工控制与事故预防

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摘要： ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机，是西安煤科院钻探研究所生产的一种低转速大转矩、自行式全液压动力头式坑道钻机，适于孔口动力的大直径近水平深孔钻进和孔底动力的螺杆马达定向钻进。该钻机为煤矿井下大口径瓦斯抽放孔及其他工程孔的施工提供了必要的技术装备；该钻机具有结构合理、技术性能先进、工艺适应性强、操作省力、安全可靠、运输方便等优点， 因而被广泛地应用于煤矿井下中深瓦斯抽放孔的施工。而影响钻孔施工质量的因素很多，如地质因素、钻孔工艺等。现结合神华乌海能源平沟煤矿矿井钻探施工常遇事故及其处理方法进行分析及论述。

Abstract： ZDY6000LD-crawler type fully hydraulic drill for underground coal mine is produced by the Xian Academy of Coal Drilling Institute. It is low-speed， large torque， and self-propelled hydraulic power head drill for large diameter horizontal hole power and deep hole drilling directional drilling and hole-bottom power screw motor drilling. The drill provides necessary technical equipment for construction of underground large-diameter gas drainage hole and other engineering. The drill has the advantage of a reasonable structure， advanced technology， technology adaptability， labor-saving， safe， reliable， easy to transport， so it is widely used in gas drainage hole construction under the coal mine. The factors that influence the drilling construction quality is much， such as geological factor， drilling technology， etc. The paper analyzes and discusses drilling construction accidence and dealing methods.

关键词： 抱钻；卡钻；掉钻事故；事故预防

Key words： hold drill；sticking；drill-loss accidents；accident prevention

中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0048-02

0 引言

由于煤层地质的不可预见性，钻孔发生抱钻、卡钻、掉钻的可能性时刻存在。避免此类事故最行之有效的方法为：当遇到未知的地质情况时，及时撤钻！虽然如此，但发生此类事故的不确定因素又使得在实际操作中不可能绝对性的避免抱钻、卡钻、掉钻。所以说，有效地实施设备打捞是深孔定向钻进中一个必不可少的关键程序，也是深孔钻进中的另一项关键工艺。

1 工程简介

为解决采面上隅角瓦斯及采空区瓦斯问题，使采空区大量瓦斯得到回收利用。依照矿方要求，决定在平沟煤矿1606施工高位瓦斯抽放钻孔，按要求钻孔轨迹距1606采面间距大于采高的3-5倍。所以，钻场布置在1606高位抽放巷道中，钻孔穿过15#煤层，进入14#层，沿14#煤层钻进。

1.1 钻孔设计 高位钻孔采用开采层顶板岩层走向布置，定向水平长钻孔代替顶板瓦斯抽放巷道，进行采空区及采面上隅角瓦斯的抽放。

1.2 抽放方法 采用顶板高位钻孔抽放采空区、采面上隅角及围岩的瓦斯。

该钻场钻孔于2010年5月9日施工完毕，共施工6个高位抽放钻孔，合计3255米。后进行联网抽放，现1#孔抽放瓦斯浓度平均为6%、3#孔抽放瓦斯浓度平均为25%、4#孔抽放瓦斯浓度平均为35%、5#孔抽放瓦斯浓度平均为35%、6#孔抽放瓦斯浓度平均为36%。

2 软煤层瓦斯抽放钻孔的施工

2.1 因神华乌海能源平沟煤矿现施工钻孔的煤层均比较松软（煤层坚硬性系数平均≤0.5），给钻孔施工带来很大困难，钻孔无法成孔，每钻进20-30米，钻孔就出现塌孔现象，这样，无法直接将钻孔轨迹布置在煤层中。在施工9#煤层钻孔时，钻场布置在9#煤层中，在煤层中施工屡次失败后，决定将钻孔轨迹布置在煤层顶板里，钻孔轨迹穿过9#煤层进入顶板，沿顶板钻进，成“梳子”状布置钻孔，主孔施工到位后，每隔50米施工一个下行钻孔，钻孔穿过煤层见煤层底板终孔。这样避免了塌孔、抱钻事故的发生。

2.2 软煤层瓦斯抽放钻孔的施工 在施工平沟煤矿16#煤层瓦斯抽放钻孔时，因该层煤层也比较松软，煤体内瓦斯压力也比较大，在16#上施工了两个钻孔没有成功后，通过分析煤层地质资料后，决定将钻孔布置在16#中，16#中为煤岩互层，相对16#上比较容易成孔，现1#孔已成功施工完毕，下几个钻孔也将按照1#孔的布置方法进行。这样，避免了在施工钻孔时出现的一系列事故。

因此，在特殊煤层里施工钻孔，工程技术人员首先必须了解该层位的详细地质资料，尽量将钻孔轨迹布置在比较容易成孔的层位，且要对施工人员进行细致的贯彻，在施工中，严格按照设计的轨迹进行施工。每个钻场的一个钻孔比较重要，井上下的实钻记录要准确、详细。确保能为下几个钻孔的设计作依据。技术人员要给施工人员进行全面的贯彻，包括钻孔层位、设计目的、煤层地质情况等。

3 事故案例分析及防范措施

3.1 平沟煤矿1606高位瓦斯抽放钻场钻孔施工情况及掉钻原因分析：

造成此次抱钻事故的主要原因为地质因素。因14#煤层没有详细的地质资料，所以只能通过钻孔施工来探明地质条件，这样就加大了钻孔施工的风险，前几个钻孔的施工也并不顺利，都出现过轻微的抱钻事故，但都经过现场实践经验，将钻具退出。1#孔于5月1日开始施工，当主孔施工至255米（上下偏差为9.27）时出现过塌孔现象，但经过处理，钻具顺利提出，当时通过分析，在该地段出现破碎带，而且不在同一层，而是呈“蜂窝状”。于是在222米处重新开分支孔，当钻孔施工到423米处时，测量探管电池筒电压不足，测量数据误差大，无法正常施工，因此将所有钻具全部提出，更换完电池筒后，又将钻具重新放到孔内，这样就对钻孔轨迹进行了新一次的扫空作业。之后，施工至492米（上下偏差10.09）处突然出现抱钻现象。此次抱钻较为严重，致使钻具无法通过正常回转、起拔等处理手段将钻具提出。当班与西安厂家取得联系，11日厂家来人下井继续处理，在起拔压力达到20Mpa时，反复操作了一个班，仍然没有将钻具退出，因此制定出退钻措施。结果套孔至194米处，出现套孔钻杆断裂至192米处。

经过几次套孔打捞，均未成功。最后经过设计及生产单位协商，决定采用打巷道方法将钻具取出（因1#孔靠近1606上巷，具备采用打巷道打捞条件）。于2010年7月21日，成功打捞出钻具。

3.2 平沟煤矿0910瓦斯抽放钻场钻孔施工情况：

当时正施工2-1#孔分支五：施工至231米处塌孔、发生抱钻事故，经过来回划孔、起拔，将钻具取出。

抱钻原因及成功取出钻具经过：

2010年10月16日夜班，当时施工2-1#主孔，施工210米钻孔开始返水、返渣不正常，施工完231米，测量、调整、加接钻杆完毕后，向孔内送水，出现泥浆泵憋压现象，同时无法起拔，夜班人员加固钻机，尝试拔出钻具，但没有成功，早班接班后，重新对钻机进行加固，向孔内送水，同时别回转，别起拔，当时钻机起拔压力达15Mpa，泥浆泵不让超过4Mpa，钻具开始回转，同时慢慢退出，直到退出3根钻杆后，钻机起拔压力、泥浆泵压力才恢复正常。

4 结论

钻探工程是一门多学科的应用技术。不能一味追求进尺，当地层改变或孔深增加时，要及时调整钻进工艺参数（钻压、转速、泵量），防止造成设备、钻机受损。钻进过程要求给进压力根据钻进岩石的种类做不同调整，而给进速度则要自动适应钻速的变化。

综上所述如各施工单位在施工过程中对上述现象及原因不引起足够的重视或采取有效的措施均有可能掉钻、卡钻和埋钻事故的发生。

参考文献：

[1]《天荣公司近水平定向长钻孔施工技术汇编》.

[2]来源：《中小企业管理与科技》2010年5月上旬刊供稿文/肖德成.

[3]来源：《今日科苑》2009年第14期/何跃/肖畼.