浅议瓦斯煤矿大口径瓦斯井建井技术研究

论文导读：深灰色泥岩、浅灰色细粒砂岩。基岩组：层厚470.00m左右。上、中部以灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩，浅灰色细粒砂岩，夹薄煤层；下部为灰色、深灰色泥岩，浅灰色、灰色砂质泥岩，浅灰色细粒砂岩及煤层。岩性多为浅灰色、灰色砂质泥岩，深灰色泥岩，浅灰色中、细粒砂岩及煤层。井身设计结构为：覆盖层部分钻孔直径1300mm，下入1200m
【摘 要】煤矿瓦斯井是我国目前煤矿预防瓦斯事故和进行综合利用能源的有效方法之一。本文结合瓦斯井建井实践，介绍了煤矿大口径瓦斯井钻井施工工艺，以及下管与固井作业的施工，旨在为同行提供参考。
【关键词】瓦斯井；矿井建设；钻探施工；下管措施
引言
煤层气俗称瓦斯，深藏于煤层中，是我国煤矿矿难的“头号杀手”，每年因瓦斯爆炸而引发的矿难，占全国煤矿矿难死亡人数的70% ～80%。针对这一问题，国家对煤矿建设提出“先排后采”的政策，近几年煤矿建井工程中安排了大量大口径瓦斯排放工程，目的是通过大口径垂直钻孔收集煤矿地下瓦斯气体，在地面经过处理后来进行发电或燃气应用，这样即可降低地下瓦斯浓度超标引起爆炸的风险，又可作为一种燃气能源来利用。利用瓦斯抽排井下瓦斯已经成为我国煤矿预防瓦斯事故和进行综合利用能源的有效方法之

一、因此，大口径瓦斯井的成井技术已成为当前亟需研究的问题。

1 工程概况
某矿地层自上而下为：松散岩组：层厚96.00m左右。以耕植土，黄灰色粘土、亚粘土为主，局部夹砂砾石，松散易垮塌。基岩风化组：层厚39.00m左右。上部为灰色泥岩、灰绿色砂质泥岩，夹薄层浅灰色细粒砂岩；中部为灰色、灰绿色泥岩，夹薄层浅灰色细粒砂岩；下部为灰绿色、深灰色泥岩、浅灰色细粒砂岩。基岩组：层厚470.00m左右。上、中部以灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩，浅灰色细粒砂岩，夹薄煤层；下部为灰色、深灰色泥岩，浅灰色、灰色砂质泥岩，浅灰色细粒砂岩及煤层。岩性多为浅灰色、灰色砂质泥岩，深灰色泥岩，浅灰色中、细粒砂岩及煤层。
井身设计结构为：覆盖层部分钻孔直径 1300mm， 下入1200mm×14mm 的护口管12m，进入基岩2.0m；基岩部分钻孔直径1000mm，下入840mm×20mm 工作井管490m。 井底位置位于8号煤层底板处，落点不得偏离设计井位1.5m，允许最大偏斜率为 3‰， 落点实际位置与计算坐标不得大于1.5m，固井止水后工作井管内外不得有地层水漏入井管和井巷内。
2 瓦斯井钻井施工工艺

2.1 施工主要设备

主要设备：RPS-3000型钻机；3NB-1000型泥浆泵；AJ31/125型钻塔摘自：写毕业论文经典的网站www.7ctime.com
；JNS-1除砂器；SQ型单点测斜仪；JDT-5A型陀螺仪；ZL165-7A型螺杆钻具；BQ350型固井泵2台；水泥浆混合器2套；15m3搅拌机2台；110kW、200kW电机各2台；10kW电焊机3台。

2.2 钻井方法

本工程采用导向孔钻进，分段扩孔成井的钻井方法，选择方法的依据是地层的岩性和设备的能力；钻探施工方法是前导钻孔先用小直径（311 mm）在井孔中心钻进。导向孔随钻进监测孔斜。导向孔穿过基岩风化带至完整岩石停钻后，第一次扩孔成井径760mm；第二次扩孔成井径1000mm。各级钻孔直径的具体分级见表1。

2.3 钻孔垂直度的控制

有效保证钻孔的垂直度， 是关系到安放井管和固井止水质量的关键因素。311mm 前导孔的防斜是应用“满眼钻进”工艺技术。 其它两级扩孔钻进是利用在扩孔钻头前加设上一级直径的钻头作为超前导向防斜。 满眼钻进是在钻头的上部适当位置安放两个或多个与钻头直径相近的稳定器， 以减少在加压钻进过程中钻铤的弯曲变形， 限制钻头在回转运动过程中的横向位移。

2.4 311mm前导孔满眼钻进防斜

311mm满眼钻进防斜钻具的组成：在最靠近311mm钻头上部安装近钻头稳定器， 在距离近稳定器的上部4.50m 的位置安装中稳定器，在距离近稳定器上部9.5m和19.0m位置安装两个上稳定器，钻具的总体长度达到了20m。满眼防斜钻具选用203mm×66mm的大直径厚壁钻铤， 有效的提高了防斜钻具的弯曲刚度。单个稳定器采用六组直叶片组合焊制而成，有效接触孔壁的长度为0.6m，近钻头稳定器和中稳定器的直径为309mm，与钻头的直径差值为2mm，上稳定器的直径为307mm，与钻头的直径差值为4mm。

2.5 760mm和1000mm扩孔钻进防斜

在加工焊制760mm 的扩孔钻头时，在超出钻头的底部加设一个311mm 的三牙轮钻头，长度为0.8m，与扩孔钻头呈阶梯状。其作用一是清除扩孔钻进时掉落到前导孔内的钻渣， 二论文导读：刹车系统的降温措施，保证升降系统工作灵活、可靠。3.2固井方式下管到位后，采用127mm钻杆输送灰浆，利用BQ350型固井泵2台进行人工固井作业，水灰比0.6，注入水泥60t；候凝三天后，采用73mm油管从钢管环状间隙下入井内，进行第二次固井作业，水灰比0.6，注入水泥36t，水泥浆返至地表。4结束语通过开展大孔径的
是作为扩孔钻进时的超前导向，使760mm 钻孔中心与311mm 前导孔的钻孔中心一致。 在钻头上部钻铤的 20m 和 40m的位置上加设略小于扩孔钻头直径的导向圈， 以保证钻进加压时钻铤的弯曲刚度。 同样， 在进行1000mm 扩孔钻进时，在1 000mm 扩孔钻头下部加设760mm 钻头作为超前导向，在钻头的上部加设加设导向圈，以保证扩孔钻进时的钻孔垂直度。
3 下管与固井作业

3.1 下管技术

（1）扩孔到设计层位后，调整泥浆性能，要充分循环，待孔底岩粉冲洗干净，泥浆性能达到设计要求后，起钻用同径管子顺孔。顺孔起下钻一定要慢，避免因速度过快而抽塌井壁，造成井内事故。
（2）提吊用的钢丝绳采用编套的方法，在井架高度允许范围内长度要尽量长，以防止钢丝绳提升受力后产生的横向力使套管口变形，同时要配合使用防套管口变形垫板。
（3）提吊用的穿杠除满足提吊过程所需的强度外，要设计有防止钢丝绳滑脱的安全槽。
（4）套管在对接时除正确使用套管对接扶正器外，还要有专人利用重锤原理的简易设备观察套管是否垂直，确认无误后方可焊接。
（5）下放套管时速度要慢、稳，避免闪动。特别是入井套管重量较大时，钻机刹车系统长时间重负荷工作，由于下放过程中刹车卷筒转速非常慢，水刹车功能不能有效发挥，导致刹车系统发热，因此要做好刹车系统的降温措施，保证升降系统工作灵活、可靠。

3.2 固井方式

下管到位后，采用127mm 钻杆输送灰浆，利用BQ350型固井泵2 台进行人工固井作业，水灰比 0.6，注入水泥 60t；候凝三天后，采用73mm 油管从钢管环状间隙下入井内，进行第二次固井作业，水灰比 0.6，注入水泥 36t，水泥浆返至地表。
4 结束语
通过开展大孔径的施工，开展瓦斯抽排放工作、为今后进一步开展对瓦斯的综合利用提供了一个新的空间，为煤矿安全生产带来的事故隐患奠定了基础并提供了积极的保障作用。但大孔径的瓦斯井钻探施工是一项风险大的施工技术，对有些施工工艺流程和施工技术现在仍然不是很成熟，仍需努力探索一个完整的、系统的、便于实施的系统技术规范。
参考文献：
韩广德.中国煤炭工业钻探工程学[M].北京：煤炭工业出版社，2000.
杨健，孙家应，余大有等.煤矿地面大口径瓦斯抽排钻孔施工关键技术[J].煤炭科学技术， 2010（11）.
作者简介：
姜振华，男，1985～1988年在安徽煤田地质第一勘探队工作，1988～1991年在浙江长兴煤田职工地质学校进修，1991年至今，在安徽煤田地质第一勘探队工作，任职机长，2008年成为助理工程师。