9、深孔偏斜补煤程序与技术要点

第一篇：9、深孔偏斜补煤程序与技术要点

九、深孔偏斜补煤程序与技术要点

读者对象：钻机机班长、地质探矿技术人员

完稿时间：2009年5月19日

提示：

近年所施工的煤田钻孔，多为深孔，经常出现电测后才发现把煤层打丢，怎么办？只好补煤。由于目前在一线作业的机班长，很少经历过深孔偏斜补煤，施工的矿区也很少配备探矿工程师指导，因此在偏斜补煤中出现的问题甚多。正常情况下，千米深孔补煤，在一周时间内即可完成，实际情况却差别很大，听说有的耗时月余。本文作者在地勘单位从事探矿技术工作近40年，教授级探矿高级工程师，曾任队总工程师，现受聘于河南省地矿局第一地质调查队河南中矿能源有限公司。为此，特为在一线作业的钻机机班长，提供这份可按程序操作的偏斜补煤资料。

正文：

一、深孔补煤实例

1、概况

时间：2007年4月，地点：河南省伊川县高山煤预查区，钻孔编号：ZK001，设计孔深：1160米，开钻时间：2006.11.3，封孔时间：2007.4.22，终孔孔深：1182.62米，煤层顶界：912.15米，煤层止深：913.18米（经电测验证发现煤层打丢）。顶板主要岩石：泥岩与砂岩互层，钻孔口径：Φ94mm，偏心楔：Φ89mm岩心管加工，偏心楔类型：空心，偏心楔顶角：2°30′，偏心楔孔内固定方法：425﹟水泥浆固定。

2、偏斜补煤时间：

4月16日第一次现场指导，4月19日第二次现场指导，4月22日补煤结束，历时一周时间。

3、技术指导单位：

河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队

河南省豫西煤田地质勘察有限公司一处

4、机台第一次造孔失败

（1）、造孔的概念

偏心楔下入孔内以水泥浆固定后，先用普通钻具将偏心楔上部终凝后的水泥扫掉。再用造孔钻头（即锥型钻头），顺着偏心楔的斜面扫孔并造孔，直至造出一个具有一定深度和一定口径的新孔，即称为造孔。

（2）、失败原因

第一次造孔，是在无专业技术人员指导的情况下进行的。机台很少经历偏斜补煤，更没有经历过深孔偏斜补煤，在采用普通钻具将固定偏心楔上部终凝后的水泥扫掉后，由于现场不具备偏斜造孔的专用工具，未换短岩心管接锥型钻头扫孔、造孔，而是换短岩心管接旧金刚石钻头扫孔、造孔，结果在扫孔、造孔时，粗径钻具套入偏心楔顶部，不但未造出新孔，反将偏心楔扫坏，松动，而造成失败。

5、现场技术指导

在第一次造孔失败后，专业技术人员到达现场，在现场召集机班长，共同分析失败的原因，讲解偏斜补煤的技术方法，并在现场提供给机班长偏斜补煤的技术资料，让他们组织学习，认真 1

消化，按照资料中编好的偏斜补煤程序操作，机班长很快掌握了技术要点，补煤一次性获得成功。

二、深孔偏斜补煤的程序

1、准备偏心楔和造孔的专用工具

（1）准备偏心楔：由于煤系地层属沉积岩地层，相对岩石可钻性级别不高，容易偏斜造孔，偏心楔设计的角度可按2°30′—3°设计。偏心楔楔体的长度：应在2.2—2.7米之间（不包括木塞出露的长度）。钻孔口径按φ91mm或φ94mm考虑，若用φ89mm的岩心管加工偏心楔，2°30′偏心楔斜面的长度为2.21米；3°偏心楔斜面的长度为1.70米，斜面下部保留1.0米长的岩心管，岩心管上钻6—8个小孔，以用木钉连接木塞；若用园钢加工偏心楔楔体（不易扫坏，成功率较高），偏心楔下部可加工成30°的“V”字楔，在楔体上钻2个φ8mm的小孔，孔距15mm与木塞连接（木塞上部开30°的“V”形槽）。

（2）准备造孔的专用工具：在准备偏心楔的同时，应及时准备造孔的专用工具，包括：偏心楔连接器1个（丝扣与钻杆连接，注意留有通水孔）；木塞1根（长2.0米，外径小于φ89mm岩心管内径0.5-1mm）；锥型钻头2个（与钻孔同径,丝扣与φ89mm的短岩心管连接）；0.5米、1.0米、1.5米、2.0米„„的φ89mm短岩心管各一根；异径接头2个（连接钻杆与岩心管用，镶有合金,用意在于削磨造新孔后形成的“狗腿弯”）；磨孔钻头1个(与钻孔同径)。

（3）偏心楔的连接：（见下页示意图）

2、水泥封孔：

浅孔补煤可采用投石子的办法，一直投到高于补煤顶板5-10米，捣实后下入连接好的偏心楔，再用水泥浆固定。深孔补煤，由于钻孔较深，投石子不易到底，最好采用水泥浆封孔（选

（1）连接器：用短钻杆或钻杆接头加工，连接部分要保证一定厚度，开螺孔2个，留有通水孔。

（2）连接螺钉：可选用螺钉或铆钉。

（3）楔体：采用φ89mm的岩心管加工，下部开小孔6—8个，用木钉与木塞连接。

（4）连接后应检查垂直度和连接部分的外径，不可超出钻孔孔径。

（5）木塞：长度按2.0米加工，采用见水易膨涨的木材。

示 意 图

用325#或425#水泥）。封孔高度应保证在扫除浮浆后，取出1-2米终凝后的水泥心，且高于补煤顶板5-10米。而后，下入连接好的偏心楔，再用水泥浆固定。这项工作应在准备偏心楔和造孔专用工具的同时进行。因为水泥浆侯凝加终凝后的扫孔时间，就是在炎热的夏季也需要48小时以上。

3、偏心楔的下入：

（1）下入偏心楔的孔段：

应尽可能选择岩石较完整的孔段，避开松软、破碎孔段。如果补煤顶板5-10米内，均为松软、破碎孔段，宁可将封孔水泥高于补煤顶板10米以上。目的在于防止在造孔过程中，偏心楔松动而导致失败。

（2）放入连接好的偏心楔：

按照示意图连接好后，下入选定的偏斜孔段。将连接好的偏心楔下至选定孔段后，若为油压钻机，可以采用加压的方式将连接螺钉切断；若为非油压钻机，可将连接好的偏斜器提一定高度，将螺钉礅断。

4.固定偏心楔

按照0.5的水灰比（重量比，即水∶水泥=0.5∶1），配制好一定体积的水泥浆，不要再起钻，即可将水泥浆灌入孔内。需要提醒的是，加工的连接器一定留有可使水泥浆灌入的通道孔。

水泥浆终凝后，扫除浮浆应保证高出偏心楔3—5米，所选水泥从强度考虑，应为425#或525#，最好不采用325#。

5、扫孔与造孔：

在水泥浆终凝后，425#水泥配制的水泥浆，在炎热夏天约36小时后即可扫孔，冬天约48小时后可以扫孔。宁可晚一点扫孔，以保证固定偏心楔水泥的强度。

扫孔采用合金钻头，当钻头扫至偏心楔顶部时应特别小心，而后冲孔起钻，千万注意不可扫坏偏心楔。起钻后，换锥形钻头接0.5米长的短岩心管扫孔、造孔。锥形钻头在扫孔过程中，自然会沿着楔体的斜面下滑。在下滑过程中，若出

现阻力加大，即可判断已接触岩石，开始造孔，这时自然应轻压慢转，不可操之过急。在扫孔过程中，会出现挤卡、憋车，应经常提动钻具，一直扫到超出楔体斜面0.5-1.0米为止（当然，超出越多，难度越大，但这是成败的关键），冲孔起钻，即造出新孔。

下一个回次，换1.0米长的短岩心管连接锥形钻头扫孔，其目的是削磨在新孔形成过程中，老孔与新孔之间造成的“狗腿弯”，扫到底后冲孔起钻。在扫孔过程中，同样会出现挤卡、憋车，应经常提动钻具。

6、削磨“狗腿弯”：

偏心楔斜面的顶角，虽然只有2°30′—3°，但锥形钻头造出来的新孔，自锥形钻头在楔体斜面上接触岩石开始，就自然在造新孔的过程中出现一个老孔与新孔之间的“狗腿弯”。这个“狗腿弯”不削磨好，若用粗径钻具直接转入取心钻进，钻具则下不到孔底，必须逐级削磨“狗腿弯”。

接1.0米长的短岩心管在扫孔、削磨“狗腿弯”的过程中已经没有阻力时，可换1.5或2.0米的短岩心管连接锥形钻头（注意，要再换一个镶有新合金的异径接头，以利削磨“狗腿弯”）继续削磨，直到可顺利下入取心的粗径钻具为止(你知道第2页倒数第2行“省略号„„”的用意吗?让你准备的φ89mm短岩心管，可能还有超过2米的，就看你用于取心的粗径钻具有多长了，所以这里把“直到可顺利下入取心的粗径钻具为止”，作为你配钻具的考虑前提)。

7、磨孔：

在多个回次扫孔、削磨“狗腿弯”的过程中，新孔孔底可能落有合金块、铁屑，且孔底呈锥形，在转入正常钻进之前，特别是转入采用金刚石或复合片钻头钻进之前，应用磨孔钻头（平面合金钻头）将孔底磨平，并在磨孔过程中，将掉入新孔内的合金块、铁屑磨得由大变小，以大泵量的冲洗液携带至地表，使孔底平而干净。

8、转入正常钻进

转入正常钻进的第一个回次，所用粗径钻具的长度，应小于削磨“狗腿弯”最后一套钻具的长度。在下钻和钻进过程中若不出现异常现象，说明偏斜造孔已经完全成功。

需要提醒的是，在正常钻进中，每次下钻到偏心楔顶部与“狗腿弯”孔段，均应小心，让钻具缓慢落下。

9、补煤：

为了保证补煤一次成功，应事先检查取煤管的性能，确保灵活可靠。还需要提醒的是，取煤管的长度不可超过削磨“狗腿弯”后，进行正常钻进时粗径钻具的长度。即正常钻进的最后一个回次，所用粗径钻具的长度，要大于取煤管的长度，为取煤管的顺利下入创造一个良好的工作条件。

三．技术要点

1、第一项程序（准备偏心楔和造孔的专用工具）：偏心楔的角度不可大于3°，度数越大越难以偏斜造孔；所有造孔专用工具的丝扣要严格把关，因在偏斜造孔过程中阻力较大，以防脱扣事故发生。

2、第二项程序（水泥封孔）：选好偏心楔下入的孔段，掌握好封孔高度。

3、第三项程序（偏心楔的下入）：偏心楔要连接可靠，连接后整体不弯曲，不超钻孔口径。

4.第四项程序（固定偏心楔）：掌握好固定偏心楔的水泥浆配比、强度与灌注高度，注意季节性变化。

5、第五项程序（扫孔与造孔）：除按要求配扫孔与造孔钻具外，各班班长应做到精心操作，不可操之过急，一个回次的扫孔、造孔时间不可过长。所造新孔必须超过楔体斜面0.5-1.0米，这是成败的关键。

6、第六项程序（削磨“狗腿弯”）：这是一项耐心细致的工作，同样，各班班长应做到精心操作，时刻注意孔内情况。

7、第七项程序（磨孔）：如果孔底是砂岩，磨孔效果较好，很快即可完成；如果孔底是泥岩或其它软岩，要耐心。或磨到一定程度后，用旧金刚石钻头加粗径钻具直接取心，将孔底残留的碎合金块、铁屑同岩心一下取上来，虽不规范，但节约时间。

8、第八项程序（转入正常钻进）：虽转入正常钻进，实际并不同于平时生产中的正常钻进，下钻时通过“狗腿弯”部位要小心，钻进中也不可开动高转速，一切以“稳妥”作为指导思想。

9、第九项程序（补煤）：关键在于事先为取煤管的下入创造一个良好的工作条件，并确保取煤管灵活可靠。

总而言之，只要掌握了以上九大程序和每项程序的技术要点，深孔偏斜补煤并不是一件难事。谁也不想把煤层打丢，这只是良好的愿望，但在实际工作中常有发生。地勘单位的钻机、钻机承包商或机长应当考虑，像以上要求加工的造孔专用工具，平时应当作为备用放在材料库中，占用不了多少资金，以免煤层打丢时造成被动。

相信只要思路清晰，通过一次实践，按照以上九大程序和技术要点操作，你将成为一个优秀的机班长。

最后，还想给你开辟一条思路，以上九大程序和技术要点，其中的大部分内容，可用于钻孔疑难事故的处理。在发生的孔内事故，处理时间超过一周，感到下一步仍然难以处理时，可用此偏斜造孔的技术方法，甩掉孔内事故，另造一个新孔，转入正常钻进。

但是，这里也有一个需要提醒的问题：在可钻性级别7级以下的岩石中，偏心楔的角度可按2°—2°30′设计；在可钻性级别7级以上的岩石中，偏心楔的角度可按1°30′—2°设计。也就是设计的角度比偏斜补煤的偏心楔要适当小一点，原因在于：一是，甩掉孔内事故后到终孔，可能还有相当长的孔段，度数小一点偏斜造孔后对正常钻进，开动高钻速有利；二是，岩石级别越高越不容易偏斜造孔，度数小一点当然有利于造孔。还需要提醒的是，事故钻具以上孔段，如果岩石破碎，要把下入偏心楔的孔段提高到岩石完整孔段，以免因为偏心楔度数小，偏斜造孔时回到老孔。

掌握了此技术方法，希望你能去大胆实践，消除重重疑虑，相信善于实践的机班长，再不会出现处理超过半个月的孔内事故。