松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势

作者:未知

  摘要:松软突出煤层的瓦斯抽采技术是煤矿煤矿工业的重要组成部分,也是当前煤矿行业亟待解决的问题之一,对煤矿的发展有着重要的掣肘。基于此,本文对该技术的研究现状进行了总结,并针对目前发展的趋势展开讨论,指明了未来的发展方向。其中,具体介绍了煤层瓦斯抽采技术的关键难点,并且对其具体的增产改造技术分别作了阐述,说明了不同技术的未来的发展方向。
  关键词:松软突出煤层;瓦斯抽采;钻进技术;定向钻进
   1 松软突出煤层钻孔改造技术现状
  松软突出煤层一般是指在原始的储层条件下煤层,其渗透性差、煤体较为破碎,导致其流变性较大并且强度极差,从而其物理特性在力学方面更贴近于粘性材质。所以,为其施加降低的应力即可使其蠕变速度加快直至破裂,普氏系数f≤1,煤层渗透率。由于松软突出煤层在我国的分布较为广泛,并且占据着我国可采煤层的极高比例,所以如何针对其瓦斯进行综合治理成为了煤矿行业从业者亟待解决的问题之一。利用钻孔预抽煤层瓦斯是实现瓦斯综合治理的重要方法,其中钻孔施工是其中的关键技术难点。由于松软突出煤层的渗透性相对较差,给瓦斯的抽取造成不便[1]。鉴于此,为提高煤层的渗透性,使煤层的气体快速解吸并流通,一般采用钻孔措施来提高产量。目前,基于钻进技术的提高产能的改造方法主要有如下几种。
   1.1 组合钻具强造斜钻进技术
  该工艺方法主要是指将1个或者多个稳定器设置在钻头后后面的十几米范围内,由于地心引力的作用,钻杆又呈现水平状态,所以会产生挠曲变形,进而切削力方向向下,钻孔倾角可以快速减少,钻孔在煤层中的距离被延长。该组合钻一般有稳定器、钻头和钻杆构成,为降低对钻头的约束力,稳定器与钻头之间的钻杆一般采用细钻杆或柔性钻杆甚至蛇骨钻杆等,以便于增强钻头的倾斜能力。
  在穿层钻孔的是施工上一般采用组合钻具强造斜钻进技术,其具有着如下优点:1钻孔轨迹可以在钻具回转调整下进行调整,灵活性强;2为增强瓦斯抽采效果,可以适当提高钻孔在煤层中的延展距离;3技术原理相对简单、工具造价低、适用范围广、操作简单,如果瓦斯抽采钻孔施工的施工要求一般,可以采用该技术方法。但该技术也存在着一定的缺陷,例如:在定向控制时精度较低、工作效率不高、起下钻次数较多等。此外,在钻具回转时,工作人员可以实现调节钻孔倾角作业,但不能调节方位角。
   1.2 机械掏穴钻进技术
  机械掏穴钻进技术是在瓦斯抽采钻孔成孔的前提下,将煤层孔段利用机械师掏穴钻头来进行局部扩孔的技术手段。其中,机械掏穴钻进的重要部分之一就是掏穴钻头,掏穴钻头主要由收放机构、导向头以及主体等构成,一般情况下,翼片在主体内,一旦开始作业,翼片在收放机构的作用下被撑开,进而可以针对原始孔进行回转扩孔作业,翼片在扩孔作业完成后收回,并且从已钻孔内退出。该技术所使用的钻头主要有反向回拉钻孔预计正向扩孔两种形式,主要用于穿层钻孔,提高工作区域的孔径大小,进而增强孔的渗透性。但是该方法扩孔直径的作用范围相对较小。
   1.3 水力冲孔钻进技术
  该技术主要是利用钻杆在碎岩内作业时,将水进行高压处理,再射向破碎的煤体,从而完成切割操作。以上过程需要特殊制作的密封设备及接头等。在水力作业时,由于高压水流的压力较大,造成孔壁煤层破碎,煤体被大量冲出,出现了较大的空洞;同时还造成瓦斯压力及地應力平衡被打破,导致钻孔附近的应力被重新分配,煤层的压力得到大幅度的降低,地应力也大幅度减少,进而煤层的通透性得到提高,瓦斯的移动速度及解吸速度变大,从而瓦斯抽采效率增加。水力冲孔技术可以提高煤层的渗透性及瓦斯抽采的孔径范围,但其作用范围以及扩孔直径还需要大幅度提高[2]。
   2 钻进技术的发展趋势
  目前,针对该技术业内人士普遍认为的重大缺陷有如下几点:筛管护径小、顺煤层定向钻进困难以及钻孔增产改造范围不足等。为了使瓦斯抽采的技术日益成熟,从而使瓦斯抽采的效果日益良好,提出了泥浆脉冲随钻测量定向钻进技术、电磁波随钻测量空气定向钻进、大直径筛管跟管钻进技术、大直径小曲率侧钻改造技术等,其中泥浆脉冲随钻测量定向钻进技术和电磁波随钻测量空气定向钻进可提高顺层钻孔成孔深度和轨迹控制精度,大直径筛管跟管钻进技术可提高护孔直径和钻孔完好性,小曲率侧钻改造技术可提高钻孔的覆盖面积和煤层改造效果。
   3 总结
   1松软突出煤层的瓦斯灾害治理技术手段之一就是利用钻孔进行瓦斯预抽采,同时可以与增渗措施和增产措施相互结合,从而安全生产;2开发了水力正循环回转钻进技术和冲击回转钻进技术、螺旋钻杆干式回转钻进技术、异形钻杆空气钻进技术、泡沫/雾化钻进技术、空气反循环钻进技术、空气套管钻进技术和梳状钻孔定向钻进技术,以便于针对松软突出煤层钻进成孔难题;3开发了护孔技术,基于提钻或者不提钻原理,以应对松软突出煤层成孔后孔壁在瓦斯抽采过程中的稳定可靠;4开发了基于钻进技术的煤层改造技术,如组合钻具强造斜钻进技术、机械掏穴钻进技术和水力冲孔钻进技术来提高煤层的渗透性以及钻孔抽采效果;5为了进一步提高煤矿的增产、钻进等能力,本文提出新的定向钻进技术,如基于泥浆脉冲测量法、电磁波碎钻法以及基于大直径小曲率和筛管的自动化钻进技术。
  参考文献:
   [1]方俊,李泉新,许超等.松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势[J].煤炭科学技术,2018,46(5).
   [2]李新潮,冯玉龙.松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术研究[J].中国煤炭工业,2015(10):56-57.
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