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摘要：针对近水平定向长距离瓦斯抽放钻孔开孔段煤层松散破碎的问题，通过分析开孔段煤层赋存情况，介绍了在施工白芨沟煤矿2621工作面定向瓦斯抽放钻孔开孔段遇到的问题及采取的解决对策。通过选择合适的钻具、技术和工艺等，达到了预期的封孔效果，保证了封孔质量和后续定向钻孔的施工。
关键词：跟管钻进；瓦斯抽放；封孔工艺；处理措施
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 18-0067-02
一、概述
近年来，定向钻进技术在煤矿井下长距离瓦斯抽放钻孔中的应用越来越广泛，施工技术和工艺也逐步完善，钻孔施工深度、施工精度、成孔率、单孔瓦斯抽放浓度和流量都有了明显的提高，解决了煤矿井下工作面的瓦斯抽采利用和瓦斯治理等问题。但是面对开孔段煤层松软破碎，钻孔施工时瓦斯浓度和流量大等问题，如何保证开孔段封孔质量，防止钻孔瓦斯泄漏，保证后续定向钻孔的顺利施工成为当务之急。
面对井下施工瓦斯抽放钻孔开孔段煤层破碎的问题，常规的开孔、扩孔、下套管封孔的工艺已经无法满足封孔要求，出现封孔长度不够、孔口管弯曲较大无法下钻、封孔后漏气漏水等问题。随着钻探技术的发展，跟管钻进技术在地面取芯钻进和泥浆钻进中的应用越来越多，技术也更加成熟，利用跟管钻进技术针对开孔段煤层破碎的情况进行封孔，不仅保证了封孔质量，满足了定向钻进的要求，瓦斯抽放效果也更加明显。
二、工程概述
（一）开孔段煤层情况
白芨沟煤矿是神华宁煤集团重点煤矿之一，属高瓦斯矿井。本次施工的2621工作面瓦斯抽放钻孔，主要针对二3层煤进行施工，二3层煤厚度10m-24m不等，顶板有1.5m-2m厚略质煤，煤层松软破碎，遇水即发生塌孔现象。本次施工鉆场设在二3层煤顶分层，钻场顶板即为二3层煤直接顶，在钻场掘进过程中由于放炮原因，接近顶板略质煤以下煤层也出现松散破碎情况，钻进时出现严重塌孔。沿钻孔施工方向，煤层倾角在6°-8°左右，钻孔设计开孔倾角均为2°，开孔高度距顶板1.5m，预计穿越破碎带距离为12m。
（二）针对破碎煤层封孔工艺存在的问题
1.定向钻具组合。φ96mmPDC钻头+φ76mm螺杆马达（弯角1.25°）+φ76mm下无磁+φ76mm测量探管+φ76mm上无磁+φ73mm通缆钻杆。
2.常规封孔工艺。开孔段煤层较硬时，采用φ96mmPDC钻头回转钻进至12m处，提钻更换φ153mmPDC钻头扩孔至12m，下入φ108mm复合材料封孔管12m（4m/根，用丝扣连接），采用KSZB160-2矿用手动注浆泵注入赛瑞封孔材料进行封孔，封孔效果良好。
3.采用常规封孔工艺针对2621工作面封孔出现的问题。2621工作面钻孔开孔段煤层较破碎，采用φ96mm钻头钻进2m后即发生不返水情况，反复提钻扫孔后返渣持续较多，为拳头大块状煤，钻进4m后提钻观察，可见度只能达到1m，后续钻孔全部堵死。采用φ153mmPDC钻头扩孔至12m处提钻观察情况相同。由于复合材料封孔管强度有限，下入4m后就无法继续下入，用钻机回转下入8m后封孔。
采用常规封孔工艺封孔长度只能达到8m，封孔长度不能覆盖整个破碎区域，后续钻孔施工时仍然存在塌孔卡钻情况；复合材料孔口管强度小，下入孔内时弯曲严重，导致定向钻具无法下入孔内；钻孔开孔过程中，塌孔导致钻孔孔径变大，封孔质量不能保证，出现漏气漏水。
针对以上出现的问题，首先要解决如何护孔，避免钻孔塌孔严重，那就要下入大孔径、高强度孔口管，通过破碎带以后再下入小孔径、高强度孔口管进行封孔，这样一来不仅能保证封孔长度，也能保证封孔管平滑度和弯曲度，进而保证封孔质量和后续钻孔的施工，跟管钻进技术得以应用。
三、跟管钻进封孔工艺施工装备
采用跟管钻进封孔工艺的主要设备为ZDY-6000LD井下定向钻机、3NB-300泥浆泵、KSZB160-2矿用手动注浆泵和钻具组合，主要以钻具组合为主，具体如下：
（一）开孔、扩孔钻具组合
钻杆选用Φ73mm钻杆，开孔选择Φ96mmPDC钻头，扩孔选择Φ153mm扩孔钻头。
（二）跟管钻进需加工的配件
主动钻杆选用Φ73mm钻杆，加工接手和套管，需加工配件见下表。
四、跟管钻进施工及封孔工艺
（一）方案实施步骤
1.采用φ73mm西安通缆钻杆做主动钻杆，用φ96mm钻头开口1m后更换φ153mm钻头扩孔1m，连接φ139.7mm前部带合金套管回转钻进穿破碎带，穿过破碎带进入正常完整煤层1-2米后停钻，将φ139.7mm套管留在孔内。
2.加工1m长4分钢管，一端焊φ13mm直通，沿φ139.7mm外侧插入孔内，采用KSZB160-2矿用手动注浆泵向孔内注入赛瑞封孔材料，侯凝1小时，保证将φ139.7mm套管固定住。
3.采用φ73mm西安通缆钻杆，连接φ116mmPDC钻头，沿φ139.7mm套管中部下钻钻进，钻进深度超过φ139.7mm套管10m位置停钻。
4.采用φ73mm西安通缆钻杆，连接φ108mm前部带合金封孔管回转钻进深度超过φ139.7mm套管8m-9m位置停钻，孔口处φ108mm封孔管必须为顶管，即带φ108mm法兰盘。
5.连接φ108mm法兰堵头，用φ25mm直通高压水管与3NB-300泥浆泵连接，向孔内注入水泥砂浆封孔材料，待φ108mm封孔管和φ139.7mm套管之间的间隙开始出浆时停止注浆，钻孔侯凝。
6.待钻孔侯凝结束，采用φ96mmPDC钻头进行正常定向钻进。
（二）钻孔结构
一开：采用φ139.7mm套管跟管钻进超过破碎带1-2m。
二开：采用φ116mmPDC钻头钻进超过φ139.7mm套管10m。
三开：采用φ96mmPDC钻头正常钻进至终孔位置。
五、采用跟管钻进技术封孔效果分析
（一）提高了钻孔封孔长度与封孔质量
实施改进方案后，钻孔封孔长度由以前的12m增加到20m，采用铍铜套管进行封孔，不但保证了封孔强度，孔口管的弯曲度与常规封孔工艺相比变得更加直，对后续钻孔施工时下定向钻具和排渣更加有利，采用水泥砂浆封孔后，未再出现漏水漏气的情况。
（二）钻孔瓦斯抽放浓度明显提高
采用跟管钻进技术进行封孔，已施工的5#孔、6#孔瓦斯抽放浓度分别为75%和78%，抽放负压在50KPa的情况下流量分别达到0.35m3/min和0.36m3/min，超过预期的瓦斯抽放效果。
六、结语
针对白芨沟煤矿2621工作面定向瓦斯抽放钻孔开孔段煤层破碎等问题，通过改进封孔工艺，采用跟管钻进技术，有效的提高了钻孔封孔长度和封孔质量，单孔瓦斯抽放浓度和抽放纯量也明显增加，瓦斯抽放效果更加明显。白芨沟煤矿2621工作面跟管钻进封孔工艺的顺利施工，为今后同样地层出现的封孔问题提供了强有力的技术支撑，避开了开孔段煤层破碎带，保证了后续定向钻孔的顺利施工，进一步保证了瓦斯抽放效果。
参考文献：
[1]姚宁平.我国煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备与技术[J].煤炭科学技术，2008，3.
[2]雷洪波.松软突出煤层顺层抽放钻孔施工及封孔技术研究[J].矿业安全与环保，2009.
[3]刘建海.新型封孔工艺在乌兰矿的应用[J].煤炭技术，2011，7.
[作者简介]杨军（1987-），助理工程师，2008年毕业于北京理工大学，现任神华宁夏宁煤环境安全工程有限公司钻探六队技术副队长，主要从事井下定向技术指导工作。
关键词：跟管钻进；瓦斯抽放；封孔工艺；处理措施
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 18-0067-02
一、概述
近年来，定向钻进技术在煤矿井下长距离瓦斯抽放钻孔中的应用越来越广泛，施工技术和工艺也逐步完善，钻孔施工深度、施工精度、成孔率、单孔瓦斯抽放浓度和流量都有了明显的提高，解决了煤矿井下工作面的瓦斯抽采利用和瓦斯治理等问题。但是面对开孔段煤层松软破碎，钻孔施工时瓦斯浓度和流量大等问题，如何保证开孔段封孔质量，防止钻孔瓦斯泄漏，保证后续定向钻孔的顺利施工成为当务之急。
面对井下施工瓦斯抽放钻孔开孔段煤层破碎的问题，常规的开孔、扩孔、下套管封孔的工艺已经无法满足封孔要求，出现封孔长度不够、孔口管弯曲较大无法下钻、封孔后漏气漏水等问题。随着钻探技术的发展，跟管钻进技术在地面取芯钻进和泥浆钻进中的应用越来越多，技术也更加成熟，利用跟管钻进技术针对开孔段煤层破碎的情况进行封孔，不仅保证了封孔质量，满足了定向钻进的要求，瓦斯抽放效果也更加明显。
二、工程概述
（一）开孔段煤层情况
白芨沟煤矿是神华宁煤集团重点煤矿之一，属高瓦斯矿井。本次施工的2621工作面瓦斯抽放钻孔，主要针对二3层煤进行施工，二3层煤厚度10m-24m不等，顶板有1.5m-2m厚略质煤，煤层松软破碎，遇水即发生塌孔现象。本次施工鉆场设在二3层煤顶分层，钻场顶板即为二3层煤直接顶，在钻场掘进过程中由于放炮原因，接近顶板略质煤以下煤层也出现松散破碎情况，钻进时出现严重塌孔。沿钻孔施工方向，煤层倾角在6°-8°左右，钻孔设计开孔倾角均为2°，开孔高度距顶板1.5m，预计穿越破碎带距离为12m。
（二）针对破碎煤层封孔工艺存在的问题
1.定向钻具组合。φ96mmPDC钻头+φ76mm螺杆马达（弯角1.25°）+φ76mm下无磁+φ76mm测量探管+φ76mm上无磁+φ73mm通缆钻杆。
2.常规封孔工艺。开孔段煤层较硬时，采用φ96mmPDC钻头回转钻进至12m处，提钻更换φ153mmPDC钻头扩孔至12m，下入φ108mm复合材料封孔管12m（4m/根，用丝扣连接），采用KSZB160-2矿用手动注浆泵注入赛瑞封孔材料进行封孔，封孔效果良好。
3.采用常规封孔工艺针对2621工作面封孔出现的问题。2621工作面钻孔开孔段煤层较破碎，采用φ96mm钻头钻进2m后即发生不返水情况，反复提钻扫孔后返渣持续较多，为拳头大块状煤，钻进4m后提钻观察，可见度只能达到1m，后续钻孔全部堵死。采用φ153mmPDC钻头扩孔至12m处提钻观察情况相同。由于复合材料封孔管强度有限，下入4m后就无法继续下入，用钻机回转下入8m后封孔。
采用常规封孔工艺封孔长度只能达到8m，封孔长度不能覆盖整个破碎区域，后续钻孔施工时仍然存在塌孔卡钻情况；复合材料孔口管强度小，下入孔内时弯曲严重，导致定向钻具无法下入孔内；钻孔开孔过程中，塌孔导致钻孔孔径变大，封孔质量不能保证，出现漏气漏水。
针对以上出现的问题，首先要解决如何护孔，避免钻孔塌孔严重，那就要下入大孔径、高强度孔口管，通过破碎带以后再下入小孔径、高强度孔口管进行封孔，这样一来不仅能保证封孔长度，也能保证封孔管平滑度和弯曲度，进而保证封孔质量和后续钻孔的施工，跟管钻进技术得以应用。
三、跟管钻进封孔工艺施工装备
采用跟管钻进封孔工艺的主要设备为ZDY-6000LD井下定向钻机、3NB-300泥浆泵、KSZB160-2矿用手动注浆泵和钻具组合，主要以钻具组合为主，具体如下：
（一）开孔、扩孔钻具组合
钻杆选用Φ73mm钻杆，开孔选择Φ96mmPDC钻头，扩孔选择Φ153mm扩孔钻头。
（二）跟管钻进需加工的配件
主动钻杆选用Φ73mm钻杆，加工接手和套管，需加工配件见下表。
四、跟管钻进施工及封孔工艺
（一）方案实施步骤
1.采用φ73mm西安通缆钻杆做主动钻杆，用φ96mm钻头开口1m后更换φ153mm钻头扩孔1m，连接φ139.7mm前部带合金套管回转钻进穿破碎带，穿过破碎带进入正常完整煤层1-2米后停钻，将φ139.7mm套管留在孔内。
2.加工1m长4分钢管，一端焊φ13mm直通，沿φ139.7mm外侧插入孔内，采用KSZB160-2矿用手动注浆泵向孔内注入赛瑞封孔材料，侯凝1小时，保证将φ139.7mm套管固定住。
3.采用φ73mm西安通缆钻杆，连接φ116mmPDC钻头，沿φ139.7mm套管中部下钻钻进，钻进深度超过φ139.7mm套管10m位置停钻。
4.采用φ73mm西安通缆钻杆，连接φ108mm前部带合金封孔管回转钻进深度超过φ139.7mm套管8m-9m位置停钻，孔口处φ108mm封孔管必须为顶管，即带φ108mm法兰盘。
5.连接φ108mm法兰堵头，用φ25mm直通高压水管与3NB-300泥浆泵连接，向孔内注入水泥砂浆封孔材料，待φ108mm封孔管和φ139.7mm套管之间的间隙开始出浆时停止注浆，钻孔侯凝。
6.待钻孔侯凝结束，采用φ96mmPDC钻头进行正常定向钻进。
（二）钻孔结构
一开：采用φ139.7mm套管跟管钻进超过破碎带1-2m。
二开：采用φ116mmPDC钻头钻进超过φ139.7mm套管10m。
三开：采用φ96mmPDC钻头正常钻进至终孔位置。
五、采用跟管钻进技术封孔效果分析
（一）提高了钻孔封孔长度与封孔质量
实施改进方案后，钻孔封孔长度由以前的12m增加到20m，采用铍铜套管进行封孔，不但保证了封孔强度，孔口管的弯曲度与常规封孔工艺相比变得更加直，对后续钻孔施工时下定向钻具和排渣更加有利，采用水泥砂浆封孔后，未再出现漏水漏气的情况。
（二）钻孔瓦斯抽放浓度明显提高
采用跟管钻进技术进行封孔，已施工的5#孔、6#孔瓦斯抽放浓度分别为75%和78%，抽放负压在50KPa的情况下流量分别达到0.35m3/min和0.36m3/min，超过预期的瓦斯抽放效果。
六、结语
针对白芨沟煤矿2621工作面定向瓦斯抽放钻孔开孔段煤层破碎等问题，通过改进封孔工艺，采用跟管钻进技术，有效的提高了钻孔封孔长度和封孔质量，单孔瓦斯抽放浓度和抽放纯量也明显增加，瓦斯抽放效果更加明显。白芨沟煤矿2621工作面跟管钻进封孔工艺的顺利施工，为今后同样地层出现的封孔问题提供了强有力的技术支撑，避开了开孔段煤层破碎带，保证了后续定向钻孔的顺利施工，进一步保证了瓦斯抽放效果。
参考文献：
[1]姚宁平.我国煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备与技术[J].煤炭科学技术，2008，3.
[2]雷洪波.松软突出煤层顺层抽放钻孔施工及封孔技术研究[J].矿业安全与环保，2009.
[3]刘建海.新型封孔工艺在乌兰矿的应用[J].煤炭技术，2011，7.
[作者简介]杨军（1987-），助理工程师，2008年毕业于北京理工大学，现任神华宁夏宁煤环境安全工程有限公司钻探六队技术副队长，主要从事井下定向技术指导工作。