峰峰矿区高水压大流量钻孔封堵技术.pdf

第第41卷 第卷 第1期期 2018年年 1 月月 煤 炭 与 化 工 Coal and Chemical Industry Vol.41 No.l Jan. 2018 技 术 工 程 峰峰矿区局水压大流量钻孔封堵技术 靳子栋 冀中能源峰峰集团科技发展部，河 北 邯 郸056107 摘 要 随着煤层开采深度越来越大，深部地区施工钻孔受到高水压、大地压、高水温等条 件的影响，在封堵过程中困难较大。针对这些问题，以峰峰矿区新屯矿扩大区-600水平的勘 探孔封堵为例，通过分析钻孔现场施工条件、出水位置、钻孔结构，制定科学合理的治理方 案，总结了高水压、大流量钻孔施工及封堵技术。实践表明，封堵方案安全有效，封堵率达 到 100，为类似条件下的丼下钻孔封堵提供技术参考。 关键词深部开采；高水压；出水钻孔；封堵技术 中图分类号TD74 文献标识码B 文章编号2095-5979 2018 01-0080-03 High water pressure and large flow drilling plugging technology in Fengfeng mining area Jin Zidong Science and Technology Development Department, Jizhong Energy Fengfeng Group, Handan 056107, China Abstract With the depth of coal seam mining increases, the construction borehole in the deep area is affected by ihe conditions of high water pressure, earth pressure and high water temperature, which makes it difficult to block the drilling process. In this paper, Fengfeng Mine Xintun mining area of -600 level exploration hole closure was taken as an example, by analyzing the drilling site construction conditions, the water location, borehole structure, to develop scientific and rational management programs, and then the high pressure, large-flow borehole construction and sealing technology were s u m m e d up, providing technical reference for blocking borehole under similar conditions. Key words deep mining; high water pressure; outlet drilling; plugging technology 充勘探孔施工过程中，o16奥灰水文勘探钻孔，水 压 7.0 MPa，7jC量 2.2 m3/min，发生了钻杆顶出的情 况，出水无法控制，对 -600水平深部地区生产构 成严重威胁，且水量可能进一步加大，将会大幅增 加矿井的排水负担，同时大量的增加排水电费。因 此，不管是从安全还是经济的角度，决定尽快对其 封堵。 2高水压大流量钻孔封堵技术 2 . 1 钻孔概况 新屯矿-600轨道大巷016奥灰水文勘探钻孔 开孔层位4 号煤底板，孔口标高-575.3 m。钻孔开 孔孔径219 mm, 下设孔径168 mm, 套皮30 m, 孔 0引 言 峰峰矿区是我国最早开发利用的矿区之一，煤 层开采深度逐渐加深，水文地质条件愈发复杂化， 深部开采过程中需要进一步加强对矿井水文地质条 件进行勘探工作。井下施工的水文勘探钻孔往往具 有高水压、大流量的特点，施工过程中易造成水害 事故需要进行封堵。为了确保矿井生产安全，保证 经济合理的开展地质、水文地质补充勘探工作，需 对高水压，大流量钻孔封堵技术进行研究。 1研究背景 冀中能源峰峰集团新屯矿扩大区-600水平补 责任编辑张 彤 DOI 10.19286/ki.cci.2018.01.021 作者简介靳 子 栋 （1988） ，男 ，河北峰峰人，工程师。 引用格式靳子栋.峰峰矿区高水压大流量钻孔封堵技术[J].煤炭与化工，2018 , 41 1 80 - 82. 80 靳子栋峰峰矿区高水压大流量钻孔封堵技术2018年 第 1期 径 127 mm, 钻进102 m，下下设孔径108 mm，二次 套皮100 m，改孔径75 mm继续钻进。钻孔钻进至 116 m进人奥灰含水层，进人奥灰含水层后，岩粉 过大，施工困难，采用加设岩芯管取芯钻进，在钻 至 134 m时钻孔出水，实测水量0.03 m3 /min，水压 7.0 MPa, 当日夜班钻孔水量开始增大，出现钻探 阻力变大顶钻情况，次日上午实测出水量增大为 0.48 mVmin，由于出现顶钻情况，无法正常钻进， 于是停止钻进并使用导滑轮、升降机及孔口反压装 置开始提钻，次日下午在提钻至第5 根钻杆时，由 于水压大，钻机卡钻不紧，将孔内3 根钻杆顶出至 钻场顶板（ 钻杆弯曲压死） ，此时水量增大至2.2 m3 /min，孔口水门不能正常关闭，出水无法控制。 2 . 2 钻孔出水对矿井的影响2 . 2 钻孔出水对矿井的影响 现场通过对〇16奥灰钻孔出水情况进行调查发 现，由于对钻孔出水量预计不足，钻孔施工处比 -600 7jC平水仓口低〇.5 m左右，导致钻孔出水不能 顺流至-600水仓，钻孔出水沿-600轨道大巷流 至 -600水平深部地区，对 -600水平深部地区生 产构成严重威胁。 随着钻孔出水冲刷钻孔，出水位置位于岩芯管 以下，钻孔出水量极有可能进一步增大。增加的这 部分水量对矿井的排水能力是一个很大的负担，且 排水电费上涨，经济成本变大。 〇 16奥灰钻孔位于新屯矿-600水平深部地区， 地下水径流条件差，含有大量的硫化氢。若钻孔不 及时进行有效封堵，将会影响矿井排水的水质，每 年将至少排出115.6万m3含硫化氢的奥灰水（ 占 矿井排水近一半） ，对农林灌溉及养殖造成很大的 影响。 2 . 3 钻孔出水封堵技术难点钻孔出水封堵技术难点 出水的〇16奥灰孔位于-600水平，其具有水 压 尚 （ 7_0 MPa 、水 量 大 （ 2_2 m3/min ，钻孔周 边破碎等不利水文地质条件。同时钻孔施工现场水 温 高 （ 38丈） ，含有大量的硫化氢，封堵施工环境 恶劣，人员不能在钻孔处长时间停留，要求封堵时 间尽可能的短。 2 . 4 高水压大流量钻孔封堵技术方案高水压大流量钻孔封堵技术方案 为尽快将该高水压、大流量钻孔进行封堵，初 步制定了两套封堵方案。 第一套方案将孔口顶出的钻杆锯断，接着用 钻机将钻杆提出，然后关闭水门或注浆封孔。 第二套方案为防止水文勘探钻孔钻窝范围发 生底鼓、变形，导致钻孔套管发生损坏，发生水害 事故，在水文勘探钻孔施工前，对钻窝底板进行了 注浆加固工作，施工了6 个底板注浆加固钻孔。注 楽孔开孔孔径108 mm，下 入 089 mm套 管 10 m, 然 后 采 用 口 径 钻 至 孔 底 ；采 用 60mm 套管30 m 套管底部5.0 m为花管） ，跟管钻进至 孔底，然后再分别下入020 mm x 30.0 m钢丝绳至 孔底。考虑到钻窝底板已经进行了底板注桨加固改 造，钻孔套管不会因为底鼓、变形导致钻孔发生损 坏，钻杆连接的岩芯管与钻孔孔壁间距很小，且钻 孔出水位置位于岩芯管的下方。基于上述情况制定 了第二种方案，即制作专门卡子将孔口钻杆与孔口 阀门固定牢靠后，将孔口钻杆利用风锯锯断，然后 往钻杆内注浆，根据孔口返桨出水情况，适当添加 骨 料 （ 海带、锯末）和调整浆液配比，将钻孔封 堵，如图1所示。 Fig. 1 Drilling plugging 选用第一套方案对出水钻孔进行处理，极有可 能再次发生钻杆顶出至钻场顶板的事故，这对施工 人员的人身安全构成了威胁。选用第二套方案，无 论从安全还是经济等方面考虑都是合适的。 3封堵实施情况及效果评价 将第二套方案所需配件加工完毕并搬运至井下 后，相关专业人员下井进行安装。首先将孔口钻杆 利用专门卡子与孔口阀门固定牢靠；然后利用风锯 锯钻杆，为了防止专门卡子卡钻杆不紧，发生事 故，待钻杆只剩十几毫米断开时，停止施工，人站 在钻窝外利用倒链将钻杆拉断。 81 2018年第1期 煤炭与化工 第41卷 钻杆断后，钻杆利用专门卡子与孔口阀门牢靠 固定。随后安装好注浆管路，连接注浆泵，使用水 灰比约1 1.5的浆液，添 加 骨 料 （ 海带） ，开始 带压注浆，钻孔孔口跑浆厉害，注 1.0 t水泥浆后， 孔口水量开始减少，此时添加骨料（ 锯末） ，累计 注水泥浆量6 t，注浆压力值瞬间上升至8.5 MPa, 稳定压力值8.0 MPa, 钻孔无出水现象，钻孔注浆 封堵施工完毕。 经过7 d的观测发现，水泥浆已全部注满01 6 奧灰钻孔并凝固，钻孔及周围底板无出水等其他异 常情况，封堵效果达到100〇 3结 语 出水的016奥灰孔水压高、7jC量大，钻孔周边 破碎且现场水温高，含有大量的硫化氢，封堵施工 环境恶劣，不利于封堵。通过分析出水钻孔的具体 情况，制作了专门的卡子将孔口钻杆与孔口阀门固 定牢靠后，利于后续钻杆注桨工作的进行。封堵过 程中，先后以海带、锯末作为骨料添加，增强了堵 上 接 第63页 ） 2 升温速率对污泥热解特性产生重要影 响。提高升温速率，可使污泥的热解失重速率显 著增高，增大反应峰的宽度，相同反应时间内污 泥的转化率提高。同时最大反应速率对应的温度 也提尚。 3 提高升温速率，热解反应的活化能E和 频率因子A都明显提高，S1 的活化能从29.04 JK/mol提高到 41.66 JK/mol, S2 活化能从 33.30 KJ/mol提高到36.09 KJ/mol。由于高升温速率和高 频率因子A使得污泥热解反应速率明显提高，化 学反应越剧烈，反应时间明显缩短，热解反应越 彻底。 研究结果表明，挥发分含量高的污泥热解反 应活性较高，更利于污泥热解反应的进行，而且 热解反应的最大失重速率和总失重量都较大。因 此高有机质含量的污泥所包含的生物质能更高， 热解特性更好，热解利用的潜力更大。 参考文献 [1] 徐新宇，杨家宽，宋健等.调理脱水污泥的热解特性及动力 学分析[J].环境化学，2016, 35 5 972-981. [ 2 ] Wang Zhiqi, Guo Qingjie, Liu Xinmin, et. al. Low temper ature pyrolysis characteristics of oil sludge under various heating 水效果，本次堵水工程累计注水泥6 t，注浆终压 8.0 MPa，钻孔无出水现象，钻孔封堵完毕。封堵 完成后，经过7 d观测，钻孔及周边无跑水现象， 封堵率达到100。 参考文献 [1] 关永强.水文地质条件极复杂型矿井水害成因与水害治理[J ]. 煤田地质与勘探， 2005 增 刊 ） 57-59. [2] 赵兵文，关永强.大采深矿井高承压奥灰岩溶水综合治理技 术[J].煤炭科学技术， 2013 9 81-84. [3] 李志明.大采深高承压矿井水文地质条件及防治水技术[J ]. 煤炭科学技术， 2010 9 109-112, 121. [4] 刘存玉.综合防治水技术在梧桐庄矿的应用[J ].煤矿安全, 2010 2 45 - 48. [5] 李 冲.深部矿井奧灰水害“七位一体”防治体系研究[J]. 中国煤炭， 2016 , 42 3 106-109. [6] 李 冲.深部山青工作面带压开采水文地质条件分析[J].煤 炭与化工，2016, 39 3 95-97, 101. [7] 赵鹏飞，赵 章 .地面水平分支孔注浆超前治理奥灰底板突 水Jblqj].煤炭科学技术，2015, 43 6 122-125. conditiona[ J ], Energy Fuels, 2007 , 21 2 957 - 962. [3 ] Zhang Q, Liu H, Liu P, et al. Pyrolysis characteristics and kinetic analysis of different dewatered sludge[ J ]. Bioresource Technology, 2014, 170 5 325-330. [4 ] Ningbo Gao, Juanjuan Li. Thermal analysis and products distribu tion of dried sewage sludgepyrolysis[ J ]. 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