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大口径瓦斯抽放钻孔在朱仙庄煤矿的应用

更新时间:2009-03-28

我国煤矿普遍存在着瓦斯爆炸危险。高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井在我国煤矿中,所占比例高[1]。煤矿一旦发生瓦斯爆炸,危害特别严重。近年来,随着煤矿开采深度的不断增加,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例持续增加,瓦斯灾害成为煤矿的“第一杀手”[2-3]。为了尽可能降低煤矿瓦斯灾害的影响,同时也为了“先抽后采”的煤矿瓦斯治理方针政策得到贯彻落实,多数煤矿决定在地面施工瓦斯抽放钻孔;当工作面煤层进行开采时,利用瓦斯抽放钻孔,抽放采区区域内的瓦斯等有害气体[4-8]

1 工程及地质概况

淮北矿业集团朱仙庄煤矿位于宿州市以东13 km处,井田面积26.3 km2。矿区交通运输较为便利,宿灵公路贯穿矿区,专用运煤铁路将矿区及京沪铁路相连接。

朱仙庄煤矿井工开拓方式是立井石门水平开拓。井田划分3个水平,现有2个生产采区、1个准备采区。Ⅱ105采区为该矿二水平的主力采区,矿井现主采煤层为7号、8号煤层,均为突出煤层。为保证矿井稳定生产,同时防止煤与瓦斯突出,决定先开采下保护层(10号煤层),为地面钻孔抽采7号、8号煤层瓦斯创造有利条件。基于此种条件,在Ⅱ105工作面地面设计施工瓦斯井的基础上,设计Ⅱ105 3-7瓦斯抽放钻孔,位于矿井东南部。

从目前的形势上看,从信息化到大数据人力资源管理演进的过程中,主要是针对数据进行统计、问题分析与监控等方面的构建。并在此基础上,提升竞争优势,完成相关的排列组合。具体的实践参见表2。

依据矿区提供的相关地质资料,该钻孔自上而下,依次揭露第四系和二叠系地层。其中第四系地层厚度约242 m,以黏土、砂质黏土、细砂、钙质黏土、黏土夹砾石为主,底部为黏土夹砾石。基岩部分以泥岩、砂岩、粉砂岩和煤层为主。5号、7号、8号、10号煤层在钻孔钻探过程中,会被揭露。其中7号煤层厚度约1.50 m,8号煤层厚度约12.5 m。

2 施工方法

(3)设备能力。采用一次成井工艺施工,要求钻机能力较强。

一次成井法:采用大直径钻头,一次钻进至设计孔深。在施工过程中,严格控制浆液与泵量,一次成井。

多端柔性直流配电网的保护配置目标是防止危害直流系统内设备的过应力,以及危害整个交直流配网运行的故障,应自适于各种运行方式、潮流方向以及功率反转。设计典型保护配置策略如表1所示。

分次扩孔法:首先采用规格小于钻孔设计直径的钻头,钻至设计孔深;然后分次扩孔,直至到达设计钻孔孔径。

瓦斯抽放钻孔施工方法选择主要考虑以下因素:

(1)地质条件。主要为瓦斯抽放钻孔施工过程中穿越地层情况,如是否存在断层、破碎带、采空区等。当存在复杂地层时,一次成井的施工工艺较易发生钻探事故。

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(2)钻孔直径。为判断钻孔是否具备一次成井条件的关键性因素。如钻孔直径较大,则一次成井的可行性大为降低。

目前瓦斯抽放钻孔施工方法主要有一次成井法、分次扩孔法2种。

SOP培训组满意度及各项能力培养方面均明显优于传统组(P<0.05),说明SOP培训法有明显优势,见表2。

根据本次工程施工条件,结合技术、经济、工期等方面因素的影响,确定本次瓦斯抽放钻孔采用分次扩孔法施工。

钻孔施工步骤:勘察场地,测量放线,孔位确定,钻机工作平台制作,钻机安装,钻孔钻进,套管下放与焊接,固井,完井等。

碳纳米管纤维由大量的取向碳纳米管组装而成,碳纳米管之间有空隙形成多孔材料,环氧树脂附着于碳纳米管纤维表面,形成椭球状微滴,得到微滴包埋样品,其扫描电子显微镜(scanning elctron microscope,SEM)图如图3所示.值得注意的是,微滴大小对微滴包埋实验成败具有关键作用,当微滴过大时,微滴和纤维间剪切力大于纤维自身极限载荷,使得在实验过程中纤维首先发生拉伸断裂,而非微滴和纤维界面脱黏,导致实验失败.因此,本实验用针尖来点微滴并使其尽量小,所得环氧树脂微滴大小为70~150µm,实验中微滴和界面均发生脱黏.

3 技术要求

3.1 设备选择

针对本工程实际情况,根据钻孔孔径、安装管材总重量,对设备钻进能力、提升能力进行了关联计算,选择了以下施工设备:TSJ-2000型钻机1台套;TBW-850型泥浆泵1台;高度24.5 m的四角加重钻塔,安全承载能力80 t;φ178、φ120、φ68 mm钻铤,φ73、φ50 mm钻杆;JDT-6型陀螺测斜仪、JGS型综合数字测井仪;5LZ165×7.0螺杆钻具(纠斜设备);φ311、φ215.9、φ152、φ91 mm等钻头。

(2)二级套管段钻进。φ215.9 mm牙轮钻头+φ159 mm钻铤+φ73 mm钻杆+主动钻杆。

由上表2可知,针对R1胎体配方,焊接强度最高的是T304焊料,均值为187.7 MPa,所以T304焊料最适用于R1胎体配方。H306焊料的烧结温度为840~860℃,是5种材料中最高的,而且其焊接强度是最低,因此在后期R配方的焊接实验将其淘汰。

  

钻进深度(ϕ89 mm钻杆)2 000~2 600 m转盘通径435 mm转盘转速(正、反)37,52,84,145 r/min转盘输出最大扭矩21 kN·m卷扬机单绳最大提升力100 kN卷扬机提升速度0.84,1.90,3.3 m/s功 率110 kW外形尺寸4.32 m×2.30 m×1.29 m主机质量7 820 kg

3.2 钻探工艺

(1)瓦斯抽放钻孔结构

一开:第四系开孔至基岩(设计孔深260.0 m),孔径设计为φ350 mm,下放φ244.5 mm×10.05 mm石油地质管套管,外接箍丝扣连接。套管外环间隙使用单液水泥浆封闭固管。

二开:从260.6 m至8煤顶板以上5 m(436.42 m),孔径为φ216 mm。从8煤顶板以上5 m至地表以上0.50 m,下入φ177.8 mm×9.19 mm石油地质管套管437 m。套管材质为N80或J55钢材,外接箍丝扣连接,丝扣涂抹结构胶(环氧树脂)。套管外环间隙水泥浆全封闭。

(4)钻进参数

扩孔采用φ350 mm牙轮钻头+φ159 mm钻铤+φ73 mm钻杆+主动钻杆。

四开:10煤顶板以上7 m至终孔(547.06 m),孔径为φ95 mm;下入φ91 mm木塞,从孔底至10煤顶板以上7 m。

(2)冲洗液使用

根据钻孔要穿过的地层情况,所揭露的风化带地层破碎、易坍塌掉块等特点,同时考虑到钻孔较深、孔径大,进行了大量试验,最终确定选用优质PHP-HPAN泥浆护壁。这种泥浆具有流变性好、可调性佳、护壁能力强、强失水量小等特点。钻进过程中,泥浆配方见表1。

 

表1 钻进泥浆配方

  

适用地层优质膨润土PHPHPAN纯 碱清 水备 注泥岩、砂岩30~50 kg10~12 kg8~10 kg2~3 kg1 000 kg—漏失层 80~150 kg14~16 kg12~14 kg2~3 kg1 000 kg加入适量惰性材料

钻孔施工中,同时可酌情加入CMC(低黏,中黏,高黏),来增大钻井液黏度,提高岩粉上返量。这在一定程度上,可提高钻井速度,缩短工期。针对不同层段具体情况,控制泥浆性能参数,见表2。

 

表2 泥浆性能参数

  

层 段密度/(g·cm-3)粘度/s失水量/(mL·(30min)-1)稳定地层1.05~1.1026~2710~15漏 失 段1.15~1.20 40~456~10易坍塌段1.20~1.2550~556~10事故处理1.25~1.3055~606~10

(3)测斜定向

测斜采用JDT-6型陀螺测斜仪。全孔50 m左右,测斜1次。

一个双色8×8LED点阵的驱动需要3个并口,一个并口输出位选择信号,一个并口输出一种颜色的帧信息,另一个并口输出另一个颜色的帧信息。显然占用了单片机太多的并口资源。实际使用中,可以用3片74HC595,一片输出位选择信息,另二片输出颜色的帧信息。二片输出颜色的帧信息的74HC595在连接上要进行级联。即一片74HC595的输入端连接在另一74HC595芯片的串行输出端Q7’,特别注意的是,二片芯片的SHcp引脚和STcp引脚需分别连接在一起,使用相同的移位脉冲源及相同的锁存信号。在软件设计中,需考虑级连的情况,先将二种颜色的帧信息发完,再进行锁存。相关程序如下:

定向纠斜采用5LZ165×7.0螺杆钻具。

纠斜前,要检查螺杆钻具,然后进行调试;调试正常后,方可入井工作。

纠斜过程中,以较慢的速度下放螺杆。陀螺仪在钻孔孔口位置开机、校正,用绞车缓缓下放至孔底,确认入靴后,调整钻具方位至方位角,在井口锁死钻杆,开泵用螺杆钻具,至设计深度后,停钻。

定向完成后,下放钻具,继续钻进10~20 m,用仪器继续测斜,验证定向效果。

(1)为保证管路安装连接达到设计及质量要求,下管时,对安装尺寸精度、直线度和同轴度进行严格检查。同时下管时,根据管材重量,在焊缝位置加焊3~5道加强筋,以保证下管顺利完成。

三开:8煤顶板以上5 m(436.42 m)至10煤顶板以上7 m(524.42 m),孔径为φ152 mm,下放φ139.7 mm花管107 m。φ139.7 mm花管与φ177.8 mm实管重合19 m,花眼直径18 mm,煤层位置花眼直径16 mm,为石油地质管,材质为N80或J55钢材,内接箍丝扣连接。

本钻孔为全直孔,开孔钻进时,要轻压慢转。第四系冲积层段钻进时,要求大泵量、小压力、高转速;基岩部分钻进时,要求大泵量、高压力、低转速;换层换径时,应轻压、慢转,将压力降低至正常压力的1/2左右。遇特殊情况时,如揭露煤层的孔段,应小钻压、小排量、低转速,以达到防塌,保证煤层稳定的目的。

3.3 钻具组合及钻进方法

(1)一级套管段钻进。开孔采用φ311 mm牙轮钻头+φ159 mm钻铤+φ73 mm钻杆+主动钻杆,钻进至260 m。

企业销售商品赠送有偿取得的其他物品,在用友U8 V10.1财务软件中业务核算流程与销售赠送同类商品有所不同。企业购入其他物品时已明确用途作为赠品免费赠送,因此,应将其单独入库,且采购成本直接计入“销售费用”;而发出时,将已计入进项税额的增值税作为进项税额转出。下面将从专门采购赠品、销售发放赠品两个角度阐述在用友U8 V10.1财务软件中的业务核算流程。

TSJ-2000型钻机主要性能参数如下:

(3)三级套管段钻进。φ152 mm牙轮钻头+φ120 mm钻铤+φ73 mm钻杆+主动钻杆。

(4)裸孔段钻进。φ95 mm牙轮钻头+φ60 mm钻铤+φ73 mm钻杆+主动钻杆。

根据地层情况,采用复合片钻头和牙轮钻头相结合的钻进方法。

3.4 套管安装

3.4.1 下管准备

(1)为保证下管顺畅,在扩孔后期,泥浆性能参数应作相应调整。泥浆漏斗黏度,新地层段≥25 s,基岩段≥23 s。钻进过程中,泥浆密度应处于1.04~1.15 g/cm3范围内。扩孔时,钻进泥浆的黏度及密度应加大,以达到及时排除孔底岩粉的目的。

(2)孔深校正。对钻具进行准确丈量,以保证下管深度正确。

(3)根据管材质量及地层情况,在确保安全的前提下,套管及瓦斯抽放管、花管,均采用普通下管法。

“矛盾”概念的衍变是在跨国“旅行”与对译中发生的。无论是从日本译介还是从苏联引入,都具有唯物辩证法的意涵。梳理辩证矛盾被引用到中共党内的历史进程,可以看出中共政治话语中的辩证矛盾显然是从苏联引入的。在这一过程中,瞿秋白作为一个旅苏回国的学者型中共领导,在“矛盾”概念引入中共主流话语的过程中起到了桥梁作用。毛泽东作为一位具有哲学底蕴并对中国革命实践有独到见解的中共领袖,在“矛盾”概念的理论建构和具体运用方面起着引领和主导作用。期刊、报纸、著作等作为“矛盾”概念的重要载体,在传播与扩散中起着媒介作用。正是以上各要素的多向互动,共同推进了“矛盾”概念的中国化与大众化。

(4)检查所下管材,逐根丈量、编号。管材按要求,要预先打好对接坡口,配备定位夹具、定位杆和卡规。

图10为中子探测效率及中子能量分辨率随质子准直器高度的变化关系。由图10可见,随着质子准直器高度的增加,中子探测效率上升较快,中子能量分辨能力略有降低。当质子准直器的高度大于2 cm时,高度方向的反冲角展宽由二极偏转磁铁的磁隙高度决定,质子准直器高度增加时,中子探测效率和中子能量分辨率均变化很小。图11为中子探测效率及中子能量分辨率随质子准直器长度的变化关系,计算中设定质子准直器后端位置,即图1中L2不变,改变前端的位置,即图1中L1。由图11可见,随着质子准直器长度的增加,中子探测效率逐渐提高,中子能量分辨能力逐渐降低。

(5)下管前,认真检查起重设备和工具,并对套管等做简单除锈处理。

(6)井管夹板应使用厚度不小于10 mm的钢板制作,确保下管过程安全。

3.4.2 下管作业

从2018年9月17日外交部发言人耿爽的回答看,事件发生后,我国使馆和外交部已经向瑞典方面交涉半个多月了,但是瑞典方面就是不理不睬。要知道,“外交交涉”是主权国家之间通过大使馆、外交部进行外交交涉的途径,是十分严肃的官方行为。

定向测斜时,注意定向杆下放速度,不要过快,以免定向杆被卡住。

(2)提吊井管时,设置专人盯守。下管过程中,要稳拉、慢放。下管遇阻时,严禁猛墩。

秀容月明看呆了。多少年以后,他都记得她笑的时候头仰着,眼眯着,尖尖的下巴翘着,笑声和雨水同时洒下来,清澈、明亮,洒在他身上,洒在他心里。

(3)下管过程中,如浮力大于井管,靠自重无法下入井内时,采用管内回灌稀泥浆的方法,进行处理。

3.5 固井作业

采用TBW-850型泥浆泵固井,固井过程如下:

(1)冲孔。将钻杆下放至孔底,用稀泥浆冲孔,一直冲孔至钻孔内泥浆密度降至1.05~1.1 g/cm3左右为止。

(2)制浆。单液水泥浆水灰比设计为0.45~0.50,其中加入0.4%~0.6%(水泥质量比)的缓凝剂。

(3)泵送。浆液搅拌完成后,开动泥浆泵,将单液水泥浆注入孔内。注浆时不能停顿,直到水泥浆由孔口正常返出时,方可停泵。

4 抽放钻孔施工

Ⅱ105 3-7瓦斯抽放钻孔工程于2015-05-28正式开工,采用四开工艺施工,开孔孔径分别为φ350、φ216、φ152和φ95 mm,孔内下入φ244.5、φ177.8、φ139.7 mm三级石油地质套管和φ91 mm木塞,采用0.6∶1单液水泥浆固井。浆液正常返至地面后,养护72 h,进行水位观测、声波测井。经检验,固管质量合格,按施工组织设计要求,进行了洗井。该抽放钻孔完工日期为2015-06-29,钻孔实际孔深547.06 m,偏斜率≤2%,符合施工组织设计要求。

该钻孔孔径大、结构复杂,钻孔精度要求较高。经过认真组织施工,规范操作,严格管理,钻孔施工效果达到了设计要求。钻孔施工方法和施工过程符合钻井工程技术要求规定,整个钻孔施工都是在甲方工程技术人员的监督下进行的,各项技术指标符合设计及规程要求。各项原始资料记录齐全,准确可靠。

5 结 语

(1)随着煤层开采深度的逐步加大,矿井瓦斯问题日益严重,成为煤矿主要灾害之一。施工地面大口径瓦斯抽放钻孔,有着广阔的市场前景,可大幅降低瓦斯浓度,减少瓦斯给煤矿安全生产带来的安全隐患,对保障煤矿安全生产具有重大意义。

(2)瓦斯抽放钻孔施工时,要严格控制钻孔轨迹。使用陀螺测斜仪和螺杆定向钻具,是确保钻孔偏斜度达到要求的关键。

(3)采用PHP-HPAN泥浆,保持适当密度,能较好地起到稳定井壁作用,防止井壁坍塌,顺利通过破碎岩层及煤系岩层等不稳定地层。

专人负责监视雨情遥测系统,一旦发现问题及时与遥测点住户联系,人工比对数据,同时安排专业人员去现场维修维护。小时雨量达到20 mm后,水文站开始向水文总站发报,并向处防办报雨情,以后每增加10 mm报一次。降雨达到50 mm后处防办向市防办报告雨情,每增加10 mm报一次。降雨50 mm后做洪水预报,以后每增加50 mm做一次洪水预报,并根据要求随时做洪水预报。

(4)此次瓦斯抽放钻孔施工实践,对地质条件类似的矿区,具有一定的借鉴意义。

参考文献

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[8] 岂春明.屯兰矿地面瓦斯抽放钻孔施工工艺研究[J].煤炭工程,2015,47(3):53-57.

 
杨红军,贺文,李光洪,向俊兴
《建井技术》 2018年第06期
《建井技术》2018年第06期文献

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