CN112502615B - 一种深大口径瓦斯抽采井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深大口径瓦斯抽采井施工方法，根据设计施工要求准备钻井装备，在需要打井的部位测放孔位，测量井口标高，确定井深；在钻孔指定位置将孔口管垂直固定在地层里并高出地表200mm，周围用水泥砂浆填埋，在出浆方向割开泥浆出口；以组合钻头配钻铤全断面开口钻进，钻进至100m，测孔一次，确保钻孔上部偏斜控制在2‰以内；安装护壁管并固管；基岩段钻进，根据钻孔直径大小，决定几级钻进；下管，将纯水泥浆注入井底，将水泥浆注入管壁之间的环状空间，达到工作管与地层充分融合固结成一体，固管合格后将工作管内泥浆打掉，将工作管内壁清洗一次，施工完成。本发明成孔质量好、受地质条件影响小，施工费用低，环境影响小，环境污染小。

Description

一种深大口径瓦斯抽采井施工方法

技术领域

本发明涉及一种瓦斯抽采井施工方法，尤其涉及一种深大口径瓦斯抽采井施工方法。

背景技术

近些年，随着“以利用创效益、以效益促抽采、以抽采保安全、以安全促生产”的煤矿“绿色”开采和可持续发展模式，煤矿地面下井独立瓦斯抽采井施工技术逐渐应用广泛。

深大口径瓦斯抽采井施工技术主要用于井工开采的矿井地面下井独立瓦斯抽采井施工，同时还可应用于煤矿及非煤矿业，特别是井工开采的矿井应用较多。该发明适用于软、硬岩层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩、硬岩等土层的地面下井瓦斯抽采，排水通道，应急救援、物料输送及其它中小型井筒。因其受地质水文条件、场地的影响较小，而且人员少、效率高，所以广泛应用。

深大口径瓦斯抽采井施工方法，解决了深大口径瓦斯钻孔施工的各项难题，并取得了创新突破。且效果良好，效益显著，为今后煤矿瓦斯治理提供了一种全新的思路和成功的经验。

深大口径瓦斯抽采井施工技术在地面下井瓦斯孔等工程的施工中施工质量高，安全有保障，推动工程施工技术的提高，完善和发展钻井理论和技术体系不仅具有重要的社会效益，而且具有良好的经济前景。随着对环境的治理力度加大，特别是煤矿的瓦斯治理，深大口径瓦斯抽采井施工技术必将在矿井建设及安全生产领域得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种深大口径瓦斯抽采井施工方法，成功解决了地层复杂条件下，地下高含量瓦斯抽采困难的难题，消除了井下采掘面的重大安全隐患，有效的保障了煤矿的安全生产，适用于软、硬岩层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩、硬岩等土层的地面下瓦斯抽采井，也适用于排水通道、应急救援通道、物料输送等各类深大口径钻孔施工。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种深大口径瓦斯抽采井施工方法，具体步骤如下：

步骤一、根据设计施工要求准备钻井装备，在需要打井的部位测放孔位，测量井口标高，确定井的深度；

步骤二、在钻孔指定位置将孔口管垂直固定在地层里并高出地表200mm，周围用水泥砂浆填埋，在出浆方向割开泥浆出口，其截面同泥浆沟槽，钻机底盘安装后，将孔口管用光圆钢筋均分四个点，并将其与底盘固定，以防孔口管在施工中坠入孔内；

步骤三、以组合钻头配钻铤全断面开口钻进，钻进至100m，测孔一次，确保钻孔上部偏斜控制在2‰以内，以探明地质情况，指导后续施工，改用扩孔组合钻头钻进至基岩稳定层面并调配泥浆；

步骤四、安装护壁管并固管，以浮力塞下沉将护壁管下放至设计深度，然后将浮力塞打掉，再下放一根底端留有注浆孔的管路至孔底，孔口牢靠固定注浆管路并密封管口，将纯水泥浆泵入井底，再通过护壁管底端预留的注浆孔将水泥浆源源不断地注入管壁与孔壁之间的环状空间，直至水泥浆返至地面，达到护壁管与地层充分融合固结成一体；

步骤五、基岩段钻进，根据钻孔直径大小，决定几级钻进，首先使用超前钻三牙轮组合钻头，配备钻铤全断面钻进至一定位置扩孔，再改为超前钻进再扩孔，循环往复直至设计深度；

步骤六、下管用浮力塞进行漂浮下沉，下管结束后打掉浮力塞，用泥浆泵将纯水泥浆通过管路注入井底，再通过工作管底端预留的注浆孔将水泥浆源源不断地注入管壁之间的环状空间，直至水泥浆返至地面，达到工作管与地层充分融合固结成一体，固管合格后，将工作管内泥浆打掉，并用清水将工作管内壁清洗一次，整个施工全部完成。

进一步的，所述步骤三中，组合钻头为HJ637GΦ600mm三牙轮组合钻头,配备Φ510mm钻铤，钻头与钻铤连接为法兰高强度螺栓连接；所述步骤五中，实施喷射钻进，钻进时每隔100m测孔一次，确保钻孔偏斜控制在2‰以内，钻进过程中要进行减压钻进，钻压不得超过钻头重量的70%。

进一步的，所述步骤四中，注浆采用TBW-1200B泥浆泵，配Ф130mm缸套。

进一步的，所述步骤六中，以两台TBW-1200/7B泥浆泵进行泥浆循环，工作管下放安装固定到位后，将工作管内泥浆清理干净。一是孔内大量泥浆冲进井下造成安全事故；二是必须形成中空通道，上面与瓦斯抽采站连接，下部与切眼管连接，实现瓦斯抽采。

更进一步的，以Ф425*8mm长度10m管材自制提水吊桶，单钩提升将工作管内泥浆打净，形成中空安全通道，实现瓦斯抽采。

进一步的，所述步骤六中，管材下放深度应和孔深相符，与设计孔深的误差为0～0.5 m，管路安装固井施工后，进行静水试漏。

本发明的有益效果在于：

1、成孔质量好，泥浆护壁效果好，成孔质量可靠；

2、施工费用低，机具设备简单，工艺较简单，施工方便，操作方便，费用较低，节省工程投资。

3、环境影响小，施工基本无噪音，无震动，无挤压；

4、 环境污染小，对废泥浆进行造粒，实行无泥浆排放；

5、 节能降耗，装备的选型及辅助设备的优化配套，提高设备利用率和施工能力，减小能耗，节约成本；

6、受地质条件影响小，它适应于各种复杂地质及水文地质条件下的任何地层的钻孔施工。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1 为本发明的施工工艺流程图；

图2 为本发明的结构示意图；

图中：1、工作管，2、护壁管，3、自然地坪，4、表土、基岩交界面。

具体实施方式

地面下瓦斯抽采井是一独立通道系统，在煤矿及非煤矿业，特别是井工开采的矿井应用较多。深度一般在600～900m，钻进口径在Ф800～1300mm，整井安装并固定Ф630～Φ1000*18mm无缝钢管或Q345B直缝双面埋弧焊接钢管。

施工方法

1、孔口管固定：在钻孔指定位置将长的孔口管垂直固定在地层里并高出地表200mm，周围用水泥砂浆填埋，在出浆方向割开泥浆出口，其截面同泥浆沟槽。钻机底盘安装后，将孔口管用盘元均分四个点，并将其与底盘固定，以防孔口管在施工中坠入孔内；

2、开口钻进：选用HJ637GΦ600mm三牙轮组合钻头,配备Φ510mm钻铤全断面钻进至100m，测孔一次，确保钻孔上部偏斜控制在2‰以内，以探明地质情况，指导后续施工。再改用扩孔组合钻头钻进至基岩稳定层面并调浆；

3、安装护壁管并固管；

4、基岩段钻进：根据钻孔直径大小，决定几级钻进。首先使用超前钻三牙轮组合钻头，配备Φ510mm钻铤全断面钻进至一定位置扩孔，再改为超前钻进再扩孔，循环往复直至到设计深度；

5、由于孔径大、孔深，破碎岩屑多、颗粒大，为有效排除岩屑，提高钻进效率，选用两台TBW-1200/7B泥浆泵，进行泥浆循环，并实施喷射钻进技术；

6、每隔100m测孔一次，确保钻孔偏斜控制在2‰以内根据偏斜情况，制定下一步钻孔方案；

7、减压钻进，钻压不得超过钻头重量的70%；

8、护壁管和工作管总重量如超钻塔承载能力，为安全起见，采用漂浮工艺下沉，确保管路起吊安装下沉安全。

施工前准备

装备的选型及辅助设备的优化配套：施工前要做好装备的选型及辅助设备的优化配套、节能改造工作。选择提升力和扭矩大，满足深井全岩钻进施工需求的设备。通过将一台大功率四级电机改成两台小功率六级电机，使之具备施工大口径钻孔的施工能力，大大节约施工成本。

钻孔施工选用重型钻机(GZ-2600),通过对钻机动力系统改造，将原厂配套的单台大动力四级电动机（150kw）改装成两台小动力六级电机（75kw/台），总功率不变；降低了转速，提高了扭矩和提升力，使之具备大口径钻孔的施工能力；可单台运行，也可同时运行，特别是浅部钻孔的施工只需用一台电动机就能满足动力需求，大大节约电力成本同时实现安全生产。

大口径钻进组合钻头加工制作：由于钻头直径过大，超过了市场供应定型产品，所以必须自行设计和研制刀具组合钻头，适用各种地层、直径不一的钻孔，且能快速破岩。关键技术在于刀具的选型和布置，形成有效的切削面，同时便于刀具的维修及更换；另外，钻头与钻铤连接的连接方式采用法兰高强度螺栓连接，确保施工安全可靠。自行研制灌铅特殊配重钻铤，实现了全新的钻具组合：配重短、钻压大、重心低，真正做到了悬吊减压钻进，保证了钻孔质量同时实现了快速钻进，提高了效率。

钻孔施工

开孔前，要对钻机认真找平找正，钻机底盘要垫实固定，防止正常钻进时钻机移位或震动，使钻孔产生偏斜；钻孔开孔孔位误差±50mm。正常钻进时应根据岩性特点及具体施工情况及时调整钻压、钻速、泵量和泥浆配比等参数。在安装护壁管和工作管时，采用坡口焊接连接。表土层施工完立即下套管护壁并固定。而后进行基岩段钻进、扩孔、顺孔、调浆并安装工作管、固管。钻孔深度不小于设计深度，不大于设计深度1.0 m。管材连接进行焊接时，作好原始记录。

钻孔施工方针：防偏为主，纠偏为辅。钻孔偏斜率应控制在0.02％以内，钻孔每钻进100m测斜一次，如有超偏应及时进行纠偏。终孔后应进行复测，并及时绘制钻孔偏斜图。

下管：深大口径瓦斯抽采井护壁管或工作管吨位大，总重一般在300吨左右，超过钻塔承载能力，为了实现安全快速安装，采用浮力塞下沉技术工艺进行漂浮下沉，特点是安全易控、下放轻便、活动自如。深大口径瓦斯抽采井的管路分为护壁管和工作管。下管时，进行管材长度的丈量和复核并编号，清除管内异物，保持清洁。电焊作业二班制，每班电焊工二人，每次焊完一个焊缝，认真检查，技术人员复查，合格后当场签字确认。管材下放深度应和孔深相符，与设计孔深的误差为0～0.5 m。管路安装固井施工后，进行静水试漏。

下管前的准备的工作：

1、扩孔完成后，用专用顺孔器对钻孔进行一次顺孔工作，保证全孔通顺，为顺利下管做好准备工作；

2、调整泥浆性能，使之达到下管要求后，在孔内循环正常后提钻；

3、检查井管内外径、弯曲度、管口水平度、圆度、管口平面尺寸，按顺序编号，准确丈量长度依次入井；

4、管口提吊采用加强专用管卡，要求螺丝拧紧，同时在管卡的上端对称焊接四块挡板，挡板焊接牢固，防止管卡脱落；

5、准备下管的加强筋板，采用井管体切割而成，规格：长×宽×厚=120mm×70mm×18mm；

6、制作水泥浮力塞：截取工作管（长Φ670×18mm）长5m，管体内加焊钢制挡圈，用42.5号普硅水泥与中粗砂按1:2配成水泥砂浆灌制3m，底端用黄沙铺垫1m，养护期不少于7天；

7、全面检查井架、提升系统、钻机及其他钻探设备的机械性能，发现问题及时解决；

8、仔细检查钻机的刹车系统以及紧固情况，保持其良好的工作性能。

下管工作：由于工作管超过了钻塔承载能力，故采用浮力下管的方法。

下管过程浮力计算（以Φ670×18mm工作管为例）Φ670×18mm的工作管按每米计算，则管内容积为：

Ｖn=3.14 / 4×Dn2×h=3.14 / 4×0.6342×1=0.315535m³

管外体积为：

Ｖw=3.14 / 4×Dr2×h=3.14 / 4×0.672×1≈0.352386m³

每米套管的自重为：m=(670-18) ×18×0.02466=289.41Kg，

G=mg=0.289×10=2.89KN

敞口套管每米所受浮力：

ƒc=ρng（Ｖw-Ｖn ）=1.15×10×(0.352386-0.315535)≈0.423787KN

每米空套管在泥浆中的重力:

G1 =G- ƒc=2. 89KN-ρng（Ｖw-Ｖn ）=2.466213 KN

大钩载荷:85吨=850 KN

下到344m处,此时大钩载荷为:

F1 =G1 ×344=848 KN≈85吨

按照密闭容器计算，每米套管所受浮力为：

ƒ=ρngＶw=1.15×10×0.352386=4.052439 KN

因为每米管子的自重小于在泥浆中产生的浮力：ƒ- G＞0

当底口封闭时，由于ƒ＞ G，所以从下浮力塞后，就要向管内注入泥浆才能下沉。

每米管内泥浆重为：Gn=ρngＶn=1.15×10×0.315535≈3.629 KN

灌满泥浆以后每米增加拉力:

F2 =(G+Gn -ƒ) =(2.89+3.629–4.0524) =2.4666KN

ƒ=1.64 F2

所以，从344m开始，每下25米灌16米泥浆可保持空管长度与泥浆柱比例1：1.6，大钩载荷始终在85吨以内，可最大程度利用钻机机械提升能力，减少因浮力的增加产生对管壁的压力差。空管120m，此时大钩拉力约75吨。

防止无水段钢管横向失稳（压扁）问题：按简化的压力容器计算，（泥浆比重1.15，钢管外径670mm，钢管皮厚18mm，孔深按580m计算，无水段高320m。）横向失稳安全系数仅为1.66，根据《机械设计手册》第4篇机械设计力学基础，手册安全系数应为3，考虑到外压泥浆不是等压的，应取值2.5较为合理。经反复调整，可取无水段高为212m。

为此，钢管内应灌水，另要充分用足大钩提升力。

1）总浮力为：（580-50）×358.5＝190005 kg＝190 t

2）钢管总重：289.4×580＝167852 kg≈168 t

3）钢管内每米容积：πR2=0.3155 m³

4）悬浮时配重水高度：（190-149）/ 0.3155＝129 m

5）大钩提升力考虑用到30t，则可追加水高度：30 / 0.3155＝95 m

6）无水段高：580-50-129-95＝306 m

结论：安全系数：1.96<2.5。仍满足不了安全系数的要求。

经研究决定采用增加大钩提升力的办法，多加60m的水，此时大钩提升力为：189×0.3155＝59.6 t，结论：是安全的。

井管对接采用管箍焊接方式，保证管口合缝、同心，工作管接缝由二人同时焊接，焊接采用J422型，按照下管作业流程，逐根检查对接，下部接缝焊牢，上部焊缝突出，确保焊缝密实、牢固。

下管操作步骤：

将井管运至井口，用吊车吊上井台，上紧管卡；

用钻机升降机拉起井管，利用扶正器对接；

由专业人员操作对井管进行焊接，两班制每班三名电焊工同时作业，

拉起井管，对接好井管并检查合格后，拆除下部管卡，注意工具及螺丝不得掉入井内，缓慢下沉井管。

固管：大口径管路固管施工技术：注浆前将TBW-1200B泥浆泵Ф160mm缸套换成Ф130mm缸套，可实现10Mpa注浆压力，而1000m深井注浆压力差在6Mpa左右，所以可以满足注浆要求。护壁管或工作管下放安装到位后，将浮力塞打掉，再下放一趟底端留有注浆孔的管路至孔底，孔口牢靠固定注浆管路并密封管口，在密封板上打孔焊接减压阀连接压力表，注浆管路与供浆系统牢固连接并进行压力试验，系统压力试验≥8Mpa，合格后注浆系统形成。配制好的纯水泥浆通过大泵将水泥浆注入井底，再通过护壁管或工作管底端预留的注浆孔将水泥浆源源不断地注入管壁与孔壁之间的环状空间，直至水泥浆返至地面，达到护壁管或工作管与地层充分融合固结成一体。

固管前的准备工作：建造清水池一个，连接清水管道，做好排污准备，足量水泥浆运至现场，连接高压管道并要求性能良好，保证工作正常，固管设备：固井泵TBW—1200/7B，最高工作的压力：10Mpa，最大排量：1200L/min，固管方法：本孔工作管的固井，采用从孔底灌注水泥浆，经孔壁与管壁之间的环状间隙返出井口的固井方法。下钻：下管作业结束后，下Ф600mm组合钻头将砂浆浮力塞打掉起上来，再下光钻杆，离孔底1～3m，套管上端口用钢板封闭，同时焊接一块抗震压力表。开泵冲孔：检查钢板封闭效果，有无漏浆现象，稀泥浆循环钻孔。泵浆同管：水泥浆从孔底经环状间隙返出井口，停泵。

固管后工作：工作管下放安装固定到位后，需要将工作内泥浆清理干净。一是孔内大量泥浆（一般在300立方左右）冲进井下造成安全事故；二是必须形成中空通道，上面与瓦斯抽采站连接，下部与切眼管连接，实现瓦斯抽采。采用Ф425*8mm长度10m左右管材自制底进底出提水吊桶，单钩提升将工作管内泥浆打净形成中空安全通道，解决了管内泥浆无大扬程水泵抽浆难题，实现瓦斯抽采。泵浆结束后，将管口固定在护壁管中心，保持管口、天轮、转盘中心在同一轴线上。水泥养护48小时后，同时清理泥浆池。水泥凝固后，孔壁与工作管的环状间隙有一定清水析出，另用干水泥封固。固管合格后，用Ф425*7mm焊管制作下口带合页门的水桶将工作管内泥浆打掉，并用清水将工作管内壁清洗一次。

如图1所示，本发明是施工工艺流程为：井口定位→埋设护口管→表土钻进（防偏和纠偏）→表土段顺孔→安装护壁管→护壁井管固定→护管壁后水泥养护→基岩段钻进（一级、二级钻进）→制作工作管浮力塞→基岩段顺孔→安装工作管→打浮力塞→工作管固定→工作管壁后水泥养护→提泥浆。

如图2所示，深大口径瓦斯抽采示意机构图中首先进行钻孔定位控制，根据钻孔设计坐标，测量放线，钻机安装后、在开孔前，进行复测。钻机安装前，钻塔基座底盘必须贴实混凝土地坪基础，然后进行钻塔、钻机的安装，确保底盘、钻塔、钻机的安装水平、周正。开孔前，严格检查天车、转盘、孔口三者中心在同一垂直线上，并在施工中经常检查、校正。

开孔钻进时，主动钻杆＋接箍＋Φ445mm三牙轮钻头钻进时，应轻压、慢转钻进。使主动钻杆垂直并用经纬仪跟踪测量、校正。为防止孔斜必须使用刚性好、强度大的粗径钻具和提吊减压钻进的方法进行钻进，以减少钻具弯曲，防止孔斜超限。

根据地层岩性特点选择钻进参数：

1）第四系表土层：要求大泵量、轻钻压、高转速钻进。参考值：压力：800～1200Kg，转速1～2档，泵量：1200L/min，泵压：15～20Kg/cm³；

2）基岩部分：要求大泵量、高钻压、低转速钻进。参考值：压力：1500～3000Kg，转速1档，泵量：1200L/min，泵压20～30Kg/cm³；

3）换径钻进时，应连接导向钻具，以保证钻孔同心，同时，采用轻压、慢转的方式，压力减小至正常压力的50%左右。钻进0.5m后，恢复正常压力钻进；

4）测斜采用JTD-VA陀螺测斜仪跟踪测斜，每隔50m设置一个测点，下套管及变径时均需增加测斜次数，发现孔斜超限，及时采取纠斜措施；

5）孔斜控制目标为 孔斜率≤2‰；

6）钻进过程中，加尺钻具用钢尺准确丈量，计算并及时记录；

7）每进尺100m及下套管前均需用钢尺丈量钻具，校正孔深，其误差不得大于0.3m，反之必须重新丈量。

泥浆的技术参数及质量控制是钻进成孔的关键，采用旋流振动筛大泵量循环控制泥浆，提高泥浆排渣能力，实现喷射钻进又解决了泥浆提升速度，减少二次破岩，提高钻进效率，适时调整泥浆参数，减少塌孔、缩颈、漏浆现象，确保岩石钻进过程快速，降低了钻进过程事故率。

泥浆性能：为了满足该工程钻探工艺的需要，有效地保护孔壁，携带岩粉，提高钻进效率，采用优质泥浆进行护孔，下管时泥浆性能参数要求为：粘度20～23秒、比重1.10～1.25g/cm³、失水量﹤15ml/30min、含砂量﹤2%、PH值8～9。

下管工作是整个工序的重点和难点所在，由于工作管超过了钻塔承载能力，故采用浮力下管的方法首先要下管过程浮力计算，确保工作管能下放到指定位置，（以Φ670×18mm工作管为例）

Φ670×18mm的工作管按每米计算，则：

管内容积为：

Ｖn=3.14 / 4×Dn²×h=3.14 / 4×0.6342×1=0.315535m³

管外体积为：

Ｖw=3.14 / 4×Dr²×h=3.14 / 4×0.672×1≈0.352386m³

每米套管的自重为：

m=(670-18) ×18×0.02466=289.41Kg

G=mg=0.289×10=2.89KN

敞口套管每米所受浮力：

ƒc=ρng（Ｖw-Ｖn ）=1.15×10×(0.352386-0.315535)≈0.423787KN

每米空套管在泥浆中的重力:

G1 =G- ƒc=2. 89KN-ρng（Ｖw-Ｖn ）=2.466213 KN

大钩载荷:85吨=850 KN

下到344m处,此时大钩载荷为:

F1 =G1 ×344=848 KN≈85吨

按照密闭容器计算，每米套管所受浮力为：

ƒ=ρngＶw=1.15×10×0.352386=4.052439 KN

因为每米管子的自重小于在泥浆中产生的浮力：ƒ- G＞0

当底口封闭时，由于ƒ＞ G，所以从下浮力塞后，就要向管内注入泥浆才能下沉。

每米管内泥浆重为：G_n=ρngＶn=1.15×10×0.315535≈3.629 KN

灌满泥浆以后每米增加拉力:

F₂ =(G+Gn -ƒ) =(2.89+3.629–4.0524) =2.4666KN

ƒ=1.64 F₂

所以，从344m开始，每下25米，灌16米泥浆可保持空管长度与泥浆柱比例1：1.6，大钩载荷始终在85吨以内，可最大程度利用钻机机械提升能力，减少因浮力的增加产生对管壁的压力差。空管120m，此时大钩拉力约75吨。

固管质量控制是瓦斯抽采井成功的重要依据，采用标号为G级52.5R水泥按0.6～0.65的水灰比配制的纯水泥浆进行固管。现场建造两个Φ2m×2m的搅拌池进行连续造浆，实现水泥浆连续灌注。

泥浆灌注方法，步骤如下：

1）将管内用泥浆灌满；

2）用Φ114mm光钻杆下至孔底；

3）灌注稀泥浆，充分冲洗钻孔底部，待孔内泥浆全部上返后再灌注水泥浆；

4）在灌注水泥浆前，用钢板将钻杆与套管（瓦斯管）间的环形用焊接封闭并加固；

5）待孔内返出纯水泥浆后为注浆结束；

6）压入一定量的替换水，替换出钻杆内水泥浆，闷压4小时（水泥浆初凝）再卸压，割除封闭钢板，提出孔内钻杆。

固管合格后，用Ф425*7mm焊管制作下口带合页门的水桶将工作管内泥浆打掉，并用清水将工作管内壁清洗一次。采用自制底进底出提水吊桶，单钩提升将工作管内泥浆打净形成中空安全通道，解决了管内泥浆无大扬程水泵抽浆难题，实现瓦斯抽采。

本发明已成功应用于X矿瓦斯抽放钻孔、X煤矿中央区瓦斯抽采钻孔二和X集团X矿业X煤矿地面下井瓦斯抽采井施工过程，有效地解决井下瓦斯一直困扰矿井安全的难题，实现了井下瓦斯地面抽采，得到了业主单位的高度评价，同时取得了良好的经济效益、社会效益和环保效益。

该法应用于煤矿瓦斯抽采，排水通道和井工开采矿井的应急救援通道等领域，随着国家对煤矿瓦斯的综合治理并用，本着“以利用创效益、以效益促抽采、以抽采保安全、以安全促生产”的理念，变害为宝，必将在煤矿或非煤矿山等井工开采的矿井领域广泛的应用，本技术具有不可替代的使用价值，处于国内领先水平。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种深大口径瓦斯抽采井施工方法，具体步骤如下：

步骤一、根据设计施工要求准备钻井装备，在需要打井的部位测放孔位，测量井口标高，确定井的深度；

步骤二、在钻孔指定位置将孔口管垂直固定在地层里并高出地表200mm，周围用水泥砂浆填埋，在出浆方向割开泥浆出口，其截面同泥浆沟槽，钻机底盘安装后，将孔口管用光圆钢筋均分四个点，并将其与底盘固定，以防孔口管在施工中坠入孔内；

步骤三、以组合钻头配钻铤全断面开口钻进，钻进至100m，测孔一次，确保钻孔上部偏斜控制在2‰以内，以探明地质情况，指导后续施工，改用扩孔组合钻头钻进至基岩稳定层面并调配泥浆；

步骤四、安装护壁管并固管，以浮力塞下沉将护壁管下放至设计深度，然后将浮力塞打掉，再下放一根底端留有注浆孔的管路至孔底，孔口牢靠固定注浆管路并密封管口，将纯水泥浆泵入井底，再通过护壁管底端预留的注浆孔将水泥浆注入管壁与孔壁之间的环状空间，直至水泥浆返至地面，达到护壁管与地层充分融合固结成一体；

步骤五、基岩段钻进，根据钻孔直径大小，决定几级钻进，首先使用超前钻三牙轮组合钻头，配备钻铤全断面钻进至一定位置扩孔，再改为超前钻进再扩孔，循环往复直至设计深度；

步骤六、下管用浮力塞进行漂浮下沉，下管结束后打掉浮力塞，用泥浆泵将纯水泥浆通过管路注入井底，再通过工作管底端预留的注浆孔将水泥浆源源不断地注入管壁之间的环状空间，直至水泥浆返至地面，达到工作管与地层充分融合固结成一体，固管合格后，将工作管内泥浆打掉，并用清水将工作管内壁清洗一次，整个施工全部完成；

所述步骤四中，固管前的准备工作：建造清水池一个，连接清水管道，做好排污准备，足量水泥浆运至现场，连接高压管道并要求性能良好，保证工作正常，本孔工作管的固井，采用从孔底灌注水泥浆，经孔壁与管壁之间的环状间隙返出井口的固井方法，下管作业结束后，下组合钻头将砂浆浮力塞打掉起上来，再下光钻杆，离孔底1～3m，套管上端口用钢板封闭，同时焊接一块抗震压力表；检查钢板封闭效果，有无漏浆现象，稀泥浆循环钻孔；水泥浆从孔底经环状间隙返出井口，停泵；固管后工作：工作管下放安装固定到位后，需要将工作内泥浆清理干净，采用管材自制提水吊桶，单钩提升将工作管内泥浆打净形成中空安全通道，上面与瓦斯抽采站连接，下部与切眼管连接，实现瓦斯抽采；泵浆结束后，将管口固定在护壁管中心，保持管口、天轮、转盘中心在同一轴线上，水泥养护48小时后，同时清理泥浆池，水泥凝固后，孔壁与工作管的环状间隙有一定清水析出，另用干水泥封固，固管合格后，用焊管制作下口带合页门的水桶将工作管内泥浆打掉，并用清水将工作管内壁清洗一次；

所述步骤五中，根据地层岩性特点选择钻进参数：

1）第四系表土层要求：压力：800～1200Kg，转速1～2档，泵量：1200L/min，泵压：15～20Kg/cm³；

2）基岩部分要求：压力：1500～3000Kg，转速1档，泵量：1200L/min，泵压20～30Kg/cm³；

3）换径钻进时，应连接导向钻具，以保证钻孔同心，同时，采用轻压、慢转的方式，压力减小至正常压力的50%，钻进0.5m后，恢复正常压力钻进；

4）测斜采用JTD-VA陀螺测斜仪跟踪测斜，每隔50m设置一个测点，下套管及变径时均需增加测斜次数，发现孔斜超限，及时采取纠斜措施；

5）孔斜控制目标为孔斜率≤2‰；

6）钻进过程中，加尺钻具用钢尺准确丈量，计算并及时记录；

7）每进尺100m及下套管前均需用钢尺丈量钻具，校正孔深，其误差不得大于0.3m，反之必须重新丈量；

所述步骤六中，下管时泥浆性能参数要求为：粘度20～23秒、比重1.10～1.25g/cm3、失水量﹤15ml/30min、含砂量﹤2%、PH值8～9；采用标号为G级52.5R水泥按0.6～0.65的水灰比配制的纯水泥浆进行固管；

泥浆灌注方法，步骤如下：1）将管内用泥浆灌满；2）用光钻杆下至孔底；3）灌注稀泥浆，充分冲洗钻孔底部，待孔内泥浆全部上返后再灌注水泥浆；4）在灌注水泥浆前，用钢板将钻杆与套管间的环形用焊接封闭并加固；5）待孔内返出纯水泥浆后为注浆结束；6）压入一定量的替换水，替换出钻杆内水泥浆，闷压4小时再卸压，割除封闭钢板，提出孔内钻杆，固管合格后，用焊管制作下口带合页门的水桶将工作管内泥浆打掉，并用清水将工作管内壁清洗一次。

2.根据权利要求1所述的深大口径瓦斯抽采井施工方法，其特征在于：所述步骤三中，组合钻头为HJ637GΦ600mm三牙轮组合钻头，配备Φ510mm钻铤，钻头与钻铤连接为法兰高强度螺栓连接；所述步骤五中，实施喷射钻进，钻进时每隔100m测孔一次，确保钻孔偏斜控制在2‰以内，钻进过程中要进行减压钻进，钻压不得超过钻头重量的70%。

3.根据权利要求1所述的深大口径瓦斯抽采井施工方法，其特征在于：所述步骤四中，注浆采用TBW-1200B泥浆泵，配Ф130mm缸套。

4.根据权利要求1所述的深大口径瓦斯抽采井施工方法，其特征在于：所述步骤六中，以两台TBW-1200/7B泥浆泵进行泥浆循环，工作管下放安装固定到位后，将工作管内泥浆清理干净。

5.根据权利要求4所述的深大口径瓦斯抽采井施工方法，其特征在于：以Ф425*8mm长度10m管材自制提水吊桶，单钩提升将工作管内泥浆打净，形成中空安全通道，实现瓦斯抽采。

6.根据权利要求1所述的深大口径瓦斯抽采井施工方法，其特征在于：所述步骤六中，管材下放深度应和孔深相符，与设计孔深的误差为0～0.5 m，管路安装固井施工后，进行静水试漏。

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