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大佛寺礦40104運順鉆孔事故分析及處理技術

文檔作者：趙永哲文檔來源：煤炭科學研究總院西安研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月10日
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18 探礦工程(巖土鉆掘工程) 第36卷第11期
大佛寺礦40104運順鉆孔事故分析及處理技術
趙永哲
(煤炭科學研究總院西安研究院，陜西西安710054)
摘要：針對大佛寺礦40104工作面運順鉆孔抱鉆、掉鉆事故的具體狀況，經(jīng)分析鉆孔事故發(fā)生的可能原因，對鉆
具打撈方案進行分析優(yōu)選，通過理論分析與現(xiàn)場實踐相結合，成功打撈了孔內(nèi)鉆具，為采煤排除了安全隱患。
關鍵詞：鉆孔事故；抱鉆；鉆具打撈；鉆進工藝
中圖分類號：TD713 ．32；P634．5 文獻標識碼：A 文章編號：1672—7428(2009)l1—0018—03
Analysis of Borehole Accident and Countermeasures of the 40104 W orking Face Transport Tunnel in a Mine／
ZHA0 Yong-zhe(Xi’an Branch of China Coal Research Institute，Xi’an Shaanxi 710054，China)
Abstract：In this paper，borehole accident condition for the 40104 working face transport tunnel in a mine was introdueed，
the possible reasons for borehole accident were analyzed，drilling tool fishing projects were analyzed and optimized．The
theory analysis and field condition were combined together，drilling tools were fished successfully，and potential safety haz．
ard for coal mining was eliminated．It provides a reference for analysis and deal with borehole accident．
Key words：borehole accident；wedging of driling rod；drilling tool fishing；driling technology
1 概述
大佛寺礦40104工作面煤層賦存條件較好，煤
質(zhì)穩(wěn)定，采前分別在運順、回順本煤層采用交叉鉆孔
施工進行瓦斯預抽，為后期綜采起到安全保障作用。
但在距采面600 in左右的運順151號鉆孔施工過程
中，因施鉆人員疏忽，造成孔內(nèi)鉆具抱鉆事故，加之
沒有及時采取正確措施進行鉆孔處理，致使將近90
m鉆具丟人孔內(nèi)。礦方多次打撈仍未排除鉆孔事
故。當采煤工作面推進距事故孔將近20 nl時，為了
安全起見，利用我院的技術設備，經(jīng)專家會診、前期
準備、現(xiàn)場操作，僅用72 h便成功處理出孔內(nèi)鉆具，
保證了礦方安全生產(chǎn)，排除了重大安全隱患。
2 地質(zhì)概況
40104 工作面在井下401采區(qū)，緊貼4號煤中
央輔助運輸大巷，走向1906 in，傾向200 in。工作面
為4號煤層，黑色，半亮型，硬度系數(shù)2．5左右；煤層
賦存穩(wěn)定，有自燃發(fā)火性，煤塵具有爆炸危險，且發(fā)
火期特短，僅為3～5個月；厚度16．4～l9．75 in，平
均18．0 In；結構簡單，層狀構造，條帶狀結構，含一
層夾矸，厚度0．05～0．1 In，距煤層底板2．3～2．8 nl
不等。工作面整體向西南方向傾斜，煤層傾角2。～
5。，一般3。左右；距切眼100～520 m范圍內(nèi)發(fā)育有
一北西向構造帶，發(fā)育斷層1～2條，產(chǎn)狀180。～
210。，落差3～6 ITI。
該面無明顯偽頂，直接頂為泥巖，深灰色，厚層
狀，具水平紋理，富含植物葉化石，中間夾粉細砂巖
薄層，厚度2．0～3．5 m，一般2．5 In左右；直接底為
鋁質(zhì)泥巖，淺灰色，光滑細膩，團塊狀，含鮞粒，遇水
極易軟化膨脹，厚度3．7～6．0 ITI，一般5．5 in。4號
煤層頂?shù)装寰C合地質(zhì)柱狀圖見圖1。
層厚／m 柱狀 巖石名稱 巖性描述
1．25～3．40 淺灰色，夾灰白色細砂巖，波狀層
2．56 粉砂巖 理
． 含有黃鐵礦結核
1．90～5．74 淺灰色，夾粉砂巖條帶和薄煤層，
4．21
砂質(zhì)泥巖 水平紋理
，波狀層理，含植物化石
黑色，由亮煤組成，上部半亮型
15．O～19．2 4號煤 煤，下部半暗型煤，階梯狀斷口，
16．0o 中上部條帶結構，下部均一，裂隙
發(fā)育
l—I ? 灰1．53～13．3 |lE |_E 鋁質(zhì)泥巖 褐色 ，頂部 0．50 rll黑色炭質(zhì)泥
3．64 黑 巖，遇水膨脹，與下層漸變
1．52～3．20 淺灰色，下部夾細砂巖條帶，含炭
3．20 粉砂巖 質(zhì)包體
． 顯波狀層理
2．14 ～6．54
2 76
泥巖 淺灰色，夾砂質(zhì)泥巖薄層
圖1 綜合地質(zhì)柱狀圖
3 鉆孔事故狀況
3．1 鉆孔事故發(fā)生經(jīng)過
收稿日期：2009—03—30
作者簡介：趙永哲(1975一)，男(漢族)，陜西周至人，煤炭科學研究總院西安研究院工程師，勘察技術與工程專業(yè)，碩士，從事近水平定向鉆
進及松軟煤層鉆進技術的研究及推廣工作，陜西省西安市雁塔北路52號，zhaoyzh2468@163．com。
2009年11月 探礦工程(巖土鉆掘工程) 19
由于本煤層鉆孔施工孔徑小、深度淺(設計孔
徑76 mm、孔深125 m左右)，煤層地質(zhì)條件較好，一
般不易發(fā)生坍塌、卡鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故，鉆工施工
時采用靜壓水作為沖洗介質(zhì)，鉆進速度較快。在運
順距采面600 m左右的151號鉆孔鉆進將近90 m
時(由于沒有具體現(xiàn)場記錄資料，礦方最初無法提
供事故鉆孔的具體孔深，僅說明不會超過90 m)，出
現(xiàn)憋泵、無法回轉(zhuǎn)和起拔鉆具的孔內(nèi)抱鉆事故。
針對上述狀況，鉆工首先采用常規(guī)的增大扭矩、
強力起拔的方法，無法處理孔內(nèi)事故，隨后停止了此
孔的鉆具打撈。但在回采過程中，瓦斯?jié)舛认鄬^
高，當采煤距事故孔將近20 m時，為防止綜采過程
中采煤設備切割孔內(nèi)鉆具時產(chǎn)生高溫或火花，造成
瓦斯事故，當即決定再次打撈151號鉆孔孔內(nèi)鉆具，
礦方采用反卸鉆具、強力打吊錘等措施均未能順利
提出孔內(nèi)全部鉆具。
3．2 鉆孔事故原因分析
造成鉆孔孔內(nèi)事故的原因繁多，根據(jù)礦方介紹
鉆孔事故和處理經(jīng)過，初步判斷造成抱鉆的原因可
能為：
(1)用靜壓水作為沖洗液，水量和水壓不能隨
機調(diào)節(jié)，當鉆進速度過快時，鉆頭部位冷卻不充分，
燒鉆嚴重造成抱鉆；
(2)鉆孔過程中軌跡下偏過快，進入底板鋁質(zhì)
泥巖，遇水膨脹造成抱鉆。
4 事故處理方案確定
針對鉆孑L事故的可能原因，結合所處運順的具
體狀況，對抱鉆事故常用處理方法進行優(yōu)選，最終確
定了本次鉆孔事故處理的具體方案。
4．1 抱鉆事故常用處理方法
鉆孔事故處理方法眾多，針對憋泵抱鉆事故處
理方法主要有以下幾種：
(1)調(diào)低鉆機卡盤轉(zhuǎn)速，增大扭矩力，強行回轉(zhuǎn)
鉆具。先設法使鉆孔沖洗液能順利流出孔外，消除
憋泵狀況，再不斷回轉(zhuǎn)鉆具，直至鉆機系統(tǒng)壓力顯示
正常。抱鉆不太嚴重時采用此法簡單易行、效果較
好。
(2)利用鉆機強力起拔鉆具，直至起拔壓力顯
示正常。如果不能奏效，可考慮在孔口用打吊錘的
方法處理。此法針對坍塌、掉塊以及松散地層孔內(nèi)
事故處理效果較好。
(3)用大一級的鉆具前方接巖心管和取心鉆頭
打撈，只要保證隨后巖心管和取心鉆頭能夠通過事
故孔的鉆頭，一般可處理孔內(nèi)事故。此法適用于燒
鉆或進入泥巖較少的事故鉆孔。
(4)鉆機強力起拔的同時反卸鉆具。在上述方
法無法處理孔內(nèi)事故時采用此法，反卸鉆具的數(shù)量
與鉆孔過程中各節(jié)鉆具連接絲扣的松緊程度有關。
(5)反絲鉆具打撈。上述方法不能奏效時，為
了打撈盡可能多的孔內(nèi)鉆具常采用此法，但需要另
外配置一套反絲鉆具。
4．2 方案優(yōu)選
根據(jù)鉆孔事故原因分析，為了打撈出事故孔內(nèi)
所有鉆具和鉆頭，經(jīng)技術會診，決定采用大一級的鉆
具接巖心管和取心鉆頭打撈孔內(nèi)鉆具，同時選用與
鉆具匹配的鉆機。
5 鉆孔事故處理
5．1 所用設備機具
由于時間緊迫、任務艱巨，我們在接到求助的當
天就趕到礦方。本著打撈機具的選用必須符合優(yōu)選
方案，而且能夠滿足事故處理所在巷道尺寸要求的
原則，在我院現(xiàn)有鉆具和礦方現(xiàn)有鉆機的基礎上，配
置相應的打撈機具。151號鉆孑L鉆進所用主要機
具：ZDY650型全液壓鉆機，鉆機扭矩650 N·m；
050 mm外平鉆桿；075 mm內(nèi)凹復合片鉆頭。鉆孔
事故處理所選用打撈機具見表1。
表1 151號鉆孔事故處理所選用主要打撈機具
5．2 鉆場布置及機具連接
鉆孔事故孔口所在40104工作面運順寬度5．2
m，長度1300 m，巷道中靠近采煤一側(cè)布置有運輸皮
帶，另一側(cè)巷底設有運輸軌道。根據(jù)現(xiàn)有巷道狀況，
鉆機安放在軌道上，機身中軸線與鉆孔軸線平齊，保
證鉆機動力頭在機身后部時與孔口距離≥3 m，所有
鉆具放置在運輸皮帶上，鉆場布置見圖2。
受現(xiàn)場巷道寬度和布置限制，打撈鉆孔施工時，
機具連接和操作十分繁瑣：(1)必須卸掉鉆機前方
探礦工程(巖土鉆掘工程) 第36卷第11期
泵站 水便操縱臺 泥漿泵運順
圖2 鉆場布置圖
軌道
皮帶
夾持器，所用鉆桿須從動力頭前方加卸；(2)由于鉆
機動力頭主軸通孔和機身長度的限制，必須采用
063．5 mm×1．5 m和063．5 mm X 1．0 m鉆桿作為
主動鉆具；(3)每連接一次073 mm×3．0 m大通孔
鉆桿，需來回更換三次063．5 mm x 1．5 m和 3．5
mm X 1．0 m鉆桿；(4)由于卸掉夾持器后鉆機的聯(lián)
動功能失效，鉆具擰卸需人工用管鉗，費時費力。打
撈鉆具連接結構示意見圖3。
5．3 事故處理過程
113ram鉆頭 由108ram巖心管 75minx3．Om鉆桿 63．5mm×lm鉆桿 63．5mm×1．5m鉆桿 水便
圖3 打撈鉆具連接結構示意圖
鉆孔事故處理過程中，工作面采煤作業(yè)停止，每
天直接損失將近600萬，因此礦方各部門十分重視，
由通風副總直接掛帥，各相關部門通力合作，在鉆探
技術人員的指導下，由經(jīng)驗豐富的鉆工親自操作，在
認真執(zhí)行既定方案的同時現(xiàn)場調(diào)整細節(jié)內(nèi)容。盡管
受孔內(nèi)事故原因和孔深不明、巷道布置尺寸狹窄、鉆
機聯(lián)動功能無法實現(xiàn)、需頻繁倒換鉆具、用管鉗人工
上卸鉆具等不利條件限制，通過72 h的不懈奮戰(zhàn)，
終于成功打撈出孔內(nèi)全部鉆具和鉆頭。
由于礦方具體孔深不清楚，而且提供進入煤層
頂板燒鉆導致抱鉆的信息不準，在鉆具打撈過程中
需十分小心，需通過泥漿泵泵壓和鉆機系統(tǒng)壓力來
判斷打撈鉆具巖心管是否到達或穿過孔內(nèi)事故鉆具
鉆頭。
事故處理過程中，首先下入050 mm鉆桿與卡
入孔內(nèi)的鉆桿連接至孔外，并放置于巖心管和073
mm大通孔鉆具中進行正常鉆孔作業(yè)，當鉆進孔深
至83 m時，泵壓突然升高，鉆機系統(tǒng)壓力從6 MPa
瞬間升至13 MPa左右，而且鉆具回轉(zhuǎn)困難。根據(jù)孔
口返粉判斷可能進入底板鋁質(zhì)泥巖，為防止鉆孔縮
徑，當即強行提鉆12 m，此時連接050 mm心管出現(xiàn)
松動，判定鉆孔已穿過事故源，接著邊回轉(zhuǎn)邊向外起
拔心桿12 m。再次向外提外管時，鉆機回轉(zhuǎn)起拔困
難，而且出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，通過來回拉動鉆具，并及時
打開泥漿泵，泵壓上升較快則打開回水閥。經(jīng)多次
嘗試后，孔口出現(xiàn)回水，證明孔內(nèi)憋泵現(xiàn)象消除。隨
后帶水先提出外管后，再起拔050 mm內(nèi)管。提出
整個鉆具后檢查075 mm PDC鉆頭結構完好，由此
可斷定，鉆孔事故是由于鉆具進入煤層底板鋁質(zhì)泥
巖縮徑造成的。
6 結語
大佛寺礦40104工作面鉆孔事故給礦井生產(chǎn)帶
來了巨大的安全隱患。針對鉆孔事故的具體狀況，
經(jīng)理論分析、專家會診和現(xiàn)場事故處理，成功打撈出
孔內(nèi)鉆具，證明所用機具和工藝方法實用可行，可為
同類鉆孔事故處理提供參考。
鉆探工藝是一門綜合性實用學科，靈活性很強。
建議從業(yè)者需要不斷加強理論學習，并與日常生產(chǎn)
實踐相結合，才能達到少出鉆孔事故，提高鉆進效率
的目的。
參考文獻：
[1] 韓廣德．中國煤炭工業(yè)鉆探工程學[M]．北京：煤炭工業(yè)出版
社，2000．
[2] 趙永哲，石智軍，等．高位水平長鉆孔的定向工藝原理及應用
[J]．煤炭工程，2007，(8)．

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