Φ50三棱钻杆
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用赵建国;赵江鹏;许超;吴智峰【摘要】针对传动滑动钻进方法施工千米以上长距离定向钻孔遇到的问题,借鉴石油钻井领域先进技术经验,提出煤矿井下近水平复合定向钻进技术,对其高效钻进机理与钻孔轨迹控制原理进行了分析探讨.根据复合定向钻进工艺技术要求,完成了泥浆脉冲无线随钻测量系统选型,完善了复合定向钻进技术装备配套,形成了泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进工艺,开展了煤矿井下长距离定向钻孔复合定向钻进现场试验,完成一个1566 m本煤层定向长钻孔.试验结果表明,与传统滑动定向钻进技术相比,在钻进安全性显著提升的基础上,复合定向钻进技术综合钻进效率显著提升,实现了本煤层定向长钻孔的安全高效钻进.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P202-206)【关键词】复合定向钻进;泥浆脉冲;随钻测量【作者】赵建国;赵江鹏;许超;吴智峰【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】P634随着我国煤矿井下高产高效综采技术全面推广，煤矿安全生产对于煤矿井下地质异常体探测钻孔、水害防治钻孔与瓦斯抽采钻孔轨迹精确控制要求不断提高，随钻测量定向钻进技术在煤矿坑道钻探工程领域迅速推广，广泛应用于煤层瓦斯抽采治理，矿井水害防治，井下隐蔽致灾地质因素探查，采空区防灭火等工程领域[1-2]。
在上述背景下，传统的滑动定向钻进技术逐渐暴露出一些问题和不足：下斜定向长钻孔钻进返渣不畅，局部孔段易出现积渣卡钻情况；碎软地层孔壁稳定性差，易发生塌孔埋钻、卡钻事故；随着钻孔深度的增加，孔内钻柱存在“托压”现象，导致钻机推进压力过高，不利于实现深孔钻进。
上述问题的出现，一定程度上制约了随钻测量定向钻进技术在煤矿井下定向长钻孔中的进一步推广。
重型泵钻机说明书ZYW3000重庆煤科院
操作人员必需经过培训才可运用本钻机；
操作人员运用钻机前必需详细阅读本运用说明书；
钻机钻孔进程中，应有专职平安员跟班作业。
执行规范：MT/T356-2005
Q/MKC396-2020
版本号：V1.0
出版日期：2021/05
平安警示：
1)操作人员随身衣物应合身并束紧，以免缠上钻机的运动部件而对肢体形成损伤；
8)钻机钻孔进程中加接钻杆时，夹持器必需夹紧钻杆，防止钻杆从钻孔中滑落伤人；如运用螺旋钻杆，未运用夹持器时，钻机只能钻进远水平孔，且操作人员应采取相应平安措施，防止钻杆从钻孔中滑落伤人；
9)钻机钻孔进程中，钻机前方严禁站人，操作人员站在钻机的正面，严禁操作人员正对钻杆操作；
钻机钻孔进程中，操作人员接近钻机外露运动部件时，应留意平安；
11)运用调斜油缸时一定要渐渐推进手把，严禁突然推进〔或拉动〕手把，使得机架升降过快而惹起平安事故；
12)钻机液压系统不得在走漏形状下运转，当液压油有走漏时，应及时掩埋；
13)钻机配置的电动机应运用YBK型防爆电机；钻机配套电机、液压胶管、矿用单体液压支柱应有平安标志，且平安标志在有效期内。
1 用途及适用范围………………………………………………………………………………………1
将推进手把向后拉，缓慢调理小泵进油阀片下方的平安阀，使油压逐渐上升，当操作台旋转压力表(右1)指示为28MPa时，继续调理该平安阀，压力不会再上升，此压力为小泵出口压力；松开该平安阀，再缓慢调理该平安阀，当操作台推进压力表(左1)指示为21MPa时，锁紧该平安阀，此压力为起拔压力。将推进手把向前推，缓慢调理推进阀片上方的平安阀，当操作台推进压力表(左1)指示为20MPa时，锁紧该平安阀，此压力为推进压力。
三棱钻杆焊缝区断裂分析及解决措施
（ ５ ） 焊趾处 光 滑过渡 到母 体 ， 减 少应 力集 中。
３ ． ５ 焊 接 过 程 的 控 制
焊缝 及热 影 响 区粗 晶 区的 晶粒组织 与加 热温 度 和线能 量相关 。加热 温 度 过 高 ， 在 高 温处 停 留时 间 过长 ， 线 能量 过大 ， 都将 导 致 晶粒 粗化 严 重 ， 粗 晶组 织 脆性 变大 。因此 ， 必 须控 制 加 热 温 度 和 焊接 线 能 量， 适 当 降低 加热 温度 和线 能量 ， 缩 短在 高温处 的停
２ ４
肖 丽辉 等： 三棱钴杆焊缝区断裂分析及解决措施
第１ ４ 卷 第５ 期
等情况 ， 降低了焊接处的强度 。 （ ３ ） 焊缝 结构 不合 理 。 由于应 力集 中 ， 造成 焊接
处 出现 裂纹 和未 焊透等 缺 陷 。
３ 解 决措 施
道焊接 能起 到预 热 的作 用 ， 减少 焊 缝 及 热 影 响 区 的
３ ． ２ 三棱 钻杆 焊接后 热 处理
留时间， 使焊缝区获得细小 晶粒组织 ， 提高焊接处的
韧性 。
４ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结论
在松 软 煤 层钻 孔 施 工 中 ， 三棱 钻 杆 易 断裂 的缺 陷 限制 了其推 广 应 用 。在 以后 的研 究 中 ， 还 需 不 断
通过 金 相 分析 可 知 ， 三 棱钻 杆 焊 缝 区 晶粒 及 显 微 组织 十 分粗 大 ， 还 存 在 着 不 同 程度 的 内应 力 及 热 裂纹 ， 其组 织 和性 能 都 难 以 达 到要 求 。为 改 善 焊 接 区 的性 能 ， 必须 对焊 缝采 取及 时 的保 温 和 回火工 艺 。
Ｅ ８ ］ 田东庄． 矿用高强度钻 杆关键制 造工艺技 术分析 Ｅ Ｊ Ｉ ．
石油钻井各种钻具参数
四方钻杆12钻铤1弯曲强度比：内螺纹危险截面摸数与外螺纹危险断面抗弯截面摸数之比。
1234三、钻杆1、API钻杆加厚尺寸图(X、G、S)2、API钻杆加厚尺寸34四、转换接头:1、转换接头的种类转换接头根据外形与使用分为以卜二种型式A型（同径式）：一只转换接头只有一种外径尺寸，代B型（异径式）：一只转换接头只用两种外径尺寸，代C型（左旋式）：转换接头的连接螺纹为左旋形式，代转换接头的种类（SY5200—93、SY/T6152-1995）号为JTA。
JTBo号为JTC注：（1）、转换接头的连接螺纹弯曲强度比应控制在3.20:20—1.90:1之间。
（2）、转换接头的钻具当其直径差大于15mm时可采用B型转换接头（水龙头转换接头和打捞转换接头除外）。
1、接头型号与标记（1）转换接头型号表示法（SY5200-93）转换接头和光坯代号出厂批次出厂年号制造厂名或标志代号例：某厂（代号R）1989年按SY5200-93标准生产的第13批C型水龙头转换接头，两端有41/2正规左旋外螺纹，内径上部57.2mm,下部41.99mm,标记为：R8913（2）转换接头标记代号（SY5200-93）内螺纹代号水眼直径外螺纹代号内螺纹端螺纹代号水眼直径外螺纹端螺纹代号型式（A、B、C）种类（1、2、3、4、5、6、7）接头代号例：1989年按SY5200-93标准生产第四批B型过度转换接头，一端为NC50外螺纹，另一端为NC46内螺纹，内径50.8mm,标记为：标记槽内标记：R8904外表面标记：JT3BNC44—50.8GXNC—50.8M2、接头螺纹扣型的表示方法螺纹扣型叫法目前有三种，一种是国内各油田习惯叫法（如411/410、521/430）;第二种是美国API石油学会规定的老式叫法（如：4FH（贯眼）、41/2内平、41/2REG正规；第三种（数字型）是美国API石油学会规定的新叫法（如：NC50、N46、NC38）。
瓦斯抽采技术标准
瓦斯抽采技术标准一、瓦斯抽采钻孔施工前准备1、抽采钻孔施工现场必须悬挂施工管理牌板，内容包括钻孔设计平面图、剖面图、设计参数等，并能够指导钻孔施工定位。
操作管理牌板、司机岗位责任制等各类牌板齐全。
2、检查准备工作。
要检查打钻地点及附近巷道顶板支护完好情况；检查钻机、钻具、机电设备完好情况；检查钻机立柱、戗柱稳固情况；检查紧固件是否紧固；检查液压管路连接是否畅通、正确，检查油量、油压是否符合规定；检查各类操作手把是否到位；检查打钻供水、压风系统是否满足打钻需求；检查打钻配套防灭火、防尘、装臵是否齐全；检验合格后，钻机接通水源、电源进行试转。
二、瓦斯抽采钻孔施工现场管理标准1、抽采钻机稳设（1）抽采钻孔的施工，应优先选择能力较强的ZDY4000S型或其他具备同等能力以上的钻机。
（2）配套钻杆选用易于排渣的三棱或螺旋钻杆，钻机夹持器要相适应，并要求与钻杆配合紧密。
（3）钻头直径一般选择为75～94mm，在地质构造附近和软煤层发育地区，应选用与钻杆直径一致的钻头，防止夹钻。
（4）钻机冷却器密封垫、油管等易老化部件要及时更换，冷却油要及时补充。
（5）钻孔施工可采用水力或风力排渣方式，施工地点供风（水）管路直径应不小于75mm。
（6）掘进工作面正前施工抽采钻孔时，必须打设牢固可靠的钻机压柱，迎面支柱要求打紧褙牢。
（7）合理安排打钻、移钻等作业工序，确保打钻作业连续，提高打钻效率。
（8）钻机调整好打钻方向后，必须打好压柱，将钻机固定牢固。
（9）钻机线路、管路吊挂整齐，电机、操作台布臵合理，并应留出不小于0.7m 的安全通道。
（10）有抽采钻孔的皮带巷，每100-200m应加设过桥便于测量。
2、打钻防尘管理（1）打钻时要使用孔口除尘装臵。
（2）在打钻作业地点要在下风侧10~15m处安设一道降尘水幕，并配合喷雾装臵使用(或安设其它有效的除尘装臵)，打钻期间打开喷雾。
（3）打钻巷道应每班冲刷积尘，积尘厚度不得超过2mm。
钻杆性能参数表
表A.1新钻杆性能（API标准钻杆）代号1代号2公称壁厚（mm）钢级加厚型式钻杆接头连接代号新钻杆内螺纹外径(mm)外螺纹内径(mm)近似重量(kg/m)上扣扭矩(kN.m)管体拉伸屈服(t)接头拉伸屈服(t)管体扭转屈服(kN.m)接头扭转屈服(kN.m)管体挤毁压力(MPa)管体最大内部压力(MPa)23/8 6.657.11G EU NC2685.7344.4510.58 5.5987.77142.2811.869.32150.57149.3627/810.409.19G EU NC31104.7850.8016.5010.70136.11224.8621.9317.84159.35159.52 27/810.409.19S EU NC31111.1341.2817.1913.67175.01282.9728.2022.79204.88205.10 31/213.309.35G EU NC38127.0061.9121.9117.93172.45321.1735.2129.88136.23133.21 31/213.309.35S EU NC38127.0053.9822.2221.56221.73382.1245.2735.93175.15171.27 414.008.38G IU NC40139.7061.9123.6224.21181.21406.9544.2040.35109.60104.52 414.008.38S IU NC40139.7050.8024.0229.50232.99489.9456.8349.16138.87134.39 41/216.608.56G IEU NC46158.7576.2027.7231.72209.91475.5658.4852.8795.3294.88 41/216.608.56S IEU NC46158.7569.8528.0436.09269.89537.0175.1860.14115.65121.99 519.509.19G IEU NC50168.2882.5532.9541.66251.21575.5978.1469.4489.6291.73 519.509.19S IEU NC50168.2869.8533.6051.57322.99703.84100.4785.95108.05117.93 51/221.909.17G IEU51/2FH184.1588.9037.6258.74277.58734.4796.2597.9174.1483.1651/221.909.17S IEU51/2FH190.5076.2039.2770.58356.89873.41123.76117.6487.42106.9251/224.7010.54G IEU51/2FH184.1588.9041.3358.74315.75734.47107.3997.9196.6295.6051/224.7010.54S IEU51/2FH190.5076.2042.9670.58405.96873.41138.07117.64117.37122.911表A.2一级钻杆性能（API标准钻杆）代号1代号2公称壁厚（mm）钢级钻杆接头连接代号一级钻杆最小接头外径(mm)最大接头内径(mm)偏磨内螺纹最小台肩宽度(mm)最小外径&最大内径上扣扭矩(kN.m)管体拉伸屈服(t)接头拉伸屈服(t)管体扭转屈服(kN.m)接头扭转屈服(kN.m)管体挤毁压力(MPa)管体最大内部压力(MPa)23/8 6.657.11G NC2683.3449.21 3.97 4.4468.34112.739.137.40129.13136.56 27/810.409.19G NC31100.0157.94 5.168.12105.75173.3816.8113.53137.29145.84 27/810.409.19S NC31103.1951.59 6.7510.43135.97219.4721.6217.39176.52187.52 31/213.309.35G NC38118.2770.64 6.3513.40134.72244.4827.2622.33115.97121.79 31/213.309.35S NC38122.2463.508.3317.10173.21307.9835.0528.51149.11156.59 414.008.38G NC40127.0074.617.1417.03142.36292.0534.5428.3980.1395.56 414.008.38S NC40131.7666.689.5321.66183.04366.3744.4136.1095.40122.86 41/216.608.56G NC46142.0888.907.5422.02165.21336.6245.8236.7065.2786.74 41/216.608.56S NC46146.8480.179.9228.79212.42434.4458.9147.9975.59111.53 519.509.19G NC50154.7896.048.7329.56197.83415.9161.2849.2760.4383.86 519.509.19S NC50160.3486.5211.5138.27254.36531.1378.7963.7869.15107.82 51/221.909.17G51/2FH170.66108.749.1337.07218.95474.5975.6761.7947.3376.03 51/221.909.17S51/2FH176.21100.0111.9147.06281.50595.3797.2978.4451.6897.75 51/224.7010.54G51/2FH172.24105.579.9240.46248.48519.6884.1367.4466.3787.40 51/224.7010.54S51/2FH178.5995.2513.1052.22319.47656.99108.1687.0377.06112.372表A.3二级钻杆性能（API标准钻杆）代号1代号2公称壁厚（mm）钢级钻杆接头连接代号二级钻杆最小接头外径(mm)最大接头内径(mm)偏磨内螺纹最小台肩宽度(mm)最小外径&最大内径上扣扭矩(kN.m)管体拉伸屈服(t)接头拉伸屈服(t)管体扭转屈服(kN.m)接头扭转屈服(kN.m)管体挤毁压力(MPa)管体最大内部压力(MPa)23/8 6.657.11G NC2682.5551.59 3.97 3.8358.9896.827.84 6.38117.16119.49 27/810.409.19G NC3198.4360.33 4.377.1991.16154.7214.4111.99124.88127.62 27/810.409.19S NC31101.6055.56 5.959.01117.21191.2918.5215.02160.57164.08 31/213.309.35G NC38116.6873.82 5.5611.66116.46214.0923.4719.43103.71106.57 31/213.309.35S NC38119.8668.267.1414.70149.74266.4030.1824.50126.84137.01 414.008.38G NC40124.6278.58 5.9514.56123.43251.7729.8724.2662.9883.62 414.008.38S NC40128.5972.237.9418.47158.69315.2238.4130.7872.53107.51 41/216.608.56G NC46139.7092.08 6.3519.38143.37298.5539.6932.3049.5475.90 41/216.608.56S NC46143.6785.738.3324.52184.33373.3651.0240.8754.6397.59 519.509.19G NC50152.40100.017.5425.71171.73364.3553.1042.8645.1773.38 519.509.19S NC50157.1692.089.9233.29220.80465.3868.2755.4748.8194.35 51/221.909.17G51/2FH167.48112.717.5431.67190.21416.3565.6452.7833.7866.53 51/221.909.17S51/2FH173.04105.5710.3240.79244.56519.6884.4067.9837.6885.53 51/224.7010.54G51/2FH169.86110.338.7335.18215.61451.5472.8658.6450.5376.48 51/224.7010.54S51/2FH174.63101.6011.1145.00277.22574.1693.6774.9955.9598.333表 B.1新钻杆性能(非API标准钻杆)代号1代号2公称壁厚（mm）钢级加厚型式钻杆接头连接代号新钻杆内螺纹外径(mm)外螺纹内径(mm)近似重量(kg/m)上扣扭矩(kN.m)管体拉伸屈服(t)接头拉伸屈服(t)管体扭转屈服(kN.m)接头扭转屈服(kN.m)管体挤毁压力(MPa)管体最大内部压力(MPa)27/810.409.19G EU NT2995.0050.8015.8812.06136.20154.0021.9020.10159.35159.52 27/810.409.19S EU NT2995.0050.8015.8812.06175.10154.0028.2020.10204.88205.10 27/810.409.19S EU NC31104.8050.8016.5010.70175.01224.8628.2017.84204.88205.10 31/213.309.35G EU PD29101.6050.8019.7712.00172.50216.9035.2020.00136.23133.21 31/213.309.35S EU PD29101.6050.8019.7712.00221.80216.9045.2020.00175.15171.27 414.008.38G IU PD39130.0065.1022.7123.32181.30339.0044.2038.87109.60104.52 414.008.38S IU PD39130.0061.9022.7925.20233.80366.9056.8042.00138.87134.39 519.509.19S IEU NC50168.2882.5532.9541.66323.20575.90100.4069.44108.05117.93 519.509.19G EUE NC52173.0488.9032.9544.52251.21592.0078.1474.2089.6291.73 521.909.65S EUE NC52172.0088.9036.6244.73337.9592.79104.2974.55118.96123.77 524.1010.92V EUE NC52172.0088.9041.0148.46420.26642.19127.1880.77162.57155.63 519.509.19S IEU BHDS50168.3082.6034.9753.47322.99575.98100.4789.11108.05117.93 51/223.909.65S IEU BHDS55184.20101.6040.9656.8374.47574.55128.8894.6697.88112.52 51/223.909.65S IEU BHDS55184.2095.3041.1566.3374.47657.43128.88110.597.88112.524表B.2一级钻杆性能(非API标准钻杆)代号1代号2公称壁厚（mm）钢级钻杆接头连接代号一级钻杆最小接头外径(mm)最大接头内径(mm)偏磨内螺纹最小台肩宽度(mm)最小外径&最大内径上扣扭矩(kN.m)管体拉伸屈服(t)接头拉伸屈服(t)管体扭转屈服(kN.m)接头扭转屈服(kN.m)管体挤毁压力(MPa)管体最大内部压力(MPa)27/810.409.19G NT2990.0052.00 3.809.30105.75145.0016.8115.50137.29145.84 27/810.409.19S NT2992.0052.00 4.8010.50135.97145.0021.6117.50176.52187.52 27/810.409.19S NC31103.2050.807.7510.68135.97220.7221.6217.80176.52187.52 31/213.309.35G PD2998.0053.00 5.409.70134.72201.0027.2616.17115.97121.79 31/213.309.35S PD2998.0053.00 5.409.70173.21201.0035.0416.17149.11156.59 414.008.38G PD39124.0067.007.2019.40142.36323.0034.5332.3380.1395.56 414.008.38S PD39126.0065.108.2021.80183.04339.0044.4036.3395.40122.86 519.509.19S NC50160.3486.5211.5138.27254.36531.1378.7963.7869.15107.82 519.509.19G NC52165.1092.5010.8539.40197.83549.0061.2865.6760.4383.86 521.909.65S NC52162.4088.9011.135.89265.87475.3381.6959.8278.41113.16 524.1010.92V NC52162.4088.9011.138.88329.88514.9499.2464.81118.85125.74 519.509.19S BHDS50155.1082.6010.142.77254.36416.6778.7971.2969.15107.82 51/223.909.65S BHDS55168.50101.609.2545.44295.13422.12101.275.7360.52102.88 51/223.909.65S BHDS55170.8095.3010.453.04295.13473.86101.288.460.52102.885表B.2二级钻杆性能(非API标准钻杆)代号1代号2公称壁厚（mm）钢级钻杆接头连接代号二级钻杆最小接头外径(mm)最大接头内径(mm)偏磨内螺纹最小台肩宽度(mm)最小外径&最大内径上扣扭矩(kN.m)管体拉伸屈服(t)接头拉伸屈服(t)管体扭转屈服(kN.m)接头扭转屈服(kN.m)管体挤毁压力(MPa)管体最大内部压力(MPa)27/810.409.19G NT2989.0053.00 3.308.5091.16138.9014.4114.17124.88127.62 27/810.409.19S NT2991.0053.00 4.309.60117.21138.9018.5216.00160.57164.08 27/810.409.19S NC31101.6050.80 6.959.64117.21198.9918.5216.07160.57164.08 31/213.309.35G PD2995.0055.00 3.907.50116.46187.0023.4712.50103.71106.57 31/213.309.35S PD2996.0055.00 4.408.20149.74187.0030.1813.67126.84137.01 414.008.38G PD39122.0069.00 6.2017.10123.43305.0029.8728.5062.9883.62 414.008.38S PD39124.0067.007.2019.40158.69323.0038.4132.3372.53107.51 519.509.19S NC50157.1692.089.9233.29220.80465.3868.2755.4748.8194.35 519.509.19G NC52161.9295.009.9233.90220.8465.3861.2856.5045.1773.38 521.909.65S NC52159.7088.909.7531.38230.7417.2870.7452.2957.1699.02 524.1010.92V NC52159.7088.909.7533.99285.88452.0585.7856.6592.49110.02 519.509.19S BHDS50151.2082.608.1537.43220.8337.4768.2762.3848.8194.34 51/223.909.65S BHDS55165.10101.607.5539.76256.29346.9187.7466.2642.9190.02 51/223.909.65S BHDS55166.8095.308.4046.41256.29384.3187.7477.3542.9190.026注：1、代号1为钻杆管体规格的无量纲名称；代号2为钻杆管体单位长度质量的无量纲名称；2、一级钻杆其壁厚最小为公称壁厚的80%；二级钻杆其壁厚最小为公称壁厚的70%；3、表中所列的性能值不包括安全因素，通常基于单一载荷条件，例如只受拉力。
煤矿钻孔塌孔原因分析及处理方法
㊀㊀收稿日期:２０１９－０７－１２㊀㊀作者简介:李彬(１９９０－)ꎬ男ꎬ河南焦作市人ꎬ２０１３年毕业于河南理工大学ꎬ助理工程师ꎬ现从事矿井地测防治水㊁瓦斯治理技术工作ꎮ煤矿钻孔塌孔原因分析及处理方法李彬㊀任金武(河南能源化工集团永华能源有限公司嵩山煤矿ꎬ河南洛阳４７１９２４)㊀㊀摘㊀要:在矿井瓦斯抽采及防治水钻孔施工过程中ꎬ因地层松软ꎬ岩石破碎等原因造成的钻孔塌孔非常常见ꎮ所有钻探事故中ꎬ塌孔事故约占５０％ꎬ塌孔可造成钻具脱落㊁折断ꎬ卡钻㊁埋钻等钻探事故ꎬ而且塌孔事故严重影响钻探施工进度及钻孔工程质量ꎬ对钻孔注浆质量或瓦斯抽采效果有很大影响ꎬ对矿井的安全生产以及采掘接替造成不利影响ꎮ本文分析煤矿钻孔塌孔的原因ꎬ结合日常钻探工作中处理钻孔塌孔的经验ꎬ列举常见的几种塌孔事故进行论述ꎬ通过采取多种处理塌孔的方法㊁措施ꎬ能够有效处理和减少塌孔事故ꎬ提高了钻孔施工效率ꎬ保障矿井的安全生产及采掘接替工程的正常进行ꎮ关键词:瓦斯抽采ꎻ防治水ꎻ钻孔塌孔ꎻ注浆ꎻ多级套管ꎻ三棱钻杆ꎻ钻进效率中图分类号:Ｆ４０６.３ꎻＴＤ７１２㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１００８－０１５５(２０１９)１４－０１０７－０２在受水害威胁区域及水文条件复杂的矿井㊁高瓦斯矿井㊁煤与瓦斯突出矿井ꎬ需要做到 有掘必探㊁先探后掘㊁先治后采 抽采达标 ꎮ因此ꎬ超前治理水㊁瓦斯灾害显得尤为重要ꎬ直接影响矿井的安全生产及采掘接替的正常进行ꎮ瓦斯抽采及防治水钻孔的施工中ꎬ随着钻孔月进尺数逐步增大ꎬ经常有塌孔的现象发生ꎬ如果不进行妥善处理ꎬ便会引发埋钻㊁卡钻㊁钻杆折断等事故发生ꎬ轻则影响施工进度ꎬ重则导致钻孔报废ꎬ不仅影响钻孔进尺数ꎬ还造成不必要的人力㊁物力的浪费ꎮ本文通过分析钻孔塌孔的原因ꎬ结合日常钻探工作中的经验ꎬ提出４种解决方法ꎬ能够有效处理并减少塌孔ꎮ１钻孔塌孔原因分析１.１钻探导致地层平衡被破坏造成塌孔在钻孔施工过程中ꎬ煤(岩)层的原始结构状态因钻孔施工造成破坏ꎬ孔壁的不稳定性增加ꎬ受地应力㊁承压水及瓦斯压力的影响ꎬ可能造成孔壁坍塌或掉渣ꎬ大块岩石滞留在孔内无法排出ꎬ从而导致孔内发生不同类型㊁不同程度的卡钻㊁拥堵㊁缩颈ꎮ在煤层中钻进ꎬ尤其是在高压瓦斯聚集区及煤层松软区ꎬ可能引发煤岩突出或喷出情况ꎬ造成孔内塌孔ꎮ１.２遇地质构造ꎬ地层松散㊁破碎造成塌孔在受地质构造影响区域钻进时ꎬ钻孔遇到完整性差㊁松软㊁裂隙发育的煤(岩)层ꎬ钻进导致钻孔上方煤(岩)失稳ꎬ出现坍塌㊁掉渣的现象ꎬ形成直径远大于钻孔直径的空洞ꎬ即 钻洞 ꎮ 钻洞 内壁不能自稳导致坍塌ꎬ同时钻孔在施工过程中返出的钻渣不能顺利排出孔外ꎬ在 钻洞 处继续充填㊁堆积ꎬ从而造成塌孔埋钻㊁卡钻ꎮ用于钻孔排渣的风(水)由于 钻洞 的存在而造成流速不足ꎬ不能满足钻孔排渣的需求ꎬ不足以将钻孔内的钻渣排出ꎮ随着钻孔施工的进行ꎬ钻孔内滞留的钻渣不断堆积ꎬ最终造成钻进时阻力增大㊁泵压升高ꎬ继而引发抱钻㊁埋钻事故ꎮ１.３钻进揭露含水层岩溶裂隙导致塌孔地下含水层发育着大小不一的岩溶裂隙及溶洞ꎬ钻孔揭露含水层后ꎬ岩层内水压的平衡被破坏ꎬ钻进至较大的岩溶裂隙㊁溶洞中ꎬ钻头无法将岩石破碎的较细ꎬ溶洞中也可能冲出一定量的岩块ꎬ岩块直径大于孔壁间隙时会堵塞在钻杆与孔壁之间ꎬ孔内持续冲出的岩块影响压力水的正常流通ꎬ逐渐将钻杆抱死ꎬ可造成卡钻ꎮ若钻孔裸孔段有泥岩ꎬ在含水层水的持续浸泡下ꎬ泥岩膨胀碎裂ꎬ可能坍塌ꎬ造成塌孔埋钻事故的发生ꎮ１.４钻机司机不正确操作导致塌孔在钻机司机操作钻机钻进过程中ꎬ可能因为经验不足或责任心不强导致塌孔事故发生ꎬ如:①不现场交接班或钻机损坏检修时间过长ꎬ在钻孔钻进一定深度ꎬ尤其是大俯角钻孔ꎬ钻杆长时间留在孔底ꎬ甚至关闭压力水ꎬ导致孔内钻屑沉积ꎬ造成埋钻ꎻ②为追求进尺ꎬ无视前方岩石状况ꎬ加大给进压力ꎬ盲目钻进ꎬ造成孔内钻屑越积越多ꎬ不能及时排出ꎬ泵压升高ꎬ最终导致埋钻ꎻ③遇岩石较破碎时下设套管短ꎬ无法对孔壁起到保护作用ꎬ易发生塌孔ꎻ④发生明显的塌孔埋钻预兆时未及时采取措施ꎬ继续钻进导致埋钻㊁卡钻ꎻ⑤钻进或透孔㊁复钻时钻机移位未进行调整ꎬ钻孔方位角或倾角与原施工时不一致导致钻孔跑偏ꎬ孔道增大导致塌孔甚至拧断钻杆ꎮ２钻孔塌孔的处理方法２.１反复扫孔处理塌孔在钻孔施工过程中ꎬ于钻孔塌孔应早期识别ꎬ防止扩大塌孔或者埋钻ꎮ发生泵压突然升高㊁钻机旋转速度变慢㊁孔内反水(风)变小且伴随颜色７０１变浑浊ꎬ预示着钻孔将发生塌孔ꎮ此时应立即拔钻ꎬ拔钻速度不宜过快ꎬ防止钻头在拔钻过程中被卡死ꎮ将钻杆起至反水正常且颜色变浅或钻渣减少后停止拔钻ꎬ缓慢地再向孔内旋转钻进ꎬ在下钻过程中发现泵压再次升高㊁旋转速度变慢㊁反水(风)变小且颜色浑浊时ꎬ再次拔钻ꎮ重复以上过程ꎬ直到孔内不再塌孔ꎬ泵压㊁旋转㊁反渣各项正常后方可继续钻进ꎮ但在下钻过程中应时刻注意泵压ꎬ拔钻和下钻都需要缓慢进行且应带旋转拔(下)钻ꎮ２.２钻孔注浆处理塌孔如果在钻进过程中出现钻杆在孔内上下晃动且幅度较大ꎬ钻机旋转速度不均匀ꎬ钻机前进速度忽快忽慢等现象ꎬ意味着钻孔内有裂隙且伴有坚硬的碎石ꎮ因钻进区域岩石裂隙较多ꎬ处理此类的塌孔可直接注浆ꎬ对裂隙进行充填ꎮ待浆液充分凝固后ꎬ进行透孔钻进即可ꎮ如果在钻进过程中遇到 钻洞 现象ꎬ由于钻孔内岩石破碎并堆积了大量的钻渣ꎬ采用直接注浆的方法ꎬ浆液难以通过 钻洞 到达孔底ꎬ注浆效果差ꎮ处理此类塌孔可不带钻头(防止埋钻)ꎬ将钻杆下到孔底ꎬ使用压力水对钻孔进行冲洗ꎬ将 钻洞 内的岩石及钻渣冲出形成空洞ꎬ将注浆管路连接到钻杆上ꎬ通过钻杆直接向孔底注浆ꎮ由于钻杆与孔壁间缝隙很小ꎬ孔底随浆液上升的岩石钻渣会逐渐挤压ꎬ会使浆液充满 钻洞 并向周围岩石裂隙蔓延ꎮ待压力上升后停止注浆并拔出钻杆ꎬ待浆液充分凝固后ꎬ原 钻洞 内破碎的岩石已被水泥胶结ꎬ进行透孔钻进即可ꎮ２.３孔内下入多级套管处理塌孔如果通过钻孔注浆仍不能有效处理钻孔塌孔ꎬ且钻孔深度不是特别深的情况下ꎬ可采用下入多级套管技术进行处理ꎮ先对钻孔进行冲洗ꎬ将钻孔内的岩石和钻渣尽量冲出ꎬ然后在孔内下入比原套管更细的套管ꎮ如果套管卡在塌孔位置无法深入ꎬ可使用螺丝头通过钻机旋转给进或在套管一头安装取芯钻头将套管钻进过塌孔位置ꎬ然后进行孔内注浆加固套管ꎮ待浆液充分凝固后ꎬ更换小直径钻头透孔钻进即可ꎮ２.４采用三棱钻杆配合小直径钻头钻进处理塌孔除以上方法外ꎬ还可采用三棱钻杆(三棱圆弧凸棱形瓦斯抽放钻杆)配合小直径钻头钻进方法进行处理ꎬ直径略大于钻杆直径ꎬ如Φ７３ｍｍ三棱钻杆配合Φ７５ｍｍ钻头ꎮ三棱钻杆多用于瓦斯抽放钻孔的施工ꎬ在煤层中钻进时ꎬ可增加排渣通道ꎬ孔壁成型效果好ꎮ通过在现场施工中的不断试验ꎬ摸索出三棱钻杆配合小直径钻头处理钻孔塌孔的方法ꎬ该方法有以下优点:(１)采用三棱钻杆可有效增大孔内排渣通道ꎬ扩大了岩石通过的直径ꎮ(２)三棱钻杆在转动过程中ꎬ三个棱面可对岩石进行粉碎ꎬ使钻渣直径变小㊁颗粒变细ꎮ同时ꎬ钻孔内的钻渣围绕钻杆同向运动ꎬ利用三棱差径搅拌使钻渣不致沉淀ꎬ始终处于悬浮状态ꎮ依靠高压水(风)将钻渣从钻杆和钻孔壁之间的空隙中排出ꎬ排渣效果好㊁钻孔阻力小ꎬ起到排渣ꎬ防堵㊁防卡钻的作用ꎮ塌孔部位 钻洞 内钻渣可以分的排出ꎮ(３)由于三棱钻杆的排渣通道大于圆形钻杆ꎬ所以配合略大于钻杆直径的小钻头不会对钻孔排渣造成影响ꎮ钻头直径小ꎬ更有利于穿过塌孔区域ꎬ且在钻进过程中产生的钻渣量也随之减少ꎮ由于钻头直径仅略大于钻杆直径ꎬ所以在塌孔时不易发生因岩石卡住钻头造成的埋钻㊁卡钻事故ꎬ并且缩小了钻孔直径ꎬ提高了钻孔的施工效率ꎮ(４)采用此方法注意事项:①由于构造不同ꎬ三棱钻杆的强度低于圆形钻杆ꎮ所以在钻孔施工过程中ꎬ钻机泵压不能过高ꎬ防止三棱钻杆发生折断ꎮ应采取低压㊁低速钻进ꎬ给予充分排渣时间ꎬ防止钻杆折断ꎻ②三棱钻杆的３条圆弧凸棱在钻孔内受摩擦力较多ꎬ磨损较快ꎮ如果在坚硬岩层中使用ꎬ三棱钻杆相较于圆形钻杆使用寿命短ꎬ发现钻杆磨损严重应及时更换ꎻ③三棱钻杆由于钻杆近似于三角形ꎬ所以在静止状态下容易被钻渣卡住发生抱钻㊁卡钻ꎮ在使用三棱钻杆时ꎬ应减少停钻时间ꎮ若遇特殊原因需要长时间停钻时ꎬ应将钻杆拔起至安全位置ꎮ３结语在煤矿钻孔施工过程中ꎬ塌孔事故较为常见ꎬ极大地制约了钻孔施工进度ꎬ影响钻孔施工质量ꎬ但只要能够及时判断塌孔原因ꎬ采取针对性措施ꎬ塌孔施工并不难处理ꎮ本文针对常见的塌孔原因ꎬ提出４种行之有效的处理方法ꎬ对钻孔施工效率和质量有很大的提升作用ꎬ可促进矿井水害及瓦斯灾害治理工作ꎮ参考文献:[１]任金武.煤矿坑道钻探塌孔原因分析及防治[Ｊ].煤ꎬ２０１２ꎬ(１０):３９－４０.(责任编辑:张春玲)８０１。
圆弧形三棱抽放钻杆在大众煤矿的应用
圆弧形三棱抽放钻杆在大众煤矿的应用摘要：大众矿属煤与瓦斯突出矿井，典型的“三软”煤层，煤层瓦斯含量高。
工作面在回采过程中，因煤体瓦斯抽排效果不好导致工作面、回风流及采面上隅角瓦斯经常超限，造成正常采煤频繁停止，对产量限制极大。
而煤体瓦斯释放效果不好的原因之一是本煤层瓦斯抽放钻孔打不深，钻孔密度小，工作面沿走向中部煤体内存在钻孔空白带，瓦斯得不到有效抽排，对安全生产构成极大威胁。
结合大众矿现阶段瓦斯抽放情况，选用圆弧形三棱抽放钻杆，对该矿本煤层瓦斯实施钻孔抽放，有效地解决了钻孔成型浅，抽放效果不好的问题，取得了良好效果。
关键词：圆弧形三棱抽放钻杆在大众煤矿的应用1概述大众矿属煤与瓦斯突出矿井，典型的“三软”煤层，煤层瓦斯含量高。
工作面在回采过程中，因煤体瓦斯抽排效果不好导致工作面、回风流及采面上隅角瓦斯经常超限，造成正常采煤频繁停止，对产量限制极大。
而煤体瓦斯释放效果不好的原因之一是本煤层瓦斯抽放钻孔打不深，钻孔密度小，工作面沿走向中部煤体内存在钻孔空白带，瓦斯得不到有效抽排，对安全生产构成极大威胁。
结合大众矿现阶段瓦斯抽放情况，选用圆弧形三棱抽放钻杆，对该矿本煤层瓦斯实施钻孔抽放，有效地解决了钻孔成型浅，抽放效果不好的问题，取得了良好效果。
2矿井概况大众矿为煤与瓦斯突出矿井，现开采的二1煤层，煤层赋存比较稳定，地质构造中等。
煤种类型为瘦煤，煤尘无爆炸性，不易自燃煤层，瓦斯含量高，中国矿业大学对我矿进行了《-500m以上水平二1煤层瓦斯参数研究》，测定二1煤层瓦斯含量分别为7.543m3/t～8.045m3/t，平均含量为7.794m3/t，透气性系数为0.02-0.035m2/(MPa2.d)，瓦斯解析指标K1值为0.35mL/(min0.5·g)，坚固性系数平均值f=0.279，瓦斯放散初速度平均值△P=19.377mmHg，煤样的吸附常数a=33.21m3/t，b=1.30MPa-1，煤的孔隙率平均值为5.443%，瓦斯压力为0.40MPa、0.50MPa、0.37Mpa。
安林煤矿复采区“三软”煤层打钻深孔成孔技术与应用论文
安林煤矿复采区“三软”煤层打钻深孔成孔技术研究与应用摘要：突出煤层在打钻过程中，常常遇到夹钻、喷孔、卡钻、掉钻等问题。
严重的还可能会诱发瓦斯突出事故。
为解决突出松软煤层生产过程中的煤与瓦斯突出问题，最主要的手段就是进行深孔打钻，通过在钻孔设计、钻具改进和打钻工艺等的研究，摸索出一套行之有效的办法，有效解决了突出松软煤层打钻难问题。
关键词：深钻孔成孔技术研究应用中图分类号：td235 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2011）10（c）-0000-001矿井概况：安林煤矿位于河南省安阳县境内，属安阳—鹤壁煤田北中部，矿井生产现为三个采区（三采区、六采区、八采区），其中三采区为复采区。
复采区位于原三采区采空区内，设计布置2条复采下山和3个复采工作面。
其中复采下山位于三采区皮带下山北侧，掘进中穿过原23041、原23061、原23081工作面采空区，皮带下山、回风下山各长210m，井下标高为-102m~-200m，下山倾角22。
2技术背景当前，在全国范围内，松软突出煤层中虽然有钻孔深度超过150m，甚至200多米的纪录，但大部分的钻孔深度仍在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦斯抽放成本很高，我矿在“松软低透气性”煤层钻孔深度平均仅为50m，因此，突出煤层钻进常见问题的处理是煤与瓦斯突出矿井急待解决的问题之一。
在突出煤层在打钻过程中，常常遇到夹钻、喷孔、卡钻、掉钻等问题。
严重的还可能会诱发瓦斯突出事故。
复采区掘进工作面位于原三采区中部，该掘进面瓦斯赋存量大，巷道顶板压力大，应力集中，煤层松软，渗透性差。
在这种煤层中钻进，容易产生塌孔、卡钻、喷孔等现象。
如不及时采取可行的处理措施，将造成钻孔报废，掉钻杆（每掉一次杆按20根计算，折合人民币2000元左右）、钻孔打不深等后果。
突出松软煤层深孔钻进是公认的世界难题。
为解决突出松软煤层生产过程中的煤与瓦斯突出问题，最主要的手段就是进行深孔打钻，通过在钻孔设计、钻具改进和打钻工艺等的研究，摸索出一套行之有效的办法，有效解决突出松软煤层打钻难问题。
煤矿井下超长钻孔常见事故原因分析及处理方法分析
FORUM 论坛管理106 /矿业装备 MINING EQUIPMENT煤矿井下超长钻孔常见事故原因分析及处理方法分析□ 李 杨 阳煤集团翼城华泓煤业有限公司当前，我国煤矿井下已经逐渐开始运用与普及千米钻机装备以及随钻测量仪器，并且部分地区其钻孔深度已达600~1 000 m，且能够施工出超过1 000 m 的超长钻孔，以更好的提升抽采瓦斯的效率与数量，为大幅提升抽采瓦斯效果打下良好基础。
不过因为煤矿井下情况非常复杂，加上钻孔事故均在很大程度上影响到了钻孔施工，使得超长钻孔成孔质量受到影响，不但使得钻孔效率下降，而且还加大了作业成本。
所以非常有必要对煤矿井下超长钻孔常见事故原因及其处理方法进行分析。
1 常见事故原因分析煤矿井下超长钻孔常见事故有堵孔、喷孔、塌孔、卡钻和顶钻等，这些情况在软煤层中较为普遍。
1.1 堵孔形成堵孔的原因是没有及时将孔内的残渣、煤粉清理干净，造成钻进过程中被钻孔内不断积存的煤粉渣堵孔，无法继续工作。
1.2 喷孔喷孔是一种动力现象，可想而知是在一定压力作用下产生的，是高压瓦斯、应力集中和软煤层三种综合因素产生的结果。
1.3 塌孔塌孔形成的原因有以下三种情况：（1）由于煤质软，孔壁在钻进过程中受到振动导致崩塌现象；（2）基于重力作用向下，随着钻孔深度的不断增加钻头会向下偏移，造成孔型不直甚至弯曲，导致钻杆在钻进过程中摆动，孔壁受到破坏；（3）本身喷孔在一定程度上已经对孔壁造成破坏。
1.4 卡钻顾名思义就是钻头卡在孔内，既不能继续钻进同时又被孔内粉渣压紧退不出来。
主要是喷孔时没有及时退钻，且积尘、煤粉渣不断增加，加上惯性钻进导致钻头和钻杆被积存物压紧，进一步加重堵孔、塌孔的现象，从而造成卡钻事故的发生。
当然，卡钻是建立在堵孔、塌孔或喷孔的基础上，是较为严重的钻孔事故。
1.5 顶钻在钻进过程中常常会出现钻头打滑的现象，这就是顶钻。
顶钻是由瓦斯流压力逼近给进压力造成的钻头打滑，无法前进的一种现象，是暗示喷孔的前兆。
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Φ50三棱钻杆
一、产品参数
Φ50三棱钻杆
直径(mm)50
长度(mm) 800-1500
扭矩（N.M）3500
建议钻孔深度50-100m
接头形式锥螺纹
连接形式子母螺纹连接
生产工艺摩擦焊接
主要用途瓦斯排放，矿山开采，地质勘探，水利
工程，高铁隧道
关键词三棱钻杆
二、产品特点
本系列产品系我公司近期与科研单位共同开发的专利产品（专利号为：201020122744.8/201120359764.1）。
三棱钻杆全称为三棱圆弧凸棱型瓦斯抽放钻杆，根据接头连接形式分为锥螺纹型，高压螺纹密封型和三棱插接型。
本产品采用优质合金钢管为钻杆杆体，两端接头采用优质42Crmo中碳合金钢为材料，经高压处理成型，真空调质
处理。
采用国际先进的过盈焊接装配生产工艺制造而成，避免了因不能使用摩擦焊工艺焊接造成的的质量隐患，与同类产品相比大大提高了产品的机械性能和适应复杂地质条件深孔钻探的能力。
本系列产品已成为松软地质条件下和松软煤层深孔钻探的首选类型。
三、其他相关参数
序号
规格型号mm 接头形式连接形式
建议钻
孔深度
理论
扭矩
N.m 钻杆直
径
长度
1 Ф50 800～1500 锥螺纹子母螺纹
连接50～
100m
3500
2 Ф6
3 800～1500 锥螺纹子母螺纹
连接
50～120m 5200
3 Ф73 800～1500 锥螺纹子母螺纹
连接
50～180m 6500
4 Ф73 800～1500 高压螺纹
密封子母螺纹
连接
50～180m 6500
5 Ф73 800～1500 三棱插接四方连接50～250m 7500
四、产品说明
1、三棱钻杆需进行定期保养维护确定保养周期，定期进行防锈防尘处理。
2、三棱钻杆的使用需在钻机的额定钻距内，根据钻距的技术参数型号采用相配的钻杆。
3、三棱钻杆采用矿用地质类专用地质钻探管与其相配的接头摩擦焊接而成，所以其具有很好的随动性和较高的抗拉强度，可以适应在常规钻探和排放瓦斯用。
在硬岩层、煤层或其他特殊环境作业时，需根据钻杆实际材质物理性能和参数确定其钻进深度等。
4、三棱钻杆与钻头配套使用时，通常情况下钻头应大于钻杆直径，在钻进过程中应时刻注意钻机和钻杆的状况。
如出现卡钻、暴死等现象，应立即停钻或回钻后缓慢钻进保证钻杆不弯曲扁形。
5、三棱钻杆在通风或通水时，钻进时应确定钻杆为紧密连接。
钻杆有密封件时，如O型密封圈等要注意密封件的使用情况，在出现破损、腐蚀等现象时，要及时更换密封件。
钻进完成后，对密封件做保养清理工作。
6、三棱钻杆钻进时应手动轻轻旋紧，保证紧密配合（螺纹类），不可用钻机直接上钻，防止对钻杆造成损害。
7、若钻杆使用后弯曲度超过标准要求或螺纹损害等造成无法正常作业的应及时做报废处理或回厂返修。
8、根据标准要求，应保证钻杆的钻进深度复合地质钻探相关要求防止钻杆因钻进深度达到钻杆使用极限，发生脱落现象的发生。
9、在酸碱地区工作时，需注意对钻杆的腐蚀作用。
在完成钻进时，应及时用清水清理杆体表面去除腐蚀层。
10、三棱钻杆需在干燥处存放，底部应多点支撑，长期储存时应对钻杆定期维护保养。
11、钻杆不得做重尾堆放的支撑平台，不得将钻杆随意放置在碎石、煤堆下或散乱堆放。
12、三棱钻杆保养除锈/尘清理后应扣上防护帽或装箱封存保证钻杆常用常新。