瓦斯治理是制约集团公司煤炭产业实现高产高效的一大难题,钻孔抽采瓦斯是瓦斯防治的有效手段。为此,集团公司成立千米钻机应用工作专班,瞄准“定得准、打得深、抽得好”,在各矿井积极推进千米钻机的应用,提升瓦斯抽放能力,解决瓦斯抽采难题。
今年3月,新宇岩土公司在新景佛洼3号煤轨道巷钻场,率先打成集团公司首个500米孔深的气动螺杆无线电磁波定向长钻孔。4月,在平舒15号煤三采区15304工作面顺槽钻场,单孔进尺先后突破540米、582米、606米,连续刷新集团公司定向钻孔最深纪录,为集团松软煤质条件下适用千米钻机瓦斯治理探索出一条新路子。
深入调研找对策
按照集团公司安排,新宇岩土公司承接了四个矿共七个点中两个地点的试验项目,分别在平舒15号煤三采区15304工作面顺槽和新景佛洼3号煤轨道巷进行钻进试验。然而,钻孔实际施工过程困难重重,新景和平舒两座矿井煤质均较为碎软,实钻过程中返渣与成孔较为困难。
如何实现长距离松软煤层一次性钻进?新宇岩土公司结合不同功率千米定向钻机的适用条件,对前期其他矿井定向钻机试验不理想的现象进行了研究分析,经过多次现场对比分析,他们发现钻孔成孔率受煤层瓦斯压力、钻机功率、冲洗介质及泵压等因素影响。所以,选择设备是关键。
新宇岩土公司转变思路,摒弃了过去通常扭矩为6000N·m、以水为冲洗介质的定向钻机,在新景佛洼3号煤轨道巷,选用西安煤科院研发的ZDY-15000LD型千米钻机配合气动螺杆马达与无线电磁波测量系统进行试验,并使用高压氮气作为冲洗介质,能很好地避免下行钻孔返渣困难、水冲孔壁造成塌孔等诸多不良影响,能够在碎软煤层中大大提高成孔率,改善抽放效果。
在平舒15号煤三采区15304工作面顺槽钻场,他们选用ZYL-17000D型千米定向钻机进行试验。该设备是定向长钻孔钻冲一体化的装备,额定扭矩为17000N·m,既可以提供长距离松软煤层的钻进动力,实现快进快退,又可以在深孔中完成冲穴(造穴),实现卸压增透抽采的目的。
值得一提的是,ZYL-17000D型千米定向钻机可以在钻孔施工过程中直接进行“精准冲孔造穴”,实现从“无轨浅孔造穴”到“定向深孔造穴”钻进。通过控制钻孔轨迹,可以精准探测煤层的顶板、底板变化情况,不仅能增加煤层的透气性,提高抽采效果,还能为智能化开采提供精准的数据,确保矿井安全高效开采。
优化工艺解难题
由于集团公司所属生产矿井开采煤层属于沁水煤田,大部分矿井瓦斯赋存条件复杂,地质构造多,是碎软低渗突出难抽采煤层,瓦斯含量大,煤层透气性较低,坚固性差,钻孔成孔率受构造影响,钻孔成孔困难,存在塌孔、卡钻等现象。
为解决这一瓶颈问题,新宇岩土公司开展了定向钻机施工技术调研,通过查论文、阅资料、跑现场、听报告等方式,最终找到了解决办法。
他们在调研中发现,在平舒15号煤三采区15304工作面顺槽钻场,使用“钻冲扩”工艺,既可满足钻进的高泵量,又可满足冲扩的高泵压。经验证,可以实现一趟定向钻进和冲扩造穴,从出煤量来看,实现了冲扩直径500毫米的造穴要求,卸压效果好。
此外,根据实际情况,他们在新景公司佛洼3号煤轨道巷钻场,选择使用气动螺杆无线电磁波定向钻进工艺,并配置了DMJ-900/20型以上规模的制氮机(配套空压机)及直径89气动螺杆马达和无线电磁波定向测量装备,减少了水动力对孔壁的冲蚀,解决了松软煤层遇水塌孔的问题,从而让长钻孔孔壁更加稳定、安全。
千锤百炼始得金
今年3月8日,新景佛洼3号煤轨道巷2号定向钻孔钻进至设计深度504米准备起钻验孔时,孔内发生塌孔卡钻现象,工程进入停滞状态。
504米的深度,在国内打捞难度较大。为尽快解决卡钻事故,经过多方研讨分析、试验施工,新宇岩土公司打破常规的直径146毫米扩孔钻头惯例,采用大直径钻头,即利用直径127毫米扩孔钻杆配直径168毫米钻头,对卡钻钻孔进行套铣。凭借着13年的现场施工经验和全员持有特工证的人才队伍优势,仅用3天,他们成功套铣打捞钻孔内的钻具,套铣深度创全国纪录。
与此同时,为打造一流的施工队伍,新宇岩土公司强化职工日常培训,在设备使用初期,让厂家技术人员带领施工;在设备故障出现时,让厂家维修人员培训讲解。此外,新宇岩土公司还主动联系定向钻进行业内其他厂家、人员进行业务交流,推动职工快速、全面地掌握新设备、新工艺。
在钻孔施工中,为了提升打钻工技术水平,同时加强现场管控,新宇岩土公司建立了定向钻机施工进度汇报与技术交流群,由队组值班人员负责将钻机施工的数据参数汇报到群内,其他技术成员动态了解井下钻孔施工情况,发现问题及时通知井下进行调整;建立完善打钻日志汇报制度,安排队组每日进行1次打钻技术经验总结,在遇到重大技术难题时,迅速召开技术分析会进行集中讨论。经过一段时间的摸爬滚打,钻机司钻技术水平快速提升,为两个试验项目的成功奠定了良好基础。
与瓦斯赛跑,只有起点,没有终点。新宇岩土公司将不忘初心、砥砺前行,蹚出一条具有华阳特色的瓦斯治理新路子。