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套銑打撈技術(shù)在定向鉆進(jìn)事故處理中的應(yīng)用

文檔作者：趙建國，牟培英，許超，董昌樂，范運(yùn)林文檔來源：中煤科工集團(tuán)西安研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月09日
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2013年第8期 中州煤炭 總第212期
套銑打撈技術(shù)在定向鉆進(jìn)事故處理中的應(yīng)用
趙建國，牟培英，許 超，董昌樂，范運(yùn)林
(中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西西安710077)
摘要：列舉了煤礦井下定向鉆進(jìn)施工中常見的鉆孔事故類型，對比了常用的鉆孔事故處理方法。分析了套銑
打撈技術(shù)的打撈原理、特點(diǎn)及工藝參數(shù)，介紹了套銑打撈技術(shù)用于煤礦井下隨鉆測量定向鉆進(jìn)孔內(nèi)事故處理
的配套設(shè)備、鉆具及應(yīng)用情況。采用套銑打撈技術(shù)成功打撈出孔深216 m處斷落的鉆具，應(yīng)用表明，該技術(shù)
是解決煤礦井下近水平定向鉆進(jìn)卡、埋鉆及鉆具斷落事故的有效方式之一。
關(guān)鍵詞：定向鉆進(jìn)；事故處理；套銑打撈
中圖分類號：P634．8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1003—0506(2013)08—0075—03
隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)是指在鉆進(jìn)過程中不間
斷測量近鉆頭孔底相關(guān)信息，并根據(jù)鉆孔軌跡參數(shù)
實(shí)時(shí)調(diào)整孔底馬達(dá)彎頭方向，使鉆孑L沿設(shè)計(jì)軌跡延
伸至目標(biāo)孔深的鉆進(jìn)方法。該技術(shù)具有對鉆孔傾
角、方位角調(diào)節(jié)控制能力強(qiáng)，定向精度高，效果好，易
于實(shí)現(xiàn)千米以上近水平孔及多分支孑L鉆進(jìn)等特
點(diǎn)? 。自從1997年松藻礦務(wù)局首次引進(jìn)LHD-75
型1 000 m定向鉆設(shè)備用于沿煤層水平抽采孑L鉆進(jìn)
施工，到我國自主研究開發(fā)并研制成功適合我國礦
井地質(zhì)條件的千米定向鉆進(jìn)裝備、測量系統(tǒng)及配套
鉆進(jìn)技術(shù)至今，隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)在國內(nèi)煤礦
井下瓦斯抽采鉆孔施工領(lǐng)域得到迅速推廣 。
隨著定向鉆進(jìn)技術(shù)與裝備的不斷發(fā)展和完善，
煤礦井下近水平定向長鉆孔施工技術(shù)也得到了迅速
推廣。然而由于煤層復(fù)雜地質(zhì)條件、操作失當(dāng)及其
他突發(fā)事件等原因造成的卡鉆、埋鉆事故屢屢發(fā)生，
不僅延長了定向長鉆孔的施工周期，增加了施工成
本，而且給煤礦的安全生產(chǎn)帶來了隱患。如何有效
解決定向鉆進(jìn)過程中遇到的卡鉆、埋鉆以及鉆具掉
落事故，對于隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步推廣
應(yīng)用具有重要意義。
1 常見鉆孔事故類型
煤礦井下坑道鉆探施工中，常見孔內(nèi)事故主要
有卡鉆與鉆具斷落2種。①卡鉆事故是指鉆具在孔
收稿日期：2013—05—31
作者簡介：趙建國(1983一)，男，河南焦作人，助理工程師，碩士，
2010年畢業(yè)于吉林大學(xué)，現(xiàn)從事煤礦井下近水平瓦斯抽采鉆孔施工
工藝與機(jī)具的研究工作。
內(nèi)失去活動自由，既不能轉(zhuǎn)動又不能來回起下，這是
定向鉆進(jìn)過程中常見的鉆孔事故。按照發(fā)生機(jī)理，
常見的卡鉆類型有孔壁坍塌卡鉆、縮徑卡鉆和沉渣
卡鉆3種。② 斷鉆事故多見于孑L內(nèi)卡、埋鉆事故處
理過程中。其發(fā)生的直接原因是施工過程中處理孔
內(nèi)異常時(shí)，強(qiáng)力回轉(zhuǎn)、起拔孔內(nèi)鉆具，導(dǎo)致孑L內(nèi)鉆具
的斷裂。另外，鉆具自身存在有缺陷，如長時(shí)間使用
后在薄弱部位形成的微裂紋或腐蝕坑導(dǎo)致鉆桿薄弱
部位強(qiáng)度的降低，在外力作用下斷裂失效，也是造成
孔內(nèi)鉆具斷落事故的原因之一。
2 常見事故處理方法
2．1 強(qiáng)力回轉(zhuǎn)、起下鉆法
強(qiáng)力回轉(zhuǎn)、起下鉆法采用強(qiáng)力快速回轉(zhuǎn)和快速
起下鉆迅速反復(fù)轉(zhuǎn)換結(jié)合的方式，將連續(xù)快速變化
的扭矩和軸向力傳遞到孔內(nèi)鉆具卡鉆處，使卡鉆處
鉆具對坍塌碎屑產(chǎn)生擠壓和碾壓作用，將卡死的煤
巖屑壓碎，使鉆具松動；同時(shí)，鉆具變形的快速變化，
在鉆具卡鉆處產(chǎn)生擊震效果，也有利于卡鉆處坍塌
碎塊產(chǎn)生松動，從而達(dá)到解卡效果 。
強(qiáng)力回轉(zhuǎn)、起下鉆法對事故處理的時(shí)效性要求
較高，在即將發(fā)生卡鉆事故或剛剛發(fā)生卡鉆事故時(shí)，
及時(shí)捕捉事故先兆，分析孔內(nèi)動態(tài)，在第一時(shí)間采取
措施進(jìn)行處理。倘若事故延續(xù)時(shí)間較長，孔內(nèi)鉆具
有可能完全卡死，即使強(qiáng)力回轉(zhuǎn)、起拔也無法達(dá)到預(yù)
期的效果。
2．2 倒扣并采用反絲錐打撈法
反絲錐打撈是將鉆機(jī)反轉(zhuǎn)倒扣，使鉆具從孔內(nèi)
某處解扣，將解扣處至孔口段鉆具提出，再根據(jù)孔內(nèi)
· 75·
2013年第8期 中州煤炭 總第212期
落魚情況選用反絲公錐或者反絲母錐配套反絲鉆桿
撈取卡鉆鉆具，并反轉(zhuǎn)使卡鉆鉆具從某處解扣，最后
將解扣處以上鉆具提出，反復(fù)多次進(jìn)行打撈。該種
方式也可用于孑L內(nèi)斷落鉆具的打撈。反扣絲錐與反
絲鉆桿如圖1所示。
小
圖1 反扣絲錐與反絲鉆桿
反絲錐打撈需在落魚最上部鉆桿進(jìn)行造扣，如
果需要將孔內(nèi)鉆具全部撈出，往往需要反復(fù)送鉆一
造扣一撈取，如此不僅增加了工人的勞動強(qiáng)度，而且
打撈時(shí)反絲錐造扣會對于落魚上部接頭造成不可修
復(fù)的物理損傷，導(dǎo)致落魚上部鉆具絲扣損傷后無法
使用。因此從某種意義上講，反絲錐打撈屬于破壞
性打撈，增加了鉆具的打撈成本。
3 套銑打撈技術(shù)
套銑打撈是指遇到孔內(nèi)卡、埋鉆事故時(shí)，采用內(nèi)
通孑L直徑較大的打撈鉆桿與打撈鉆頭，采用回轉(zhuǎn)鉆
進(jìn)工藝套取孔內(nèi)定向鉆具的孔內(nèi)事故處理方法。
3．1 原理
如圖2所示，首先從孑L口處將卡死的定向鉆具
卸開，然后將打撈鉆桿套住孔內(nèi)鉆具鉆進(jìn)至卡鉆位
置。鉆進(jìn)時(shí)，高壓水從孔內(nèi)定向鉆具外壁和打撈鉆
具內(nèi)壁間的環(huán)空流入，從打撈鉆具外壁和鉆孔內(nèi)壁
間的環(huán)空流出，將孑L內(nèi)造成卡、埋鉆的鉆渣由水流攜
帶至孔外，疏通卡鉆部位阻塞。當(dāng)打撈鉆桿完全套
取孔內(nèi)鉆具后，可從口將打撈鉆桿與孔內(nèi)鉆具逐根
交替提出孔外，達(dá)到解除孔內(nèi)卡、埋鉆事故的目的。
被打撈鉆桿 孔內(nèi)沉渣打撈鉆頭 套銑打撈鉆桿
圖2 打撈鉆桿打撈原理
與其他打撈方式不同的是，套銑打撈是保護(hù)性
的打撈，打撈鉆桿在套取孔內(nèi)鉆具過程中能夠有效
避免打撈鉆具對孔內(nèi)鉆具造成的損傷，鉆具打撈上
· 76 ·
來之后仍可繼續(xù)使用，減少了事故損失，降低了打撈
成本。
3．2 打撈設(shè)備
(1)鉆機(jī)。鉆機(jī)是為打撈施工提供扭矩與給進(jìn)
起拔力的動力設(shè)備，定向鉆進(jìn)施工所用的礦用履帶
式全液壓坑道鉆機(jī)可用于套銑打撈施工，如國產(chǎn)的
ZDY6000LD定向鉆機(jī)及其改型鉆機(jī)。該鉆機(jī)動力
頭回轉(zhuǎn)扭矩為6 000 N·m，主軸通孑L直徑95 mm，必
要時(shí)可通過更換鉆機(jī)動力頭，使其回轉(zhuǎn)扭矩以及主
軸通孔滿足打撈施工要求。
(2)泥漿泵。定向鉆進(jìn)施工時(shí)，泥漿泵作為高
壓水驅(qū)動孔底馬達(dá)的動力源，是保證施工順利進(jìn)行
不可缺少的關(guān)鍵裝備。打撈施工過程中，泥漿泵同
樣必不可少，其可以提供具有穩(wěn)定流量與壓力的高
壓水介質(zhì)，以滿足打撈鉆進(jìn)施工時(shí)的排渣要求。
3．3 打撈鉆具
(1)打撈鉆桿。打撈鉆桿是套銑打撈施工順利
實(shí)施的關(guān)鍵。與普通鉆桿相比，套銑打撈鉆桿不僅
具有與套管相似的大通孔結(jié)構(gòu)，而且鉆桿整體強(qiáng)度
高，且內(nèi)、外壁平。圖3為(2j95 mm打撈鉆桿，主要
用于 73 mm通纜鉆桿、無磁鉆桿以及相同規(guī)格定
向鉆具的打撈。
圖3 直徑95 mm 打撈鉆桿
(2)打撈鉆頭。套銑打撈施工時(shí)，打撈鉆頭應(yīng)
與打撈鉆桿配合使用。打撈鉆頭采用與套管鞋或取
心鉆頭相同的大通孔結(jié)構(gòu)，其鋼體外徑與打撈鉆桿
外徑基本一致，鋼體外部與底部唇面按照不同部齒
形式，鑲嵌一定數(shù)量的切削齒。按照切削地層巖性
的不同，打撈鉆頭分為硬質(zhì)合金打撈鉆頭與PDC打
撈鉆頭2種(圖4)。
4 應(yīng)用實(shí)例
4．1 事故概況
某煤礦使用國產(chǎn)ZDY6000LD全液壓動力頭式
坑道鉆機(jī)、f2j73 mm定向鉆具及YHD1—1000型隨鉆
測量系統(tǒng)進(jìn)行井下本煤層瓦斯預(yù)抽鉆孔施工。鉆進(jìn)
2013年第8期 趙建國。等：套銑打撈技術(shù)在定向鉆進(jìn)事故處理中的應(yīng)用 總第212期
過程中，由于孔壁坍塌，造成孔內(nèi)碎屑堆積，出現(xiàn)埋
鉆情況，強(qiáng)力回轉(zhuǎn)起拔之后，孔內(nèi)鉆具發(fā)生斷裂。其
施工軌跡如圖5所示。
(a)PDC鉆頭 (b)硬質(zhì)合金鉆頭
圈4 打撈鉆頭
圖5 鉆孔施工軌跡
4．2 打撈方案
結(jié)合事故特點(diǎn)，綜合考慮套銑打撈與反絲錐打
撈2種打撈方式的特點(diǎn)，最終決定采用套銑打撈。
打撈設(shè)備仍采用現(xiàn)場配備的ZDY6000LD型全液壓
坑道定向鉆機(jī)，其主軸通孔較大，可通過現(xiàn)場配備的
95 mm套銑打撈鉆桿，無需更換動力頭，但需更換
動力頭主軸卡瓦與夾持器卡瓦。泥漿泵采用現(xiàn)場配
備的3NB320—118／3—8型泥漿泵。采用鉆具組合為：
(2j133 mm PDC打撈鉆頭+ 95 mm打撈鉆桿+轉(zhuǎn)
換接手+(2j73 mm送水器。
4．3 打撈過程與分析
(1)打撈鉆進(jìn)。打撈鉆進(jìn)施工嚴(yán)格遵循低轉(zhuǎn)
速、低鉆壓、小泵量的鉆進(jìn)原則。打撈鉆進(jìn)之前，可
在打撈鉆桿內(nèi)壁涂抹一層黃油，減少打撈鉆桿與孑L
內(nèi)鉆具間的摩擦，降低回轉(zhuǎn)阻力。正常鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)鉆
進(jìn)時(shí)，采取低轉(zhuǎn)速、慢給進(jìn)的鉆進(jìn)方式，回轉(zhuǎn)壓力保
持在4—6 MPa，回轉(zhuǎn)速度為60 r／rain左右，給進(jìn)壓
力保持在2 MPa以內(nèi)，給進(jìn)速度保持在6 m／h。泥
漿泵采用二檔供水，泵量為165 L，并根據(jù)孔口返渣
情況適時(shí)調(diào)節(jié)。打撈鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮煤層中
潛在的不穩(wěn)定因素，當(dāng)鉆遇破碎、高瓦斯區(qū)域煤層
時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注孔口反水與鉆機(jī)回轉(zhuǎn)、給進(jìn)起拔壓力
變化，一旦出現(xiàn)回轉(zhuǎn)、起拔壓力增加、孑L口返渣增多
等異常情況，應(yīng)立即停止給進(jìn)，進(jìn)行反復(fù)倒桿沖孔，
避免鉆渣碎塊堆積誘發(fā)二次孑L內(nèi)事故。反復(fù)倒桿沖
孔無效情況下，可考慮向循環(huán)水中添加入洗孔液，增
加循環(huán)水黏度，以提高水力攜渣效果。
(2)卡取孔內(nèi)鉆具?？變?nèi)鉆具的卡取是打撈成
功的關(guān)鍵。若打撈鉆桿成功卡取孔底馬達(dá)彎頭部
位，孔內(nèi)鉆具會隨著打撈鉆桿的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動?？變?nèi)
鉆桿完好(無鉆具斷裂情況)狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)打撈鉆具
時(shí)孔口顯示的馬達(dá)工具面會隨之變化，說明打撈鉆
具成功卡取孔內(nèi)被打撈鉆桿，可試探性提鉆。若孔
口監(jiān)測顯示馬達(dá)工具面仍隨打撈鉆桿轉(zhuǎn)動而變化則
說明成功卡取。若孔內(nèi)鉆具出現(xiàn)斷裂，孔口監(jiān)視器
無法監(jiān)測到孔內(nèi)探管信號，在打撈鉆頭鉆至近孔底
馬達(dá)彎頭部位(圖6)時(shí)，可根據(jù)泥漿泵壓力與動力
頭回轉(zhuǎn)壓力變化判斷是否卡取成功。若泥漿泵壓力
與鉆機(jī)回轉(zhuǎn)壓力出現(xiàn)跳動，隨后逐漸平穩(wěn)，說明打撈
鉆桿成功卡住孔內(nèi)落魚。該次打撈孔內(nèi)鉆具處于斷
裂狀態(tài)，當(dāng)打撈鉆頭鉆進(jìn)至近馬達(dá)部位時(shí)(189 rl1)，
泥漿泵壓力突然升高至6 MPa，隨后壓力穩(wěn)定在3—
4 MPa，可基本判定打撈鉆桿成功卡取孔內(nèi)落魚。
由于孔內(nèi)落魚距孔底仍存在一段距離，為確保打撈
鉆桿完全卡住孑L底馬達(dá)彎頭，繼續(xù)向前鉆進(jìn)至孑L底，
再進(jìn)行提鉆。
打撈鉆頭 孔底馬達(dá) 打撈鉆桿 被打撈鉆桿
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圖6 卡取孔內(nèi)鉆具示意
(3)提鉆。提鉆時(shí)，鉆機(jī)操作要穩(wěn)，避免被打撈
鉆桿從打撈鉆桿內(nèi)脫出。提鉆采用孔內(nèi)鉆具與打撈
鉆具交替卸扣的方式，直至將打撈鉆桿與孔內(nèi)鉆具
全部提出。此次打撈施工從4月9日零點(diǎn)班開始，
至4月10日下午4點(diǎn)班圓滿結(jié)束。
5 結(jié)語
采用套銑打撈技術(shù)成功打撈出隨鉆測量定向鉆
孔內(nèi)216 m處斷落的孔底鉆具組合，為施工單位挽
回經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，保證了煤礦井下近水平瓦斯抽
采長鉆孑L施工的順利進(jìn)行。該技術(shù)的成功應(yīng)用證
明，套銑打撈技術(shù)是解決煤礦井下近水平定向鉆孔
孔內(nèi)卡、埋鉆及鉆具斷落事故的有效方式之一。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，采用套銑打撈技術(shù)處理定向鉆
進(jìn)孔內(nèi)卡鉆、埋鉆以及掉鉆 (下轉(zhuǎn)第79頁)
· 77 ·
2013年第8期 劉進(jìn)奎：萊新鐵礦井簡及硐室施工中的光面爆破控制 總第212期
分析，并采取了相應(yīng)措施。
備注：鉆z1身高較高，無論北側(cè)和南側(cè)
拱部中間均由其操作；鉆工2長期往左打
鉆．控制角度較好，其始終鉆進(jìn)左側(cè)炮
眼；鉆工3適應(yīng)右側(cè)打鉆，其12層馬頭門
均由其施工右側(cè)炮眼。
(a)1班
備注：鉆工4熟悉拱部中間打鉆，無論北
側(cè)和南側(cè)拱部中間均有其操作；鉆工5長
期往左打鉆，控制角度較好，其始終鉆進(jìn)
左側(cè)炮眼；鉆工6適應(yīng)右側(cè)打鉆，其l2層
馬頭門均由其施工右側(cè)炮眼。
(b)2班
圖1 “三定”人員分布示意
(1)人員方面。勞動態(tài)度差、不按光爆圖表施
工、分工不明、管理不嚴(yán)、檢查不力、培訓(xùn)未到位，技
術(shù)低。解決方法：嚴(yán)格勞動紀(jì)律、出臺獎罰制度；定
人定崗，健全崗位責(zé)任制；加強(qiáng)管理，分獎全罰；加強(qiáng)
培訓(xùn)工作，崗位練兵。
(2)設(shè)備方面。鉆具老化、鉆桿、鉆頭質(zhì)量差，
易變形、鉆桿長度不合理。解決方法：加強(qiáng)維護(hù)，及
時(shí)更換；新購一批質(zhì)量好的鋼釬和鉆頭鉆桿，將舊桿
裁短。
(3)管理方面。制度不健全、光爆標(biāo)準(zhǔn)及措施
交代不清。解決方法：崗位責(zé)任制再完善細(xì)化；技術(shù)
員在班前會上貫徹標(biāo)準(zhǔn)及措施。
(4)工藝方面。爆破圖表沒隨巖性變化更改、
周邊眼及內(nèi)圈眼間距不合理、打眼角度及深度控制
不好。解決方法：按不同巖性，由地質(zhì)員協(xié)助及時(shí)調(diào)
整爆破圖表；嚴(yán)格按爆破圖表操作；技術(shù)員跟班現(xiàn)場
培訓(xùn)，嚴(yán)格管理。
(5)地質(zhì)方面。地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面淋水大。
解決方法：及時(shí)調(diào)整爆破圖表。
4 應(yīng)用效果
從萊新2 副井的光面爆破控制來看，過程比較
(上接第77頁) 事故的成功率在50％ 左右，即套
系打撈方法不能百分之百保證孔內(nèi)鉆具的成功打
撈。其打撈成功率不僅受打撈工藝的影響，還受到
事故孔段地質(zhì)條件、鉆孔自身參數(shù)以及操作人員的
經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平等綜合因素的制約。因此，在出現(xiàn)
孔內(nèi)事故時(shí)，應(yīng)綜合考慮分析各種因素，制訂出合理
的打撈方案，才能最大限度地降低打撈風(fēng)險(xiǎn)，提高打
撈成功率。
復(fù)雜，但效果顯著，在施工中保證了安全、質(zhì)量、效
益。由于460 m以上地層復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)光面爆破困難；
而從460 m以下實(shí)現(xiàn)光面爆破后的各項(xiàng)指標(biāo)可以發(fā)
現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)光面爆破后安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益各方面的
成果顯著。
(1)安全方面。460 m以上發(fā)生2起片幫傷人
事故，460 m以下未發(fā)生一起安全事故。發(fā)生片幫
傷人事故的主要原因?yàn)榫蜻M(jìn)時(shí)光爆效果不佳，出現(xiàn)
超挖現(xiàn)象，臨時(shí)支護(hù)困難，支護(hù)不到位，圍巖整體性
破壞較嚴(yán)重。光爆效果較好的井筒及硐室眼痕率大
于50％ ，圍巖穩(wěn)定性較好，支護(hù)容易、牢固。
(2)質(zhì)量方面。通過掘進(jìn)分項(xiàng)檢查表統(tǒng)計(jì)，460
m以上超、欠挖量為3％ ；460 m以下超、欠挖量不足
0．05％ 。
(3)效益方面。2 副井井筒凈直徑7 m，壁厚
0．5 m，每個(gè)施工段高為4 m，理論出矸量為每個(gè)段
高200 m ，在光爆較差井筒部位平均每個(gè)段高出矸
量在300 m 以上，按照使用4 m 吊桶計(jì)算，每個(gè)段
高多排矸石100 m ，提升機(jī)上下運(yùn)行超設(shè)計(jì)25次，
每次上下運(yùn)行時(shí)間為6 min，耗時(shí)4 h。每上下運(yùn)行
一次耗電約100 kW。實(shí)現(xiàn)光爆后每次出矸量控制
在250 m 以下，省時(shí)、省力、省錢。設(shè)計(jì)每個(gè)段高澆
筑混凝土量為39 m ，井筒施工時(shí)未達(dá)到光面爆破
部分平均每個(gè)段高澆筑混凝土約58 m ，達(dá)到光爆
后澆筑量控制在45 m 以內(nèi)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 崔云龍．簡明建井工程手冊[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，
2000．
[2】 董方挺．井巷設(shè)計(jì)與施工[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，
2004．
(責(zé)任編輯：秦愛新)
參考文獻(xiàn)：
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(責(zé)任編輯：秦愛新)
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