由于矿区开採地质条件複杂,煤矿原来的设计往往满足不了处理突发事故的要求, 为此煤矿系统经常施工排水孔、瓦斯抽排孔、送料孔、注浆孔、救人孔、救火孔等大口径高保直钻孔。1995年我处受淮南矿务局潘集煤矿的委託,施工了1眼大口径瓦斯抽排孔; 1996年我处受徐州矿务局韩桥矿的委託完成了2眼排水孔的施工任务 。各项工程质量指标均达到契约要求,在施工大口径高保直孔方面积累了一些经验。

该类钻孔一般布置在煤矿巷道上 ,且要求终孔点必须落在巷道上。其质量要求是: 钻孔深度要达到煤矿井下巷道设计水平; 下入大口径无缝钢管 ,外用水泥固结。

採用 TS J— 1000型钻机 , 配套 T BW 850 / 50型泥浆泵及其相应辅助设施。

採用两径成孔 ,双层管柱的钻孔结构。瓦斯抽排孔採用表土层孔径 550,下入 426 × 10的护壁管 ;基岩孔径 380,下入 325× 10无缝钢管作瓦斯抽排管。排水孔採用表土层孔径 800,下入 650× 12的护壁管;基岩孔径为 550,下入 426× 13无缝钢管作排水管。

採用牙轮钻头一径成孔或用牙轮钻头钻进,组合式牙轮钻头扩孔成井的钻进方式。

( 1)大口径高保直钻孔钻进压力一般达不到牙轮钻头所需钻压要求 ,为提高防斜效果 ,利于钻进 ,钻压控制在小于钻铤质量指标的 80% 。

( 2)转速一般选择钻机最低两个档位 ,即 48r /min、 69r /min。

採用分段控制和陀螺仪跟蹤测斜。

採用提吊浮力法。井管底部装配逆止阀浮力塞。井管下到孔底后 ,注浆泵进行注浆 ,浆液通过逆止阀进入井管与孔壁的环状间隙固结井管。

(1)牙轮钻头以其工艺简单、效率高、低成本消耗、少泥浆污染等特点得到迅速发展, 取得了巨大的经济效益和社会效益。牙轮钻头碎岩机理属凿碎— 剪下型,即具有冲击碎岩作用,也有迴转剪下碎岩作用。长齿钻头和短齿钻头、不同的齿距和偏移的钻头,钻进不同岩石,牙掌寿命、钻进速度都有较大差别。作业人员要精心细緻地选择才能提高效率。钻进500以上口径钻孔,採用组合式牙轮钻头一径成孔,在钻进中存在的问题主要是效率低,效率低的主要原因是钻压不足。採用小一径牙轮钻头成孔,大径组合式牙轮钻头扩孔的方法,牙轮钻头接触的钻刃单位面积钻压成倍增加。如550组合式牙轮钻头所需钻压30～60t,而钻铤总质量远低于需要压力,破碎中硬岩石,钻速只能达到0. 35m /h。採用345牙轮钻头射流底喷钻进,再用550组合式牙轮钻头扩孔,钻进同样的地层, 综合钻速提高到0. 60m /h。

(2) 在钻头上部9～18m 处安放一个扶正器(柔性钟摆钻具组合) ,扶正器起支点作用,使扶正器以下的钻铤向井眼下方垂摆,钻头对地层产生一个横向力,这个横向力使钻头趋向垂直方向钻进。钟摆扶正器上部再加一个或几个扶正器(满眼—钟摆钻具) ,为钟摆提供了更多的支点,增加了钻具的刚性,对井眼起扩孔划眼作用,使井眼曲率更加平滑。实际证明,满眼—钟摆钻具具有高效、防斜、易于下管等明显优点。

(3)钻进时,当遇到燧石等中硬岩石,钻具在转盘中上下跳动并带有很高的扭矩变化。这种对钻具的猛烈作用可能带来断扣和接头损坏。在这种情况下,一定要调整转速,得到平稳运转,以获得最优的钻进速率,并防止钻具事故发生。

(4)提高大口径高保直孔作业的钻进效率,须保证採用良好的钻头操作,利用有良好的物理、化学性能的优质泥浆,并有适当的泥浆泵及合适尺寸的钻头喷嘴。

(5)大直径高保直深孔的施工必须以能下入大直径井管为条件。井管直径越大,刚度也越大, 抗弯能力越强。若钻孔水平偏距较大,但只要钻孔方位变化小,对井管下入影响不大。如果钻孔水平偏距较小,钻孔方位变化大,且局部顶角变化大,那幺在急弯孔段中会出现井管无法下入, 或井管能勉强下入但承受很大的弯曲应力, 在井管强度的薄弱环节处产生断裂。在这种情况下,现场下井管前通过陀螺仪测斜,作出钻孔轨迹,利用全形曲率理论来计算钻孔弯曲曲率半径及大直径井管的弯曲的应力,以指导下入深孔大直径井管, 是一不可缺少的环节。

由于地区上部岩石（0~200 m）硬度大，可钻性等级高，为了提高钻进效率，採用金刚石钻进工艺，其满眼钻具组合为：钻头外径为94 mm 镶锒金刚石钻头+ 外径为94 mm 金刚石扩孔器+ 直径为89 mm、长2 000 mm 的岩心管+ 外径为94 mm 金刚石扩孔器+ 外径为94 mm、长为1 000 mm 的扶正器+ 外径为73 mm、长5 000 mm 的钻铤+ 外径为94 mm、长1 000 mm 的扶正器+ 外径为73 mm、长1 0 00 mm 的钻铤+ 外径为94 mm、长1 000 mm的扶正器+ 钻桿。

下部岩石採用针状硬质合金钻进工艺进行钻进，煤层钻进时採用底喷式钻头与单动双管取心器进行钻进。硬质合金取心钻进满眼钻具组合为：直径94 mm 针状硬质合金取心钻头：钻头钢体直径91 mm，厚7.5 mm，长100 mm，外径94 mm，内径74 mm； 直径94 mm 的扩孔器：钢体直径为90 mm，厚9.5 mm，长250 mm，表面铣有6 道水槽（深2.5 mm，宽3 mm），下部焊有带底出刃的扩孔合金，上部焊有保径合金； 岩心管：φ89×6.5 mm，长2 500 mm的地质管材； 直径94 mm 扩孔器+直径94 mm 的扶正器：扶正器直径94 mm，厚10 mm，长1 000 mm，数量为3 个，与钻铤电焊固定，最上部扶正器镶焊有硬质合金保径； 钻铤：直径73 mm，壁厚22 mm，长5 m； 直径94 mm 的扶正器；18 m 的钻铤； 直径94 mm 的扶正器+ 接头+ 钻桿。利用满眼钻具施工，要经常检查扶正器的外径磨损情况，一般要保证扶正器与钻孔孔径相差小于1 mm，若大于4 mm 则应立即更换扶正器；保证扶正器与孔壁间应有足够大的支撑面，尤其在泥岩中钻进时应适当增加扶正器的长度。