天天速递!井下岩孔定向钻进的两次突破

近日,淮河能源控股集团煤业公司勘探分公司在张集矿1715A高抽巷施工的盾构机地质导向钻孔孔深达1389米。这是继2020年8月创下1236米的记录后,再次创造了国内行业井下岩孔定向钻进孔深新纪录。

这项技术的突破不仅为井下盾构机掘进提供了安全保障,也为井下定向钻深孔施工积累了宝贵的经验和技术,更为煤矿井下地质构造复杂的巷道快速掘进提供了新方案。


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近年来,勘探分公司在“行业一流”战略目标的引领下,聚焦瓦斯、水害等重大灾害治理,始终不渝推进技术、管理、制度三大创新,取得了丰硕的成果,突破以孔代巷定向长钻孔深度和套管长度纪录4次,打破软煤定向长钻孔孔深纪录3次,近水平定向钻岩孔孔深1389米、下向灰岩定向长钻孔孔深890米、软煤定向顺层长钻孔556米占据行业第一,松软煤层定点封装取样实现国内零的突破……

1236米,抢占行业制高点

近年来,随着生产方式转变加快,盾构机以安全系数高、设备性能好、智能化程度高等优势得到迅速推广应用,淮河能源控股集团煤业公司先后在顾桥矿、张集矿等,积极推广应用盾构机。然而,井下地质条件复杂,地层变化、断层发育以及裂隙水等地质因素直接影响盾构机作业的安全和效率.盾构机的推广应用,遇到了“拦路虎”。

“推广应用盾构机,必须突破井下岩孔定向长钻孔这个崭新的课题。”勘探分公司井下特钻工区区长、党支部书记张凯表示。

如何降服“拦路虎”?关键在于超前对地质构造带进行探查和治理。2020年6月,勘探分公司就尝试在张集矿1712A高抽巷施工盾构机地质导向注浆钻孔,预先探明待掘巷道岩性状况及构造破碎带发育情况,再对破碎带进行高压注浆加固,从而达到超前加固破碎带的目的,为盾构机安全、快速掘进创造有利条件。

钻孔深、注浆压力大等系列难题摆在了眼前,没有经验借鉴、没有先例可循,只能在实践中不断探索。钻孔越深、阻力越大,如何将钻杆水平钻进千米深处的预定位置就成问题,容易形成“肠梗阻”。在保证钻孔施工精度上,随着钻孔深度增加,定向难度越来越大,钻孔轨迹偏差容易超出设计范围。

“解决‘肠梗阻’问题,我们采取优化钻进与排渣时间的比例,采用复合为主定向纠偏钻进的方法,试验了多次,最终形成有效方案。”勘探分公司井下特钻工区副区长景慎怀介绍,在保证钻孔施工精度上,采用了全站仪与测量短接对钻孔精度进行标定,钻孔施工过程中严格控制轨迹偏差,最终解决了问题。

勘探分公司克服了地质条件复杂、钻孔深、高精度钻进等诸多难题,历时61天,2020年8月成功施工了孔深1236米的盾构机地质导向注浆钻孔,创造了煤矿勘探行业井下岩孔定向钻进孔深新纪录。

1389米,再创行业新纪录

2022年9月,为了验证盾构机作业的可行性,勘探分公司利用井下定向钻技术,在张集矿1715A高抽巷掘进前施工地质导向探查钻孔,预先探明盾构机掘进巷道的岩性及构造发育情况,为盾构机安全高效作业提供技术支撑。

在论证施工方案时,如何选用合适的钻机及设备成为了第一道难题。随着钻孔深度增大,特别是超过1000米之后,钻具摩阻增大,钻机要克服巨大的荷载钻进,对设备的钻进能力要求较高。因此,勘探分公司反复研究、综合分析,选择了ZDY15000LD型定向钻机,最大扭矩达15000N·m,最大给进力达300KN,较好满足了施工需要。

随着钻孔的延伸,又遭遇了“绊脚石”,当孔深超过1000米之后,钻杆反扭距增大,螺杆马达工具面向角测量不准确,难以实现滑动定向钻进。经多次论证和技术攻关,勘探分公司通过控制钻进速度和排渣来调整钻孔倾角。如需降低钻孔倾角时,则降低钻进速度,充分排渣,利用钻杆自重降低倾角;若需增加倾角时,则适当提高钻进速度,保留部分钻屑沉淀,利用钻屑托举作用使倾角抬高,问题迎刃而解。

问题就像雨后的春笋一样不断冒出来。该钻孔设计成微拱形,最高点与最低点高差达30余米,容易发生因沉渣造成孔内事故。为解决排渣问题,选用120mmPDC钻头配89mm整体式铣槽钻杆,增加钻杆抗扭强度,方便钻孔排渣。其次,适当延长排渣时间,减少孔底沉渣,避免了因沉渣凝结造成孔内事故。

“2022年10月6日,我们在张集矿1715A高抽巷施工的盾构机地质导向钻孔孔深达1389米,不仅比原1236米纪录提高了153米,更为盾构机安全、快速掘进提供了坚强保障,扫除了前进障碍。”张凯介绍。

“12343”,焕发发展新活力

发展离不开创新,要想突破性发展,更离不开持续主动创新。

勘探分公司坚持以行业一流目标为牵引,着力构建了“12343”创新格局,以打钻为一首,以治瓦斯、治水害为两翼,建立“动力、运行、保障”三大机制,围绕“保安全、提效率、增效益、强活力”四大创新方向,聚焦打钻、注浆、物探“三大板块”,明确了创新工作思路,指明了创新攻关方向。

优化管理,焕发创新的活力、动力。勘探分公司坚持从激励上牵引,重奖创新项目及人才,坚持每年七一召开创新表彰大会,推行创新荣誉勋章制度。开展突破性生产奖励,定期考核创新项目推进情况,对任务指标完不成的进行问责。从组织上完善,完善了以总工程师为首,分管领导、副总工程师分口负责,专业技术人员、优秀大学生、优秀青工等广泛参与的创新人才体系。从职责上明确,推行项目负责制,明确参与者职责,排定计划,定期考核,及时验收。从程序上规范,明确各层次创新项目申报、立项、招标、推进、考核、验收等程序,保证运行流畅。

“今年,我们表彰了2021年度优秀创新成果10项,创新先进单位4家,创新先进个人10人,优秀‘五小’成果12项,激发了创新热情,增强了创新活力。”勘探分公司技术管理科科研技术主管魏涛介绍说。

强化保障,激活人才创新激情。勘探分公司坚持从制度上保障,每年把创新工作纳入年度要项工作、重要文件等,加强组织领导,统筹谋篇布局。完善了月度创新项目推进会、季度创新成果交流会、年度创新表彰会等会议机制,建立了创新课题容错、纠错机制。从经费上保障,坚持党建出一点、行政拨一点、工会帮一点,积极争取科研立项和资金扶持,多渠道提供经费保障。从人才上保障,加强领军人才培养,遴选打钻、注浆、定向等专业种子人员重点培养,发挥技能大师工作室作用,用好党员创新工作室,努力建成行业一流的创新人才牵引体系。

“我们将紧盯‘行业一流’战略目标,认真总结井下岩孔定向钻进两次突破的经验,聚焦制约企业高质量发展的瓦斯、水害等重大灾害治理,持续加大创新力度,不断寻求新的突破。”勘探分公司有关负责人表示。(杨军 王开心)

关键词: 定向钻进