瓦斯井：為了出口氣

2014年10月17日凌晨，淮北礦業(yè)集團楊柳煤礦瓦斯抽采井施工到井底，該瓦斯井主要工序施工取得了勝利。

“該井深517米，施工井徑將近1米，下放的管材直徑0.744米。”據中煤特鑿公司鉆探分經(jīng)理李志春介紹，“我們信心百倍，順利完工指日可待”。

李志春是中煤特鑿公司大口徑鉆孔施工專(zhuān)家，自2006年施工第一口瓦斯井以來(lái)，他已成功施工了淮南新莊孜煤礦、淮南張集煤礦和陜西高家堡煤礦等近十個(gè)大口徑瓦斯井。

瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的“頭號殺手”，每年因瓦斯爆炸引發(fā)的礦難死亡人數，占全國煤礦重特大事故死亡人數的70%—80%。我國煤礦地質(zhì)條件極其復雜，70%以上是高瓦斯礦井。同時(shí)，瓦斯又是一種潔凈能源，“治理瓦斯，變廢為寶”是整個(gè)煤炭行業(yè)的迫切需求。

從地面鉆孔到井底，直接抽采是近幾年探索出的新的治理方式。

“沒(méi)有治理不了的瓦斯，只有打不到位的鉆孔”

2006年2月15日，李志春帶領(lǐng)隊伍剛到淮南新莊孜煤礦工地，一切尚未就緒，先樹(shù)立了一塊宣傳牌——“沒(méi)有治理不了的瓦斯，只有打不到位的鉆孔。”

“這既是宣傳牌，也是自我鞭策鼓勁的牌子。”回想起8年前的事，李志春大大的眼睛里光芒四射，充滿(mǎn)激情。

口徑小于50厘米的叫孔，大于50厘米的就叫井了。叫“地面瓦斯抽采井”應該更準確一點(diǎn)，但是對于打了30多年凍結孔的李志春來(lái)說(shuō)，似乎叫“孔”更習慣，也更親切點(diǎn)。

瓦斯孔與凍結孔有著(zhù)很大的區別，“主要表現在口徑大、套管重、中間空、用途廣。”李志春用三字經(jīng)式的語(yǔ)言總結到。“口徑大”指鉆孔口徑一般在1米左右；“套管重”指瓦斯管達到幾百?lài)?，遠遠超過(guò)鉆塔和鉆機的提升力；“用途廣”指由于這類(lèi)孔獨立于煤礦主副風(fēng)井之外，可以抽采、抽排瓦斯，排水、輸料、應急救援等等。

打造國內最深最大的瓦斯孔

新莊孜煤礦新淮工廣2號瓦斯鉆孔，坐落在副井和風(fēng)井之間，距兩井僅58米，施工場(chǎng)地狹小。地質(zhì)條件復雜，580米深鉆孔要穿過(guò)“17米厚的表土、采空區預留煤柱、2條斷層、8層破碎帶、26層煤和多層砂巖泥巖。”當時(shí)的地質(zhì)資料顯示。

2006年3月23日鉆機開(kāi)鉆。施工人員認真按照施工組織設計施工，確保鉆孔各項數據符合要求。李志春介紹說(shuō)，“鉆進(jìn)中要求操作人員，做到‘三看一聽(tīng)’：看電流、看壓力表、看地質(zhì)柱狀圖，聽(tīng)鉆機運轉聲音。”

由于孔徑較大，采取“一次超前二次擴孔”的施工工藝。施工比較順利，開(kāi)鉆20天，超前鉆鉆進(jìn)130米，并完成上部56米深，直徑950毫米擴孔，同時(shí)下放了直徑830毫米的套管并固管。

2006年12月28日，在醞釀了240天后，令人激動(dòng)的、最關(guān)鍵的“大戲”即將上演：下放瓦斯管。9點(diǎn)16分，第一節瓦斯管在鞭炮聲中緩緩下沉，然后對接按照順序，一節一節地順利下沉。580米瓦斯管總重量達到150噸，遠遠超出了鉆機和鉆塔的承重能力，盡管利用了浮力下沉，但是大家的心還是揪著(zhù)。“司鉆和督站人員，目不轉睛盯著(zhù)拉力表，觀(guān)察管子漂浮下沉的每一個(gè)細節，精心計算著(zhù)每一時(shí)段管材總重、補漿量、無(wú)水段高及浮力等相關(guān)參數，隨時(shí)調整，消除隱患。”很多細節，李志春都歷歷在目。

2007年1月2日，這場(chǎng)跨年“瓦斯管下放”終于完成，現場(chǎng)一片歡呼。乘勝追擊。緊接著(zhù)，2007年他們又承接了淮南礦業(yè)集團張集煤礦中央區瓦斯抽采鉆孔工程。設計鉆孔深626.2米，下放安裝直徑630×18毫米的無(wú)縫鋼管，兩套管路總重達320噸。該孔順利施工，并成為當時(shí)國內最深最大的瓦斯鉆孔施工。

國內軟巖瓦斯抽采第一井

2013年，國務(wù)院加大對煤礦瓦斯治理的扶持力度，出臺了“煤層氣抽采利用的意見(jiàn)”，大力支持瓦斯抽采。同年10月,陜西彬長(cháng)礦區被國家發(fā)改委確定為全國首個(gè)瓦斯“零排放”工程建設示范礦區。

此時(shí)，李志春的隊伍在彬長(cháng)礦區高家堡煤礦承攬了一個(gè)地面瓦斯抽采孔，該孔也是國內軟巖地層瓦斯地面抽采第一孔。該孔深810米，孔徑1.15米，所謂軟巖是指土層一旦遇水，立刻變得稀軟，容易坍塌。承壓水水文條件復雜，不確定因素很多。

鉆機的選擇至關(guān)重要。施工人員對“GZ-2600工程鉆機”進(jìn)行了改造，對系統進(jìn)行了優(yōu)化，使其最大鉆進(jìn)深度可達1600米。鉆塔的承載力達到100噸。選用了組合牙輪鉆頭，該鉆頭由鑲齒式球齒牙輪組成，牙輪的擺放高度、角度和密度上都經(jīng)過(guò)嚴格計算，并加焊了擋板，以達到最大的效率。

為了確保垂直，按照“事前防斜、事中測斜、事后糾斜”等手段。在防斜措施中，開(kāi)孔使用了“三點(diǎn)一線(xiàn)法懸吊減壓鉆進(jìn)”技術(shù)，遇到地層從土轉換到巖石時(shí)，采用“輕壓慢打”工藝。

在測斜和糾斜中，采用了先進(jìn)的動(dòng)力在井下的“螺桿鉆具定向糾偏技術(shù)”。鉆進(jìn)中及時(shí)測量，發(fā)現鉆頭偏離預定軌道時(shí)候，鉆頭能及時(shí)糾偏。輔以傳統的“墊、移、掃、擴”等糾偏手段。

“除了以上基本方法，我們還采用了國內獨創(chuàng )的‘秘密武器’。”李志春介紹該技術(shù)時(shí)，三緘其口。筆者多次要求，他簡(jiǎn)單介紹“特殊配重灌鉛鉆鋌改變鉆具組合和鉆頭組合”。由于鉆具組合重心在底部確保了垂直度，該項技術(shù)經(jīng)國內權威技術(shù)查新認定。

鉆機提升的上限是100噸，瓦斯管重量達到了236噸。如何解決這一施工難題？根據經(jīng)驗他們又創(chuàng )新使用了“超大噸位管材漂浮下沉工藝”。該工藝需要制作3米厚的水泥浮力塞放在管材中，管材靠著(zhù)泥漿的浮力漸漸下沉到井底。

固井很重要，要確保不能出現漏氣和管內滴水。他們研發(fā)的“大口徑工作管固管技術(shù)”派上了用場(chǎng)。技術(shù)核心是：在工作管壁后注固井水泥漿，使之與地層充分融合，其中水泥漿的調配是關(guān)鍵技術(shù)。他們把以上創(chuàng )新技術(shù)總結而成的《深大口徑鉆孔施工工法》，已經(jīng)通過(guò)中國煤炭建設協(xié)會(huì )專(zhuān)家的鑒定，積極申報國家級工法。

目前，李志春施工的安徽淮北楊柳煤礦瓦斯孔工程已接近尾聲，定會(huì )創(chuàng )造新的業(yè)績(jì)，正如李志春所寫(xiě)的詩(shī)句一樣：“鉆孔抽采出口氣，開(kāi)巖破土通天地”。