【正文】 (17)各參數(shù)意義及取值如下： Pb氣體在關(guān)鍵點(diǎn)的壓力，關(guān)于最小注氣量Qg0函數(shù)； ρb為氣體在關(guān)鍵點(diǎn)處的密度, 關(guān)于最小注氣量Qg0函數(shù)；VS終了沉降速度，m/s，關(guān)于最小注氣量Qg0函數(shù)；Vg攜屑所需最小速度，關(guān)于最小注氣量Qg0函數(shù)； ψ為球形度，； DS為巖屑當(dāng)量直徑，103m；將以上數(shù)據(jù)代入(17)，得到一個(gè)關(guān)于Qg0的方程，解之得Qg0= m3/s比較，兩種方法算的最小注氣量誤差 利用氣舉方法，其工作原理是將壓縮空氣通過(guò)供氣管路送至井下氣水混合室，并使壓縮空氣與鉆桿內(nèi)的循環(huán)液混合，從而形成密度比鉆桿外液體密度小的混合液柱。計(jì)算點(diǎn)深度為737m，井身結(jié)構(gòu)示意圖中的二開(kāi)套管還沒(méi)有下，故取值Hs=271m；f為摩阻系數(shù)，中間參數(shù)，計(jì)算可得；Vtr為巖屑傳輸速度，m/s，中間參數(shù)，計(jì)算可得；為重力加速度， m/s2；π為圓周率，；Db為鉆頭直徑,；Cp環(huán)空巖屑的體積濃度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，；A為關(guān)鍵點(diǎn)流道橫截面積，由鉆鋌直徑d==；Kt為機(jī)械鉆速，103 m/s；將以上數(shù)據(jù)代入得到：e=103，f=102，Vtr=102 m/s。現(xiàn)以8煤頂板處某點(diǎn)為例計(jì)算，此時(shí)H=737m。鉆頭產(chǎn)生的巖屑體積流量可以表示為： (12)環(huán)空過(guò)流斷面輸送巖屑的體積流量可以表示為： (13)根據(jù)固體顆粒的物質(zhì)平衡方程： (14)將式(12)和式(13)代人式(14)可得巖屑輸送速度： (15)攜帶固體顆粒所需的氣體速度等于終了沉降速度加上巖屑輸送速度： (16)根據(jù)氣體速度可求得最小注氣量井下的體積： 井口的最小注氣量為： (17) 聯(lián)立(4)、(8)、(16)、（17），通過(guò)試算法或計(jì)算機(jī)編程可以求出由最小速度法求出的最小注氣量。Ikoku等人根據(jù)質(zhì)點(diǎn)在阻尼介質(zhì)中的自由下落問(wèn)題研究了氣體鉆井中攜帶巖屑的最小速度計(jì)算模型，該方法確定最小注入氣體體積流量 (Qgo)時(shí)需要計(jì)算巖屑在氣體中的終了沉降速度(Vs )和輸送速度(Vtr)。（1） 最小動(dòng)能法 環(huán)空的氣體在關(guān)鍵點(diǎn)即鉆鋌頂部單位體積的動(dòng)能為最小，假設(shè)此處攜帶巖屑的能力等效于空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下攜帶巖屑的能力，就有： (7)氣體在關(guān)鍵點(diǎn)的密度為： (8)氣體在關(guān)鍵點(diǎn)的速度為： (9)將(8)、(9)帶入(7)得關(guān)鍵點(diǎn)的壓力： (10) 聯(lián)立式(4)和式(10)可用最小動(dòng)能法求得最小注氣量，其中：Tsl標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度，K；Psl標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓力，Pa；Vsl為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下最小動(dòng)能的空氣速度，m/s；ρsl為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度，kg/m3；Vsl為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最小動(dòng)能的氣體速度，m/s；ρb為關(guān)鍵點(diǎn)的氣體密度，kg/m3；Vb為關(guān)鍵點(diǎn)的氣體速度，m/s；Pb為關(guān)鍵點(diǎn)處的壓力，Pa；L為鉆鋌長(zhǎng)度，m；f、e、a、b分別由式(2)、(3)、(5)、(6) 決定。早期研究最小注氣量的有Angle，他的angle模型適用于光滑的管壁，采用了平均溫度等理想化情況，使得結(jié)果較實(shí)際有較大偏差。最小注氣量是選擇空氣壓縮機(jī)的關(guān)鍵因素。在“關(guān)鍵點(diǎn)”處，如果氣體上升速度不夠 (空氣排量不足)，則氣體將無(wú)法完成攜帶巖屑的任務(wù)；巖屑顆粒將在此點(diǎn)附近滑落、沉降直至堵塞流道，造成空氣鉆井的失敗。在空氣鉆井中，當(dāng)環(huán)空內(nèi)的氣體攜帶巖屑上返時(shí)，在鉆鋌頂部、鉆桿與鉆鋌結(jié)合處，會(huì)出現(xiàn)環(huán)空面積突然擴(kuò)大的現(xiàn)象。根據(jù)一維定常流體力學(xué)理論，可建立井筒環(huán)空內(nèi)任意計(jì)算井深處的空氣壓力計(jì)算微分方程[9] ： (1)為了使計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際，用井眼環(huán)空的實(shí)際溫度代替Angel模型中的平均溫度，同時(shí)考慮空氣鉆井的實(shí)際情況，用粗糙裸眼井段流體流動(dòng)的摩阻系數(shù)(f)代替Angel模型中的光滑管流動(dòng)摩阻系數(shù) ： (2)其中e由下式?jīng)Q定： (3)將（2）、（3）帶如(1)式積分得： (4) 式4中： (5) (6) 式(4)即計(jì)算環(huán)空壓力的公式。顯然：當(dāng)FG時(shí)，顆粒有向下的加速度，即顆粒有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)；當(dāng)F=G時(shí)，巖屑顆粒處于懸浮狀態(tài)；當(dāng)FG時(shí)，巖屑顆粒具有向上的加速度，即有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。在空氣鉆井井壁內(nèi)，巖屑顆粒在環(huán)空中上返時(shí)受到兩個(gè)力的作用：自身重力G，空氣向上流動(dòng)對(duì)巖屑的舉升力F?？諝忏@井廣泛應(yīng)用的同時(shí)也出現(xiàn)了許多使生產(chǎn)無(wú)法順利進(jìn)行的情況，包括氣體攜屑困難、井眼堵塞、井壁失穩(wěn)、井下爆炸等。供氣管匯上應(yīng)設(shè)有壓力釋放閥以防止壓縮機(jī)和其它設(shè)備的壓力過(guò)高；還應(yīng)設(shè)置單向閥以防止空氣或流體向壓縮機(jī)回流?？諝夤軈R是指從壓縮機(jī)到立管之間的管匯?？諝夥蛛x器為一組碗形的容器，設(shè)置在振動(dòng)篩上部，與排屑管的一端相連。滌氣器的作用是除掉即將進(jìn)入增壓機(jī)進(jìn)氣閥的空氣中的過(guò)量水分，起到保護(hù)增壓機(jī)的作用。 如固相注入器、滌氣器、空氣分離器、空氣管匯、空氣集流管等[8]。 螺桿式空氣壓縮機(jī)采用預(yù)成套配置，只需單一的電源連接及壓縮空氣連接，并內(nèi)置冷卻系統(tǒng)，令安裝工作大為簡(jiǎn)化。 現(xiàn)在常用的空氣壓縮機(jī)有活塞式空氣壓縮機(jī)，螺桿式空氣壓縮機(jī)，(螺桿空氣壓縮機(jī)又分為雙螺桿空氣壓縮機(jī)和單螺桿空氣壓縮機(jī))，離心式壓縮機(jī)以及滑片式空氣壓縮機(jī)，渦旋式空氣壓縮機(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)，容積式壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；離心式壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。柱齒鉆頭是用機(jī)械方法將一定規(guī)格的硬質(zhì)合金柱壓入到鉆頭體孔內(nèi)形成的。目前用的鉆頭基本上有兩種：刃片鉆頭和柱齒鉆頭，刃片鉆頭用于軟巖，柱齒鉆頭用于硬巖。圖41氣體潛孔錘示意圖1—單向閥 2—進(jìn)氣道 3—上閥4—上進(jìn)氣道 5—內(nèi)缸體 6—沖錘7—外殼 8—鉆頭 9—下排氣道10—下腔室 11—中心孔 12—上腔室 在不同硬度的巖石中鉆進(jìn)，參數(shù)的選擇差異較大， 鉆進(jìn)硬度小的巖石時(shí)，鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)主要滿足回轉(zhuǎn)切 削碎石的要求；鉆進(jìn)堅(jiān)硬但膠結(jié)不好的巖石時(shí)，鉆 進(jìn)參數(shù)應(yīng)滿足沖擊碎石的需要，以形成體積破碎； 鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密的巖石時(shí)，鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)滿足沖擊和回轉(zhuǎn)兩種碎巖作用。空氣 潛孔錘鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要包括軸向壓力(kN)、回轉(zhuǎn) 速度(r/min)、沖擊功(kg時(shí)沖錘③部位 1126 打開(kāi)下排氣道9，下腔室的氣體從鉆頭中心孔排② 出，而壓縮空氣推動(dòng)沖錘下行直至沖擊鉆頭8破109③7 碎井底巖石[4]。 如左圖：壓縮空氣經(jīng)接頭內(nèi)孔推開(kāi)單向閥1，經(jīng)過(guò)進(jìn)氣道2進(jìn)入沖錘下腔室10。與有閥式潛孔錘相比，壓縮空氣消耗量可以節(jié)約30%左右。本設(shè)計(jì)采用無(wú)閥式潛孔錘，其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下。氣動(dòng)潛孔錘有鉆進(jìn)效率高、鉆頭壽命長(zhǎng)、所需鉆壓低、防斜效果好、排粉快、鉆探成本低等優(yōu)點(diǎn)。這樣，作用在鉆頭上就有回轉(zhuǎn)又有沖擊的綜合作用。專題設(shè)計(jì)部分4 空氣鉆井設(shè)計(jì) 空氣鉆進(jìn)不同于一般普通的鉆進(jìn)，有其專用工具，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下。⑥ 工具入井前要認(rèn)真丈量、測(cè)繪、檢查、保養(yǎng)，并作詳細(xì)記錄，確保性能良好。④ 井隊(duì)技術(shù)人員及司鉆必須掌握工具性能、結(jié)構(gòu)、裝配質(zhì)量及使用操作要點(diǎn)。（7）要求全井單層煤取心采取率≥85%，巖層取心采取率≥90% 。（5）為使煤心中氣體損失量最小，應(yīng)選用繩索式半合管取心工具取心，亦應(yīng)保證巖、煤心直徑大于60mm。（3）現(xiàn)場(chǎng)施工要做到取心層位準(zhǔn)，取心深度準(zhǔn)，巖心長(zhǎng)度及順序準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)取心采用較為先進(jìn)的繩索取心，具體如下[13]：（1）要求使用繩索式煤層取心工具，保證取心收獲率及煤心出筒速度；。（4）井斜計(jì)算以完鉆電測(cè)連續(xù)測(cè)斜資料為準(zhǔn)，測(cè)斜間距25m，特殊情況要加密，最后一測(cè)點(diǎn)距井底小于l m 。（2 以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)，校核鉆具實(shí)長(zhǎng)后確定鉆井深度；每鉆進(jìn)100m校核鉆具長(zhǎng)度1次。)水平位移(m)全角變化率（176。開(kāi)始繩索取心前，用泥漿泵大排量清洗井底，替換成清水后方可進(jìn)行取心作業(yè)?？筛鶕?jù)實(shí)鉆地層具體情況調(diào)節(jié)一開(kāi)井深，目的是封住上部易垮易漏失松散地層，為二開(kāi)的安全鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。（5）在有人居住區(qū)打井時(shí)，控制鉆機(jī)噪聲對(duì)周圍環(huán)境污染。（3）搬遷設(shè)備車輛、井場(chǎng)施工機(jī)具要嚴(yán)格管理，嚴(yán)禁亂壓占耕地、樹木等。其設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下依據(jù)：（1）井場(chǎng)用地面積在滿足要求的前提下，應(yīng)盡可能小的占用農(nóng)田。 預(yù)計(jì)煤層數(shù)據(jù)表煤層底板深度（m）厚度（m） 煤層描述8頂板為灰色塊狀泥巖，巖黑色，粉沫狀，半亮型煤9頂板為深灰色塊狀泥巖，黑色，粉沫狀，半亮型煤10頂板為深灰色塊狀泥巖，粉沫狀及碎塊狀，半亮型煤 3 鉆井一般性設(shè)計(jì) 井場(chǎng)是鉆井作業(yè)的主要場(chǎng)所，有兩個(gè)涵義，一是指鉆井現(xiàn)場(chǎng)，如井場(chǎng)布置即為整個(gè)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的平面布置；二是指鉆臺(tái)前的平場(chǎng)，用來(lái)排放鉆桿、套管，固井時(shí)停放水泥車，測(cè)井時(shí)停放測(cè)井車等。下統(tǒng)有兩個(gè)組，其中下石盒子組（P1X ），, 主要巖性為砂巖和泥巖,含可采煤層5層,其中主采層2層，與下伏地層呈整合接觸；山西組（P1S）厚度137m, 以過(guò)渡相沉積為特征，中部含主采煤層10煤，巖性以泥巖、砂巖為主，植物化石以羊齒為主，動(dòng)物化石以貝殼類為主。主要巖性為：泥巖與砂巖呈不等厚互層，局部夾粉砂巖。上統(tǒng)上石盒子組(P2S ),。 二疊系（P)：整個(gè)中生界白堊、侏羅、三疊系地層缺失。 根據(jù)礦區(qū)多年來(lái)的地質(zhì)資料分析，估計(jì)鉆井所在處的地層傾角約為20176?！?，七月最熱，平均氣溫27℃。 安徽宿州地區(qū)屬于季風(fēng)型大陸氣候。上覆黃土層下侏羅系地層含有砂巖，本段主要是砂巖裂隙含水，以靜水量為主，缺少補(bǔ)給源，井筒穿過(guò)時(shí)無(wú)水。沱河是一條經(jīng)人工修整的季節(jié)性河流，斜穿礦井南部；另有孟家溝、卜陳溝與沱河相通，地表水系較為簡(jiǎn)單。井田范圍內(nèi)除采礦形成的塌陷區(qū)外，均為農(nóng)田，地形平坦，呈西北高東南低的變化趨勢(shì)，標(biāo)高在22～25m之間。本地區(qū)位于華北平原與黃淮平原的交接部位，區(qū)域地形總體以平原為主。礦井西部20km左右有合（肥）—徐（州）高速公路東坪出口，礦井北有宿（州）—泗（縣）省道、南有宿（州）—蚌（埠）101省道穿過(guò)，礦區(qū)公路與之相連。 2 工程概況 工作區(qū)所在的蘆嶺井田位于宿州市東南20km處，西北距淮北市82km（圖21）。在實(shí)際生產(chǎn)中，在預(yù)見(jiàn)的含煤地層上覆巖層及第四系土層，為防止松散層漏失及坍塌通常用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)。由于泥漿、清水等鉆井液密度較大，鉆井液對(duì)地層的壓力較大，并且隨著鉆井深度的加深而不斷加大，這樣吸附在煤層內(nèi)的瓦斯就很難變成游離態(tài)而排到地面，采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)，降低了鉆井液對(duì)地層的壓力，從而有利于瓦斯的析出。從潮濕的煤層生產(chǎn)甲烷經(jīng)常伴隨著大量水的產(chǎn)出。 在煤層氣鉆井中，最大限度的抽放瓦斯是施工的主要目的。 煤層氣開(kāi)發(fā)有所謂“老區(qū)”和“新區(qū)”之分，前者指在生產(chǎn)礦區(qū)的煤層氣開(kāi)發(fā)，后者指在未開(kāi)采的原始煤田的煤層