高瓦斯松軟煤層瓦斯抽采鉆孔清水鉆進施工新技術(shù)試驗解析

1、高瓦斯松軟煤層瓦斯抽采鉆孔清水鉆進施工新技術(shù) 試驗【摘 要】隨著煤炭開采的深入，越來越多的煤礦進入深部高瓦斯區(qū)域，瓦 斯治理就成為煤礦安全生產(chǎn)的重中之重。瓦斯抽采是治理瓦斯問題的最主要手 段和措施，2010年全國瓦斯抽放量達(dá)到100億立方米。但瓦斯抽放受煤層地質(zhì) 情況影響，特別是在松軟煤層高瓦斯區(qū)域，清水鉆進鉆孔不成孔的問題，嚴(yán)重 制約瓦斯抽放效率?！娟P(guān)鍵詞】高瓦斯；松軟煤層；清水鉆進；不成孔松軟煤層高瓦斯區(qū)域的鉆孔施工一直是煤礦瓦斯治理的重點和難點，主要 是因為松軟煤層鉆孔成型差，特別是高瓦斯區(qū)域，由于瓦斯噴孔影響，鉆孔成 孔率極低，多數(shù)鉆孔無法達(dá)到設(shè)計深度要求，即使鉆孔深度達(dá)到要求，鉆孔還

2、 會經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、堵孔等情況，嚴(yán)重影響了鉆孔的抽放效率。一、項目介紹余吾煤業(yè)公司（屯留煤礦）位于山西省長治市屯留縣，屬潞安礦區(qū)。井田 面積162.2平方公里，地質(zhì)儲量15.45億噸，可采儲量6.81億噸，設(shè)計能力 600萬噸/年。屯留煤礦 N2202工作面，走向長度1360m 工作面長225m 煤層 傾角-615，平均傾角3.6。工作面開采煤層為6號煤，煤層厚度為6m 左右。開采層平均瓦斯含量為 7.9m3/t，開采層殘存瓦斯量2.5m3/t，回采面瓦 斯相對涌出量5.54m3/t，日產(chǎn)10000噸煤對應(yīng)絕對瓦斯涌出量為 38.47m3/min。為高瓦斯工作面，煤質(zhì)為軟煤層。二、鉆孔施工設(shè)計N

3、2202回風(fēng)順槽向工作面內(nèi)部布置工作面平行預(yù)抽鉆孔。鉆孔呈三花眼布 置，第一排鉆孔為垂直孔，鉆孔設(shè)計深度115m （可覆蓋工作面一半寬度），開口位置距底板1.2m ;第二排鉆孔為斜平行孔，鉆孔設(shè)計深度120m開口位置距底板1.5m，斜平行孔與垂直孔夾角為5，鉆孔間距為2.5m，鉆孔仰角為2- 3，鉆孔直徑為 94mm所有鉆孔均為順層煤孔，盡量保證鉆孔在煤層中成 孔。平行預(yù)抽鉆孔施工采用ZDY-1900S型鉆機，該鉆機適用鉆孔深度為100 350m鉆孔直徑94200mm主軸傾角0土 90,利用礦井靜壓水系統(tǒng)進行孔 內(nèi)排渣，靜壓水壓力2-3MPa三、常規(guī)光面鉆桿施工情況在屯留礦N2202工作面，從

4、2011年4月26日至5月10日，共有3臺鉆機 施工62個鉆孔，總鉆孔進尺3145米，平均鉆孔深度50.7米，平均每班施工進 尺49.9米，鉆孔施工詳細(xì)情況如表1、表2、表3。表1常規(guī)鉆桿瓦斯鉆孔施工情況統(tǒng)計施工地點N2202回風(fēng)巷時間鉆孔編號施工深度成孔深度情況5.3-5.10 155-168 63-84小計969有效施工班數(shù)16每班進尺60.5625施工鉆孔數(shù)量17平均孔深57表2常規(guī)鉆桿瓦斯鉆孔施工情況統(tǒng)計施工地點N2202回風(fēng)巷時間鉆孔編號施工深度成孔深度情況4.26. 5.6 B281 -257 18-100小計979有效施工班數(shù)16每班進尺61.1875施工鉆孔數(shù)量17平均孔深57

5、.58823529表3常規(guī)鉆桿瓦斯鉆孔施工情況統(tǒng)計施工地點N2202回風(fēng)巷時間鉆孔編號施工深度成孔深度情況4.26 5.10 B215 -235 14-82 噴孔，頂鉆，卡鉆小計1197有效施工班數(shù)31每班進尺38.61290323施工鉆孔數(shù)量28平均孔深42.75通過以上數(shù)據(jù)可知，常規(guī)光面鉆桿的成孔深度、成孔率和排渣效果如表4所示。表4屯留礦常規(guī)光面鉆桿鉆進效果工作面鉆機鉆桿類型設(shè)計深度平均成孔深度成孔率排渣量屯留礦 N2202 ZDY-1900S 光面鉆桿 120m 50.7m 22.5% 正常四、常規(guī)光面鉆桿施工存在的問題1、瓦斯動力現(xiàn)象嚴(yán)重。在鉆孔施工過程中，瓦斯動力現(xiàn)象表現(xiàn)特別頻繁，

6、 瓦斯噴出不均勻，噴出量和噴出持續(xù)時間不穩(wěn)定，攜帶大量煤塊，給安全施工 帶來極大的隱患，而且嚴(yán)重影響鉆孔進尺。為確保施工安全，在孔口安設(shè)防噴 孔裝置。2、鉆孔塌孔嚴(yán)重。鉆孔塌孔體現(xiàn)在兩個階段，第一階段是鉆孔施工過程 中，孔內(nèi)壁由于水侵蝕和鉆動影響，在鉆孔施工過程中出現(xiàn)塌孔，塌孔量大 時，導(dǎo)致鉆孔無法順利排渣，出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，塌孔嚴(yán)重時，將導(dǎo)致夾鉆，在 N2202回風(fēng)巷施工過程中，因為鉆孔塌孔出現(xiàn)兩次掉鉆頭鉆桿現(xiàn)象。第二階段 是鉆孔施工完成后容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔堵塞，影響瓦斯抽放效率。3、鉆孔頂鉆現(xiàn)象突出。鉆孔頂鉆的出現(xiàn)主要是由于瓦斯涌出不均勻，加上 水力排渣不均勻共同形成的結(jié)果，頂鉆嚴(yán)重時

7、可將鉆機連同鉆桿推出，嚴(yán)重影 響鉆孔施工效率。4、鉆孔深度無法保證。因鉆孔塌孔、堵孔、頂鉆等多因素綜合，導(dǎo)致鉆孔施工過程中不出水、卡鉆等情況，無法保證鉆孔施工深度，特別是再18 30米的應(yīng)力集中區(qū)域表現(xiàn)突出。五、設(shè)備及鉆桿改造1、鉆桿改造1）改造目的：在不影響鉆孔施工效率的前提下，使鉆孔在施工過程中能對瓦斯釋放進行有序引導(dǎo)，解決瓦斯釋放的不均衡問題，同時加速對煤渣的排放 效果。2）改造方法：在鉆桿表層加工一層螺旋狀耐磨層，螺旋角度45度左右，螺旋高度3mm螺旋寬度10mm如圖1所示。2、設(shè)備改造1）鉆機回轉(zhuǎn)器鉆機回轉(zhuǎn)器，是鉆桿的動力來源，是夾住鉆桿推動、倒退以及旋轉(zhuǎn)的部 件?；剞D(zhuǎn)器內(nèi)部夾住鉆桿

8、的是四片小卡瓦，通過外圍膠筒擠壓夾住鉆桿，當(dāng)鉆 桿直徑較大時，四片小卡瓦的閉合完全能提供足夠的緊握力，推動鉆桿旋轉(zhuǎn)或 進退；但當(dāng)鉆桿直徑偏小時，四片小卡瓦完全閉合后對鉆桿的緊握力不夠甚至 完全不能夾住鉆桿，導(dǎo)致在在推進、倒退以及旋轉(zhuǎn)時不能對鉆桿提供足夠動力 而影響施工效率。改造辦法：將每片小卡瓦兩側(cè)分別切削 0.8 1m（通過計算是小卡瓦側(cè)邊 分別切削0.98mm，通過改造后，四片卡瓦吻合后，卡瓦圍合內(nèi)徑將減少 2mm就能完全緊握直徑在60-62mm之間的鉆桿，改造內(nèi)容如圖二所示。2）鉆機夾持器鉆機夾持器，是在倒退鉆桿過程中使用極其頻繁的部件，主要用于緊握鉆 桿進行反轉(zhuǎn)拆卸鉆桿。當(dāng)鉆桿直徑較大

9、時，夾持器加緊后，回轉(zhuǎn)器反向旋轉(zhuǎn)， 使夾持器與回轉(zhuǎn)器直徑的鉆桿絲扣松動進行拆卸鉆桿；當(dāng)鉆桿直徑偏小時，夾 持器完全閉合后對鉆桿的緊握力不夠甚至完全不能夾住鉆桿，回轉(zhuǎn)器反向旋轉(zhuǎn) 時，導(dǎo)致孔內(nèi)鉆桿一起反向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)孔內(nèi)鉆桿某個接頭處絲扣緊合力稍弱時， 鉆桿就會脫落，形成掉鉆桿、鉆頭事故。改造辦法：將夾持器兩大夾合組件結(jié)合內(nèi)側(cè)分別切削 1-1.5mm,使夾持器 內(nèi)部卡瓦夾合直徑縮小2 3mm就能完全緊握直徑在60-62mm之間的鉆桿了， 改造內(nèi)容如圖三所示。六、改造后低螺旋耐磨鉆桿施工情況鉆桿和設(shè)備改造后，在屯留礦 N2202工作面，從2011年5月30日至6月 21日，1臺鉆機施工17個鉆孔，總鉆孔

10、進尺1755米，平均鉆孔深度103.2 米，平均每班施工進尺45米，鉆孔施工情況如表5所示。表5低螺旋耐磨鉆桿瓦斯鉆孔施工情況統(tǒng)計施工地點N2202回風(fēng)巷時間鉆孔編號施工深度成孔深度情況5.30 6. 21 B48-152 27-105小計1755有效施工班數(shù)39每班進尺45施工鉆孔數(shù)量17平均孔深103.2352941通過以上數(shù)據(jù)可知，低螺旋耐磨鉆桿的成孔深度、成孔率和排渣效果如表 6所示。表6屯留、高河礦低螺旋耐磨鉆桿鉆進效果工作面鉆機鉆桿類型設(shè)計深度平均成孔深度成孔率排渣量屯留礦 N2202 ZDY-1900S 螺旋鉆桿 120m 103.2m 94.1% 較多七、結(jié)論通過對N2202回

11、風(fēng)巷鉆孔施工情況的分析，可以得出如下結(jié)論：（1 ）低螺旋耐磨鉆桿鉆孔深度得到大幅度提高。 N2202回風(fēng)巷從原來 50.7m提高到103.2m,基本上能滿足工作面鉆孔的覆蓋寬度要求，可有效解決 工作面內(nèi)部區(qū)域的瓦斯突出問題；（2） 低螺旋耐磨鉆桿鉆孔成孔率大幅度提高，成孔率超過90%（3）瓦斯噴孔現(xiàn)象得到明顯緩解。鉆桿改造后進行施工時，鉆桿的螺旋葉 片能夠有效地引導(dǎo)瓦斯釋放，防止瓦斯在孔內(nèi)聚集噴發(fā)；（4）鉆孔施工的穩(wěn)定性得到保障。改造后鉆孔施工過程比較穩(wěn)定，單班鉆 孔進尺比較均衡，鉆孔施工的連續(xù)性得到了更好的保證；（5）鉆孔見巖情況得到一定控制。熔覆的耐磨螺旋對鉆桿有一定的扶穩(wěn)作 用，能夠使鉆桿偏向得到一定控制，鉆孔不容易見巖；（6）鉆孔塌孔現(xiàn)象得到明顯改善。改造后鉆桿螺旋耐磨層對孔內(nèi)壁進行擠壓，將孔內(nèi)壁特別酥軟煤層刮出，擴大了孔內(nèi)半徑（孔經(jīng)從原來的94mn提高到最大的220mm，增加孔內(nèi)瓦斯釋放面，提高瓦斯抽放效率。同時由于螺 旋葉片能夠均勻排渣，防止煤渣聚集堵孔，有效保證了鉆孔的成型；（7）改造后單班施工效率有所下降，主要原因有兩個：新工藝的使用還需 要一段時間進行熟練；排渣量的提高，成孔直徑增大一定程度上影響了鉆進效 率。通過對試驗的分析和總結(jié)，這套施工技術(shù)完全能夠在屯留礦3#煤層進行大規(guī)模使用，將有助于