程軍- 穿層鉆孔論文

突出煤層群穿層鉆孔施工工藝改進(jìn)報(bào)送單位:皖北煤電集團(tuán)恒源股份有限公司

安徽省煤炭學(xué)會(huì)2011年通風(fēng)安全專業(yè)學(xué)術(shù)研討會(huì)報(bào)告材料突出煤層群穿層鉆孔施工工藝改進(jìn)程軍1，劉延俊1，孫玉峰1，梁坤柱1，梁磊1，汪宏偉11.安徽臥龍湖煤礦有限責(zé)任公司，安徽淮北，中國(guó)，235100E-mail:wlhmk@163.com摘要：臥龍湖煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造較發(fā)育，煤層瓦斯壓力大、含量高，穿層鉆孔穿透多層煤層時(shí)施工困難，施工工期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了石門揭煤時(shí)間和煤巷進(jìn)入作業(yè)時(shí)間，給礦井生產(chǎn)接替帶來不利影響。本文論述了突出煤層群條件下穿層鉆孔施工工藝改進(jìn)方式，提高了鉆探效率，為突出礦井瓦斯治理工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。安徽臥龍湖煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，建井至今已發(fā)生3次突出。礦井可采煤層10煤層、8煤層、7煤層、6煤層均為突出煤層。各主采煤層均受火成巖侵蝕，侵蝕區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯賦存不規(guī)律，地質(zhì)條件復(fù)雜。礦井各主采煤層賦存情況如下表所示：1、引言臥龍湖煤礦各主采煤層瓦斯賦存表煤層層間距（m）煤厚（m）破壞類型最大瓦斯含量（m3/t）最大瓦斯壓力（MPa）堅(jiān)固性系數(shù)f透氣性系數(shù)（m2/（Mpa2.d））備注61312751.1Ⅲ～Ⅳ類15.72.5（含水壓）0.56——北翼采區(qū)聯(lián)合開采南翼采區(qū)單獨(dú)開采71.3Ⅲ～Ⅳ類19.72.3（含水壓）0.514.1482.6Ⅲ～V類24.61.850.54.29102.5Ⅲ～Ⅳ類26.34.5（含水壓）0.940.02礦井煤層綜合柱狀示意圖

礦井北翼采區(qū)為多煤層聯(lián)合開采，主采6、7、8煤層，三層煤層間距在10m左右，為解決煤層瓦斯突出問題，在8煤底板20m左右施工底板抽放巷道，采用圓鉆桿施工穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。2、突出煤層群穿層鉆孔施工情況采用3200S型全液壓鉆機(jī)，使用圓鉆桿水力排查鉆進(jìn)方式施工穿層鉆孔，穿透8煤層時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，即使不返水仍然可以強(qiáng)行穿透。由于8煤層瓦斯含量大，透氣性系數(shù)高，瓦斯解吸速度快，煤層松軟（f＜0.5），繼續(xù)向上穿透7、6煤層群時(shí)，出現(xiàn)煤體跨落堵塞鉆孔后路，造成瓦斯積聚，鉆孔不返水，孔內(nèi)瓦斯壓力和水壓升高，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，后路堵塞物突破，出現(xiàn)噴孔。在處理不返水時(shí)需要反復(fù)提鉆、穿鉆，容易造成孔內(nèi)事故。鉆探效率低下，鉆孔提鉆后還會(huì)發(fā)生憋孔噴孔現(xiàn)象，致使瓦斯管理工作困難，帶來安全隱患，抑制了施工進(jìn)度。

例如：我礦北一采區(qū)四區(qū)段8煤底抽巷在2011年1月-6月期間，共安排5臺(tái)鉆機(jī)施工，該巷道配風(fēng)2500m3/min，2月11日4#鉆機(jī)提鉆后出現(xiàn)噴孔，鉆機(jī)瓦斯傳感器瞬間達(dá)到4%（低濃瓦斯傳感器），通過北翼總回風(fēng)巷風(fēng)量及瓦斯?jié)舛扔?jì)算噴出瓦斯量達(dá)270m3，噴出煤量1.1t。3、突出煤層群穿層鉆孔施工工藝改進(jìn)3.1傳統(tǒng)打鉆工藝（1）73mm圓鉆桿、108mm鉆頭，水力排渣方式;（2）采用增大孔徑比的方式：先用￠127mm鉆頭打到8煤，立即停止鉆進(jìn)，退出鉆桿，改用￠94mm復(fù)合片鉆頭水力（風(fēng)力）排渣鉆進(jìn)。通過對(duì)幾種打鉆工藝進(jìn)行分析比較，存在問題主要有：（1）鉆機(jī)效率低，單臺(tái)工效基本在30m/天；（2）不能解決“塌孔—堵孔—噴孔”瓦斯問題，有時(shí)為了解決瓦斯問題，四臺(tái)機(jī)組不能同時(shí)作業(yè)；（3）工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，需要反復(fù)提鉆、穿鉆；（4）鉆頭磨損嚴(yán)重，抱鉆、埋鉆、丟鉆具現(xiàn)象普遍。針對(duì)傳統(tǒng)施工方法所存在的問題，決定對(duì)鉆機(jī)快速高效穿透多層煤層技術(shù)進(jìn)行研究，解決鉆探效率低下，“塌孔—堵孔—噴孔”瓦斯問題。3.2突出煤層群鉆探工藝改進(jìn)方式探索（1）三角鉆桿試驗(yàn)：引進(jìn)三角鉆桿，理論上三角鉆桿比圓鉆桿釋放的空間大，通過相應(yīng)增加孔徑比更利于排渣。由于3200型鉆機(jī)卡瓦抱不住鉆桿，無法自卸，同時(shí)卡瓦與鉆桿接觸面小，對(duì)鉆桿損壞嚴(yán)重，故試驗(yàn)失敗。

三角鉆桿（2）在圓鉆桿上纏繞盤圓進(jìn)行試驗(yàn)：

在第一節(jié)鉆桿上焊接2個(gè)鐵片，同時(shí)使用螺絲帽用來固定盤圓，鉆孔見8煤層后，立即退出鉆桿，利用鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)向前輸送盤圓，通過人為創(chuàng)造摩擦力給煤巖粉一個(gè)向下排渣的通道。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉆桿在進(jìn)入8煤后可以改善煤粉排渣，堵孔現(xiàn)象有所緩解，由于是人工控制纏繞進(jìn)度，其纏繞密度無法精確控制，導(dǎo)致后期試驗(yàn)失敗。但受此啟發(fā)，決定定制淺螺紋鉆具。

圓鉆桿纏繞盤圓

（3）改造鉆具（雙螺旋自接式麻花鉆桿）主要技術(shù)參數(shù)：在￠63.5mm圓鉆桿外焊接鋼帶，外徑￠73.5mm，鋼帶寬200mm，螺紋間距25mm，每根鉆桿約20圈螺紋，鉆桿長(zhǎng)1000mm。使用淺螺紋鉆桿（雙螺旋自接式麻花鉆桿），配套108mm鉆頭，水力排渣鉆進(jìn)方式施工。淺螺紋鉆桿

淺螺紋鉆桿工作原理

鉆頭進(jìn)入煤層后，通過外接螺紋旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)使煤巖粉直接向孔外排出，因螺紋攪動(dòng)作用，使煤巖鉆屑會(huì)持續(xù)向孔外排出，保證了孔內(nèi)暢通，杜絕了煤巖粉積聚堵塞鉆孔，瓦斯連續(xù)排出孔外，解決了因鉆孔施工造成的噴孔、瓦斯超限等難題，保證了鉆孔施工安全。4、改進(jìn)效果與存在問題4.1改進(jìn)效果分析：⑴2011年1月—2月圓鉆桿施工單機(jī)平均進(jìn)尺30米/天，3月-5月使用淺螺紋鉆桿工藝施工單機(jī)平均進(jìn)尺135米/天，單機(jī)日進(jìn)尺最高達(dá)到316.5米，平均單機(jī)效率提高4～5倍，月度單機(jī)最高達(dá)3760米/月且鉆孔成孔好；四區(qū)段8煤底抽巷瓦斯治理工程提前13.3個(gè)月完工，為瓦斯抽采贏得了時(shí)間，保證了礦井生產(chǎn)接替；⑵淺螺紋鉆桿工藝施工過程中杜絕了抱鉆、埋鉆、丟鉆等事故。此項(xiàng)施工工藝的改進(jìn)每年可以節(jié)約人工工資135萬元，節(jié)約材料費(fèi)用258萬元，年累計(jì)節(jié)約393萬元；⑶通過改進(jìn)施工工藝緩解了鉆孔噴孔強(qiáng)度，由高強(qiáng)度噴孔狀態(tài)轉(zhuǎn)變到孔內(nèi)瓦斯氣體持續(xù)釋放狀態(tài)，減少了因噴孔而導(dǎo)致的煤巖粉噴出傷人事故。4.2存在問題：⑴淺螺紋鉆桿和卡瓦接觸面較小，螺紋磨損較快，卡瓦也易損壞；