高瓦斯松软煤层瓦斯抽采钻孔清水钻进施工新技术试验
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高瓦斯松软煤层瓦斯抽采钻孔清水钻进施工新技术试验范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘 要】随着煤炭开采的深入，越来越多的煤矿进入深部高瓦斯区域，瓦斯治理就成为煤矿安全生产的重中之重。瓦斯抽采是治理瓦斯问题的最主要手段和措施，2010年全国瓦斯抽放量达到100亿立方米。但瓦斯抽放受煤层地质情况影响，特别是在松软煤层高瓦斯区域，清水钻进钻孔不成孔的问题，严重制约瓦斯抽放效率。
松软煤层高瓦斯区域的钻孔施工一直是煤矿瓦斯治理的重点和难点，主要是因为松软煤层钻孔成型差，特别是高瓦斯区域，由于瓦斯喷孔影响，钻孔成孔率极低，多数钻孔无法达到设计深度要求，即使钻孔深度达到要求，钻孔还会经常出现塌孔、堵孔等情况，严重影响了钻孔的抽放效率。
一、项目介绍
余吾煤业公司（屯留煤矿）位于山西省长治市屯留县，属潞安矿区。井田面积162.2平方公里，地质储量15.45亿吨，可采储量6.81亿吨，设计能力600万吨/年。屯留煤矿N2202工作面，走向长度1360m，工作面长225m，煤层倾角-6°～15°，平均倾角3.6°。工作面开采煤层为6号煤，煤层厚度为6m左右。开采层平均瓦斯含量为7.9m3/t，开采层残存瓦斯量2.5m3/t，回采面瓦斯相对涌出量5.54m3/t，日产10000吨煤对应绝对瓦斯涌出量为38.47m3/min。为高瓦斯工作面，煤质为软煤层。
二、钻孔施工设计
N2202回风顺槽向工作面内部布置工作面平行预抽钻孔。钻孔呈三花眼布置，第一排钻孔为垂直孔，钻孔设计深度115m（可覆盖工作面一半宽度），开口位置距底板1.2m；第二排钻孔为斜平行孔，钻孔设计深度120m，开口位置距底板1.5m，斜平行孔与垂直孔夹角为5°，钻孔间距为2.5m，钻孔仰角为2-3°，钻孔直径为φ94mm，所有钻孔均为顺层煤孔，尽量保证钻孔在煤层中成孔。
平行预抽钻孔施工采用ZDY-1900S型钻机，该钻机适用钻孔深度为100～350m，钻孔直径94～200mm,主轴倾角0～±90°，利用矿井静压水系统进行孔内排渣，静压水压力2-3MPa。
三、常规光面钻杆施工情况
在屯留矿N2202工作面，从2011年4月26日至5月10日，共有3台钻机施工62个钻孔，总钻孔进尺3145米，平均钻孔深度50.7米，平均每班施工进尺49.9米，钻孔施工详细情况如表1、表2、表3。
表1 常规钻杆瓦斯钻孔施工情况统计
施工地点 N2202回风巷
时间 钻孔编号 施工深度 成孔深度 情况
5.3--5.10 155-168 63-84
小计 969
有效施工班数 16 每班进尺 60.5625
施工钻孔数量 17 平均孔深 57
表2 常规钻杆瓦斯钻孔施工情况统计
施工地点 N2202回风巷
时间 钻孔编号 施工深度 成孔深度 情况
4.26.―5.6 B281-257 18-100
小计 979
有效施工班数 16 每班进尺 61.1875
施工钻孔数量 17 平均孔深 57.58823529
表3 常规钻杆瓦斯钻孔施工情况统计
施工地点 N2202回风巷
时间 钻孔编号 施工深度 成孔深度 情况
4.26―5.10 B215-235 14-82 喷孔，顶钻，卡钻
小计 1197
有效施工班数 31 每班进尺 38.61290323
施工钻孔数量 28 平均孔深 42.75
通过以上数据可知，常规光面钻杆的成孔深度、成孔率和排渣效果如表4所示。
表4 屯留矿常规光面钻杆钻进效果
工作面 钻机 钻杆类型 设计深度 平均成孔深度 成孔率 排渣量
屯留矿N2202 ZDY-1900S 光面钻杆 120m 50.7m 22.5% 正常
四、常规光面钻杆施工存在的问题
1、瓦斯动力现象严重。在钻孔施工过程中，瓦斯动力现象表现特别频繁，瓦斯喷出不均匀，喷出量和喷出持续时间不稳定，携带大量煤块，给安全施工带来极大的隐患，而且严重影响钻孔进尺。为确保施工安全，在孔口安设防喷孔装置。
2、钻孔塌孔严重。钻孔塌孔体现在两个阶段，第一阶段是钻孔施工过程中，孔内壁由于水侵蚀和钻动影响，在钻孔施工过程中出现塌孔，塌孔量大时，导致钻孔无法顺利排渣，出现堵孔现象，塌孔严重时，将导致夹钻，在N2202回风巷施工过程中，因为钻孔塌孔出现两次掉钻头钻杆现象。第二阶段是钻孔施工完成后容易出现塌孔现象，导致钻孔堵塞，影响瓦斯抽放效率。
3、钻孔顶钻现象突出。钻孔顶钻的出现主要是由于瓦斯涌出不均匀，加上水力排渣不均匀共同形成的结果，顶钻严重时可将钻机连同钻杆推出，严重影响钻孔施工效率。
4、钻孔深度无法保证。因钻孔塌孔、堵孔、顶钻等多因素综合，导致钻孔施工过程中不出水、卡钻等情况，无法保证钻孔施工深度，特别是再18―30米的应力集中区域表现突出。
五、设备及钻杆改造
1、钻杆改造
1）改造目的：在不影响钻孔施工效率的前提下，使钻孔在施工过程中能对瓦斯释放进行有序引导，解决瓦斯释放的不均衡问题，同时加速对煤渣的排放效果。
2）改造方法：在钻杆表层加工一层螺旋状耐磨层，螺旋角度45度左右，螺旋高度3mm，螺旋宽度10mm。如图1所示。
2、设备改造
1）钻机回转器
钻机回转器，是钻杆的动力来源，是夹住钻杆推动、倒退以及旋转的部件。回转器内部夹住钻杆的是四片小卡瓦，通过胶筒挤压夹住钻杆，当钻杆直径较大时，四片小卡瓦的闭合完全能提供足够的紧握力，推动钻杆旋转或进退；但当钻杆直径偏小时，四片小卡瓦完全闭合后对钻杆的紧握力不够甚至完全不能夹住钻杆，导致在在推进、倒退以及旋转时不能对钻杆提供足够动力而影响施工效率。
改造办法：将每片小卡瓦两侧分别切削0.8―1mm（通过计算是小卡瓦侧边分别切削0.98mm），通过改造后，四片卡瓦吻合后，卡瓦围合内径将减少2mm，就能完全紧握直径在60-62mm之间的钻杆，改造内容如图二所示。
2）钻机夹持器
钻机夹持器，是在倒退钻杆过程中使用极其频繁的部件，主要用于紧握钻杆进行反转拆卸钻杆。当钻杆直径较大时，夹持器加紧后，回转器反向旋转，使夹持器与回转器直径的钻杆丝扣松动进行拆卸钻杆；当钻杆直径偏小时，夹持器完全闭合后对钻杆的紧握力不够甚至完全不能夹住钻杆，回转器反向旋转时，导致孔内钻杆一起反向旋转，当孔内钻杆某个接头处丝扣紧合力稍弱时，钻杆就会脱落，形成掉钻杆、钻头事故。
改造办法：将夹持器两大夹合组件结合内侧分别切削1-1.5mm，使夹持器内部卡瓦夹合直径缩小2―3mm，就能完全紧握直径在60-62mm之间的钻杆了，改造内容如图三所示。
六、改造后低螺旋耐磨钻杆施工情况
钻杆和设备改造后，在屯留矿N2202工作面，从2011年5月30日至6月21日，1台钻机施工17个钻孔，总钻孔进尺1755米，平均钻孔深度103.2米，平均每班施工进尺45米，钻孔施工情况如表5所示。
表5 低螺旋耐磨钻杆瓦斯钻孔施工情况统计
施工地点 N2202回风巷
时间 钻孔编号 施工深度 成孔深度 情况
5.30―6.21 B48--152 27-105
小计 1755
有效施工班数 39 每班进尺 45
施工钻孔数量 17 平均孔深 103.2352941
通过以上数据可知，低螺旋耐磨钻杆的成孔深度、成孔率和排渣效果如表6所示。
表6 屯留、高河矿低螺旋耐磨钻杆钻进效果
工作面 钻机 钻杆类型 设计深度 平均成孔深度 成孔率 排渣量
屯留矿N2202 ZDY-1900S 螺旋钻杆 120m 103.2m 94.1% 较多
七、结论
通过对N2202回风巷钻孔施工情况的分析，可以得出如下结论：
（1）低螺旋耐磨钻杆钻孔深度得到大幅度提高。N2202回风巷从原来50.7m提高到103.2m，基本上能满足工作面钻孔的覆盖宽度要求，可有效解决工作面内部区域的瓦斯突出问题；
（2）低螺旋耐磨钻杆钻孔成孔率大幅度提高，成孔率超过90%；
（3）瓦斯喷孔现象得到明显缓解。钻杆改造后进行施工时，钻杆的螺旋叶片能够有效地引导瓦斯释放，防止瓦斯在孔内聚集喷发；
（4）钻孔施工的稳定性得到保障。改造后钻孔施工过程比较稳定，单班钻孔进尺比较均衡，钻孔施工的连续性得到了更好的保证；
（5）钻孔见岩情况得到一定控制。熔覆的耐磨螺旋对钻杆有一定的扶稳作用，能够使钻杆偏向得到一定控制，钻孔不容易见岩；
（6）钻孔塌孔现象得到明显改善。改造后钻杆螺旋耐磨层对孔内壁进行挤压，将孔内壁特别酥软煤层刮出，扩大了孔内半径（孔经从原来的Φ94mm提高到最大的Φ220mm），增加孔内瓦斯释放面，提高瓦斯抽放效率。同时由于螺旋叶片能够均匀排渣，防止煤渣聚集堵孔，有效保证了钻孔的成型；
（7）改造后单班施工效率有所下降，主要原因有两个：新工艺的使用还需要一段时间进行熟练；排渣量的提高，成孔直径增大一定程度上影响了钻进效率。
通过对试验的分析和总结，这套施工技术完全能够在屯留矿3#煤层进行大规模使用，将有助于提高潞安集团瓦斯抽放钻孔施工效率，提高钻孔施工深度，保证成孔率和瓦斯抽采效率。
参考文献
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术.煤炭工业出版社,2007（6）.
[2]石智军,胡少韵,姚宁平等.煤矿井下瓦斯抽采（放）钻孔施工新技术.煤炭工业出版社,2008.
作者简介
徐计连，学历：本科，毕业学校：辽宁工程技术大学，工程管理专业
职务：山西潞安工程有限公司矿建分公司书记兼技术负责人