松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔机理及改进措施研究

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摘 要：科学技术的不断更新，为煤矿生产效率的提高及设备性能的优化带来了重要的保障作用，促进了现代化煤矿企业的快速发展。结合现阶段煤矿生产现场的实际概况，可知某些影响因素的客观存在，容易造成松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔现象的出现，给相关生产计划的顺利完成带来了潜在威胁。因此，需要加强对松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔机理的深入理解，制定可靠的改进措施有效避免这种现象的出现，最大限度增强煤矿生产计划实施的安全可靠性。基于此，该文将对松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔机理及改进措施进行必要研究。

关键词：松软煤层 瓦斯 钻孔塌孔机理 改进措施 生产计划

中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0037-02

从不同的方面提高对松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔机理的全面认识，制定出切实有效的改进措施，有效避免钻孔塌孔问题的产生，有利于实现煤矿安全生产的长期发展目标，在确保生产计划顺利完成的同时可以为煤矿企业带来更多经济效益，全面提升该单位综合市场竞争力。因此，在未来松软煤层瓦斯抽放作业计划开展的过程中，应加强对信息技术及各种专业技术手段的合理运用，促使在这些技术使用中能够有效预防钻孔塌孔现象的出现，不断增强作业现场的生产安全性。

1 松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔机理

1.1 松软瓦斯抽放钻孔过程中的应力分析

在松软煤层瓦斯抽放的过程中，需要注重不同应力的有效分析，确保其中可能存在的安全隐患可以得到及时排除。具体的分析要点包括：（1）水平孔周围弹性应力的有效分布。结合煤层结构特性，可知其包含了孔隙、裂隙等，在瓦斯压力及其他压力的影响，容易造成变形现象的出现。松软煤层瓦斯抽放计划实施时，应加强对水平孔周围弹性应力的深入分析，通过对弹性理论的深入理解，从弹性多孔材料作用的围岩状态、地层结构的完整性、孔壁破坏准则等方面进行重点考虑，确保钻孔过程中的受力均匀性；（2）倾斜孔周围弹性应力的有效分布。松软煤层瓦斯抽放过程应考虑倾斜孔周围弹性应力分布，确保钻孔作业计划的顺利实施。具体分析中应构建可靠的三维空间坐标，将倾斜孔受到不同方向的应力在坐标上标记出来，进而对围岩孔壁的结果稳定性进行综合评估。

1.2 瓦斯抽放钻孔塌孔的相关条件

相关的研究资料表明，松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔现象的出现，需要满足一定条件。这些条件包括：（1）水平瓦斯抽放钻孔塌孔的相关条件。通过对钻孔稳定性问题的深入分析，可知不同介质的分布对于孔壁的稳定性有着较大影响：当钻孔过程中围岩周围的应力超过其自身的强度时，往往会引发钻孔塌孔。不同方向的应力差最大时，钻孔塌孔现象出现的几率最大。因此，水平瓦斯抽放中应充分考虑地层孔隙压力及其他的应力，提高钻孔质量；（2）倾斜瓦斯抽放钻孔塌孔的相关条件。结合倾斜瓦斯抽放钻孔作业方式特点，可知其中发生钻孔塌孔问题的前提条件与钻孔中不同方向的应力分布大小有关。通过对钻孔倾角、钻孔孔壁不同方向应力大小的确定等，可以构建出倾斜钻孔与时间之间的关系，进而确定发生钻孔塌孔的临界值。

1.3 导致瓦斯抽放钻孔塌孔的相关因素

各种潜在影响因素的客观存在，加大了瓦斯抽放钻孔塌孔问题发生的概率。这些影响因素主要包括：（1）影响围岩结构稳定性的染哿Γ其具有动态变化的特点，对钻孔过程中煤体的胶结强度及抗剪强度有着一定要求。当不同方向的内聚力差较小时，说明该区域的煤体较软，钻孔中容易发生塌孔；（2）原始煤层流体压力越大时，加大使钻孔坍塌的临界值增大，加大了钻孔塌孔问题产生的几率；（3）埋设过程中垂直应力不断增加，也会使钻孔坍塌临界应力变大，从而影响了钻孔的稳定性，一定条件下会出现钻孔塌孔现象。同时，随着煤体内摩擦角的动态变化，也会对瓦斯抽放钻孔塌孔造成较大影响。

2 避免松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔现象出现的改进措施

为了避免松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔现象的出现，消除其中可能存在的安全隐患，需要采取必要的改进措施进行必要预防，确保作业计划实施的安全性，增强钻孔的稳定性。这些改进措施包括以下几个方面。

2.1 改进瓦斯抽放过程中的施工工艺

在松软煤层瓦斯抽放过程中，选择可靠的施工工艺，有利于提高钻孔质量，最大限度降低钻孔塌孔问题发生的概率。具体表现在：（1）及时改变钻孔的方位角。瓦市抽放钻孔施工中将其中的钻孔倾角控制在60°的范围内时，可知30°方向的钻孔方位角产生的临界坍塌压力最大，将会产生钻孔塌孔问题。因此，钻孔施工中应将其方位角控制在30°范围内进行打孔，提高钻孔质量；（2）注重钻孔倾角的改变。相关的研究报告指出，瓦斯抽放钻孔倾斜角控制在小于22.5°的范围内时，其中产生的内摩擦角较小，应力大小不会超过钻孔坍塌临界压力。因此，钻孔施工中结合坍塌临界压力的要求，应将钻孔倾角控制在22.5°的范围内；（3）注重钻孔直径的改变。通过计算机系统相关软件的模拟分析，可知瓦斯抽放钻孔围岩塑性区的变压与钻孔之间有着紧密联系，二者呈正相关的关系。当钻孔直径大时，塑性区也会变大，其中产生的应力将会给钻孔质量带来潜在威胁。因此，钻孔施工中应加强对钻机的合理运用，促使钻孔直径保持在94 mm左右，优化钻孔质量；（4）对钻进工艺的改进研究。我们与煤科院西安分院合作，选用其研发的松软煤层中风压空气钻进工艺技术及配套装备。用中风压空气钻进及钻杆内部安设筛管的施工工艺，在西安煤科分院技术人员的现场指导下，掌握了钻进设备的使用性能，提高了在松软煤层施工钻孔的成孔率。

2.2 加强侧压系数的合理控制

煤层埋设对松软煤层瓦斯抽放钻孔稳定性的临界值有着一定影响。相对而言，侧压系数对钻孔稳定性的影响更大。因此，松软煤层瓦斯抽放钻孔施工中应加强对专业技术手段的合理运用，通过对煤层断层、塌落柱等复杂地质条件的有效分析，将钻孔过程中的侧压系数控制在合理的范围内，减少其对钻孔的影响。

2.3 提高套管的利用效率

作为解决松软煤层钻孔坍塌的重要措施，适当增加套管，有利于降低钻孔塌孔发生的几率。在使用套管的过程中，应充分考虑钻孔变形对瓦斯抽放作业效率的影响，确保套管的合理运用能够达到生产现场的实际要求。同时，由于套管强度与钻孔围岩垂直位移、塑性区范围大小等不同因素之间呈反比关系，因此，在经济条件允许的前提下，应加强PP管及PVC管的合理使用，有效避免瓦斯抽放钻孔塌孔现象的出现，确保松软煤层瓦斯抽放作业效率能够始终保持在更高层面上。

3 结语

通过对松软煤层瓦斯抽放钻孔塌孔机理的深入研究，并制定出相关的改进措施确保生产计划的安全实施，一定程度上加快了现代化煤矿企业的发展速度，促使煤矿企业的生产目标能够在规定的时间内顺利实现，全面提升我国煤矿的整体生产水平。与此同时，结合市场用煤的实际需求，可知未来松软煤层瓦斯抽放过程中需要注重行业技术规范的具体要求，灵活运用各种安全措施进行针对性处理，降低作业计划实施中钻孔塌孔问题发生的几率，为后续生产计划的实施打下坚实基础。

参考文献

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