安林煤礦復(fù)采區(qū)“三軟”煤層打鉆深孔成孔技術(shù)研究與應(yīng)用

　　摘 要：突出煤層在打鉆過程中，常常遇到夾鉆、噴孔、卡鉆、掉鉆等問題。嚴(yán)重的還可能會誘發(fā)瓦斯突出事故。為解決突出松軟煤層生產(chǎn)過程中的煤與瓦斯突出問題，最主要的手段就是進(jìn)行深孔打鉆，通過在鉆孔設(shè)計、鉆具改進(jìn)和打鉆工藝等的研究，摸索出一套行之有效的辦法，有效解決了突出松軟煤層打鉆難問題。
　　關(guān)鍵詞：深鉆孔 成孔技術(shù) 研究應(yīng)用
　　中圖分類號：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2011）10（c）-0000-00
　　
　　1礦井概況：
　　安林煤礦位于河南省安陽縣境內(nèi)，屬安陽—鶴壁煤田北中部，礦井生產(chǎn)現(xiàn)為三個采區(qū)（三采區(qū)、六采區(qū)、八采區(qū)），其中三采區(qū)為復(fù)采區(qū)。復(fù)采區(qū)位于原三采區(qū)采空區(qū)內(nèi)，設(shè)計布置2條復(fù)采下山和3個復(fù)采工作面。其中復(fù)采下山位于三采區(qū)皮帶下山北側(cè)，掘進(jìn)中穿過原23041、原23061、原23081工作面采空區(qū)，皮帶下山、回風(fēng)下山各長210m，井下標(biāo)高為-102m~-200m，下山傾角22。。
　　2技術(shù)背景
　　當(dāng)前，在全國范圍內(nèi)，松軟突出煤層中雖然有鉆孔深度超過150m，甚至200多米的紀(jì)錄，但大部分的鉆孔深度仍在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦斯抽放成本很高，我礦在“松軟低透氣性”煤層鉆孔深度平均僅為50m，因此，突出煤層鉆進(jìn)常見問題的處理是煤與瓦斯突出礦井急待解決的問題之一。
　　 在突出煤層在打鉆過程中，常常遇到夾鉆、噴孔、卡鉆、掉鉆等問題。嚴(yán)重的還可能會誘發(fā)瓦斯突出事故。復(fù)采區(qū)掘進(jìn)工作面位于原三采區(qū)中部，該掘進(jìn)面瓦斯賦存量大，巷道頂板壓力大，應(yīng)力集中，煤層松軟，滲透性差。在這種煤層中鉆進(jìn)，容易產(chǎn)生塌孔、卡鉆、噴孔等現(xiàn)象。如不及時采取可行的處理措施，將造成鉆孔報廢，掉鉆桿（每掉一次桿按20根計算，折合人民幣2000元左右）、鉆孔打不深等后果。
　　突出松軟煤層深孔鉆進(jìn)是公認(rèn)的世界難題。為解決突出松軟煤層生產(chǎn)過程中的煤與瓦斯突出問題，最主要的手段就是進(jìn)行深孔打鉆，通過在鉆孔設(shè)計、鉆具改進(jìn)和打鉆工藝等的研究，摸索出一套行之有效的辦法，有效解決突出松軟煤層打鉆難問題。
　　3松軟煤層中打深孔成孔的基本技術(shù)
　　實現(xiàn)松軟煤層中打深孔，必須采取綜合的辦法來解決，綜合辦法包括：鉆孔設(shè)計、打鉆設(shè)備和打鉆工藝等。
　　3.1新型鉆機的應(yīng)用
　　根據(jù)目前打鉆過程中存在的問題進(jìn)行分析總結(jié)，認(rèn)為深孔成孔率低的一個主要原因就是打鉆設(shè)備的落后，對此大眾礦通過調(diào)研，購進(jìn)大功率、大扭矩的鉆機，配合三棱鉆桿，鉆孔深度可以達(dá)到100m以上，從根本上解決了問題的根源所在。
　　3.2突出松軟煤層扒孔降溫鉆進(jìn)的原理及創(chuàng)新
　　在突出煤層中鉆進(jìn)，遇到“煤炮”是不可避免的，“煤炮”堵塞鉆孔，使風(fēng)力排粉失效，此時往往需要停止打鉆。在風(fēng)力排粉失效的情況下，在傳統(tǒng)鉆具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，則可克服風(fēng)力排粉的缺陷，盡快恢復(fù)風(fēng)力排粉的作用，解決傳統(tǒng)鉆具因風(fēng)力排粉卡鉆夾鉆導(dǎo)致的鉆孔深度低問題。
　　(1)鉆桿創(chuàng)新—添加螺旋輸送扒孔功能（三棱鉆桿）。在鉆桿外表設(shè)置螺旋輸送槽，在不影響正常夾持器使用的前題下，保證鉆桿的最小強度不變，給鉆桿增加一個螺旋輸送功能，即扒孔功能。以風(fēng)力排粉為主，在“煤炮”發(fā)生后，鉆孔堵塞風(fēng)力排粉失效的情況下，通過發(fā)揮鉆桿的螺旋輸送即扒孔功能，運送堵孔段鉆孔的煤粉，重新打通風(fēng)力排粉通道，保證鉆孔排渣系統(tǒng)正常有效。風(fēng)力排粉通道開通之
　　后，繼續(xù)向前鉆進(jìn)，穿越三區(qū)域，繼續(xù)鉆進(jìn)。同時扒孔鉆進(jìn)與風(fēng)力協(xié)同排粉消除了鉆桿旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的高溫現(xiàn)象，避免了鉆孔燃燒事故的發(fā)生。
　　 (2)鉆頭創(chuàng)新—防止鉆桿堵塞。“煤炮”不僅會使鉆孔堵塞，也會使鉆桿堵塞。孔內(nèi)動力現(xiàn)象即“煤炮”發(fā)生后，大量的高壓瓦斯釋放，釋放的瓦斯壓力會高于排粉風(fēng)力的風(fēng)壓(0.5 MPa左右)，引起鉆桿內(nèi)風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，將煤粉煤渣帶人鉆孔內(nèi)部，堵塞排粉風(fēng)路。為了解決這個問題，對鉆桿與鉆頭的聯(lián)結(jié)部進(jìn)行改造，在普通鉆頭內(nèi)部增設(shè)一個單向閥，使得“煤炮”發(fā)生時，單向閥在瓦斯壓力的作用下及時關(guān)閉，鉆桿內(nèi)沒有逆轉(zhuǎn)的瓦斯風(fēng)流，保證鉆桿不被堵塞。通過鉆具的改進(jìn)，在打鉆期間因噴孔、煤炮而導(dǎo)致卡鉆的現(xiàn)象基本消除。
　　3.3穩(wěn)固鉆機
　　在保證鉆機質(zhì)量的前提下，大眾礦又通過優(yōu)化打鉆工藝，進(jìn)一步提升了打鉆深度，為頭層掘進(jìn)工作面的快速掘進(jìn)提供了有力的保障。
　　穩(wěn)固鉆機：鉆機底部有墊木墊在實底上，要用立柱控制鉆機位置，防止鉆機在鉆進(jìn)過程中震動，鉆機震動將會造成鉆桿在鉆進(jìn)過程中擺動或閃動，形成鉆孔偏離中心，孔壁不平直，增加阻力，削弱前進(jìn)能力，孔壁受鉆桿擺動影響而破壞，增加跨孔堵孔的形成條件。這是打鉆前重要環(huán)節(jié)。
　　3.4保證風(fēng)壓風(fēng)量、鉆孔排渣好
　　保證風(fēng)壓風(fēng)量、鉆孔排渣好：做到不堵孔，減少噴孔，降低噴孔強度都靠排碴，排碴的好壞，直接關(guān)系到鉆孔的成敗，排碴不好，不僅造成堵孔、卡鉆，而且會磨擦發(fā)熱產(chǎn)生高溫，嚴(yán)重時導(dǎo)致鉆孔內(nèi)起火，帶來安全隱患。
　　鉆孔排碴好依托兩個條件：保證打鉆風(fēng)壓和風(fēng)量。根據(jù)我們測定風(fēng)壓必須在3-4kg/cm2，風(fēng)量必須每分鐘2-3m3/min。當(dāng)井下壓風(fēng)滿足不了時，必須采取安裝井下壓風(fēng)機來解決。
　　鉆進(jìn)過程中必須觀察排碴情況，及時采取退鉆措施，經(jīng)實踐我們形成“低壓慢速、邊進(jìn)邊退、掏孔前進(jìn)”的軟煤打鉆工藝思路，經(jīng)反復(fù)試驗，證明這一工藝思路是正確的。退多少根鉆桿要根據(jù)排碴效果確定，嚴(yán)格禁止在排碴不順的情況下強拔硬進(jìn)，有時可以先停止進(jìn)退，送風(fēng)排碴，使鉆桿活動后再進(jìn)或再退。不看排碴盲目鉆進(jìn)，出事故是不可避免的。含水煤層孔內(nèi)煤粉變成煤泥糊或煤泥團，單純送風(fēng)往往難以達(dá)到孔內(nèi)通暢的效果，多退鉆，反復(fù)退是完全必要的。此時決不能強調(diào)鉆進(jìn)速度，單純要進(jìn)尺，會事與愿違，欲速不達(dá)。
　　3.5掌握給進(jìn)壓力和鉆進(jìn)速度
　　掌握給進(jìn)壓力和鉆進(jìn)速度：鉆機給進(jìn)壓力的極限是固定的，不同層段要掌握不同的給進(jìn)壓力，壓力升高的原因是①換層；②孔內(nèi)出現(xiàn)堵孔；③鉆具損壞，斷鉆頭鉆桿也會致使壓力突然變化。當(dāng)給進(jìn)壓力突然升高時必須采取果斷措施，一是停止鉆進(jìn)，進(jìn)行壓風(fēng)排碴；另一種是撤鉆退鉆。鉆進(jìn)速度必須保持適當(dāng)，軟煤分層中鉆進(jìn)主要是降速，通過降速充分排碴，減少沉碴，同時也起到降低給進(jìn)壓力的作用。所以軟煤鉆進(jìn)速度要比硬煤慢。鉆進(jìn)速度和給進(jìn)壓力的掌握，需要針對不同鉆機、不同煤層特征和排碴條件進(jìn)行測試和總結(jié)。
　　3.6搞好鉆孔設(shè)計
　　在設(shè)計鉆孔時，設(shè)計鉆孔開口位置與角度是關(guān)鍵，鉆孔的鉆進(jìn)角度一般情況下是根據(jù)煤層的頂板角度來確定的，但由于軟分層的存在以及鉆桿自重的原因，鉆孔軌跡并不是一條平行于煤層頂板的直線，鉆進(jìn)過程中鉆孔往往在沒有達(dá)到設(shè)計孔深的時候見到煤層頂板或底板，造成鉆孔深度較低。而且鉆孔的角度在打上行孔與下行孔時也存在差距，通過研究，打上行孔時，鉆孔的角度一般小于煤層傾角2°-3°，在打下行孔時，鉆孔的角度要大于煤層傾角1°-2°。這樣，可以使鉆孔的軌跡基本沿著煤層走，有效增加鉆孔深度。
　　搞好鉆孔設(shè)計：鉆孔設(shè)計不能簡單化，一次完成。我們把工作面布孔設(shè)計分為方案設(shè)計、分段設(shè)計和施工設(shè)計，三個階段進(jìn)行。
　　布孔方案設(shè)計：布孔方案設(shè)計是工作面瓦斯抽放設(shè)計的重要組成部分。根據(jù)煤層和巷道狀況，按不留或少留孔白帶的要求，對采面全面布孔。明確布孔形式，鉆孔密度、施工順序。
　　鉆孔施工分段設(shè)計：根據(jù)工作面抽放方案設(shè)計的要求，結(jié)合不同地段的瓦斯地質(zhì)和巷道條件，進(jìn)行逐段設(shè)計。通過分段設(shè)計優(yōu)選鉆孔施工參數(shù)，實現(xiàn)抽放鉆孔優(yōu)化。分段設(shè)計前要調(diào)查該段地質(zhì)構(gòu)造煤層傾角、煤厚、巷道條件等。設(shè)計中包括不岡鉆孔的方位角、傾角、孔深、孔徑和開孔點距底板高度等，并有附圖。
　　鉆孔施工設(shè)計：主要是鉆孔參數(shù)的調(diào)整。由于煤層產(chǎn)狀和厚度不穩(wěn)定，鉆孔深處往往存在變化，因此必須通過施工鉆孔，及時判斷鉆孔前方的煤層賦存狀況。對設(shè)計鉆孔及時調(diào)整參數(shù)，經(jīng)調(diào)整參數(shù)后施工的鉆孔基本能達(dá)到設(shè)計深度。
　　3.7提高鉆工技術(shù)素質(zhì)
　　提高鉆工技術(shù)素質(zhì)：為實現(xiàn)“先抽后采”，在打鉆過程中，要特別重視提高打鉆工人的技術(shù)素質(zhì)，并從體制和機制上落實，使他們不僅會使用鉆機、維修鉆機，還要弄懂松軟煤層打鉆技術(shù)，規(guī)范操作，并具備應(yīng)變能力，這是當(dāng)前充分發(fā)揮抽放設(shè)備資金投入的作用，提高打鉆深度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
　　4結(jié)語
　　我公司通過對防突打鉆技術(shù)的研究和摸索，大大提高了成孔率，減少了事故率，提高了防突打鉆鉆孔的深度。打鉆深度從平均的50m增加到了60m，最高單孔孔深80多米。近年來，通過對防突打鉆技術(shù)的研究和常見問題處理規(guī)律的掌握，使孔深加大，單孔瓦斯抽放量增大，減少直至杜絕通防事故打下了堅實的基礎(chǔ)，為礦井節(jié)約費用數(shù)百萬元，為礦井的安全生產(chǎn)提供可靠的保障。