大扭矩深孔鉆車施工本煤層鉆孔工藝技術研究與應用

摘 要：本文介紹了在高瓦斯壓力、高地應力和松軟煤層等地質環境惡劣條件下采用大扭矩鉆機施工順層鉆孔的技術優點。聚隆公司引進的CMS1-6200/80型大扭矩深孔鉆車在該礦進行了井下現場試驗，取得的了較好效果。

關鍵詞：瓦斯突出 深孔鉆車 鉆孔工藝

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0073-01

1 問題的提出

聚隆礦業公司為煤與瓦斯突出礦井，主采2#煤層為突出煤層，平均煤厚3.89 m左右，頂、底板為細砂巖，瓦斯含量大、壓力高。井田內斷層、褶曲比較多，局部地區有火成巖侵入。

在施工本煤層鉆孔過程中，由于地應力大、煤層瓦斯壓力大，煤體酥脆，打鉆形成的煤粉多為顆粒狀，排渣困難。使用原小扭矩鉆機、螺旋鉆桿鉆進到10～20 m后易出現鉆孔卡鉆、吸鉆、塌孔、噴孔等現象；另外，原使用的鉆機本身存在著不易固定牢固的缺陷，一旦出現鉆孔卡鉆、吸鉆現象，鉆機機身就出現晃動和位移，造成斷桿現象。由于以上原因造成抽放鉆孔的成孔困難，鉆孔深度大多在35～40 m之間。

根據《防治煤與瓦斯突出規定》的要求，在進行采掘作業前必須采取區域防突措施，要求我們必須施工深度不小于60 m的鉆孔，為此，選擇適合聚隆礦業公司井下實際情況、滿足區域綜合防突措施要求的鉆機，研究改進鉆進工藝，實現鉆進深度的突破和鉆進速度的提高，為區域預抽瓦斯措施的落實提供技術支持是十分必要的。

2 大扭矩鉆機鉆孔工藝技術研究

煤層尤其是突出煤層順層鉆孔施工的最大障礙是打鉆過程中的噴孔、塌孔。而發生噴孔、塌孔的原因就是在高瓦斯壓力、高地應力或松軟煤層等條件下鉆進，鉆屑的產生量大于排出量，造成鉆孔堵塞，形成卡鉆、吸鉆，當鉆孔內聚積的瓦斯壓力足以克服鉆屑的阻力時便形成了噴孔、塌孔。可采取以下方案解決這一問題。

（1）使用風力排渣，減輕鉆孔的噴孔和塌孔。理論和實踐都證明，風力排渣能夠減弱噴孔和塌孔，是突出煤層施工順層長鉆孔的最佳排渣方式。但是風力排渣的基本條件是鉆孔內的風速應能夠吹動孔內的大煤塊，并且吹出鉆屑的能力大于鉆孔鉆進時鉆屑的產生量。為此，可根據鉆屑的粒度、打鉆速度等，運用氣力輸送理論計算出風力排渣的合理風速，以確保足夠的排渣能力。

（2）為達到要求的風速，需要足夠的風量和風壓。目前礦井的井下壓風管道風壓在0.6 MPa以上，能滿足鉆進正常作業要求。

（3）設計采用滿足風力排渣和長鉆孔施工的大扭矩鉆桿。由于壓風的壓力最高為0.7 MPa，要在一定的壓力下提高孔內的風速（或風量），就只有降低壓風的沿程阻力損失，這就要適當擴大輸送壓風的鉆桿內孔直徑。同時，順層長鉆孔的長度大，孔壁、鉆屑與鉆桿之間的摩擦阻力也大，應適當增加鉆桿強度。所以，根據供風參數和不同鉆孔施工長度的要求，鉆桿的外徑和內徑都有不同程度地增大，并在鉆桿結構上考慮了降阻問題。鉆桿直徑大了，通過的風量和鉆桿強度等也相應提高，更有利于順層長鉆孔的施工。

（4）采用較大能力并適合順層鉆孔施工條件的鉆機。盡管順層長鉆孔成孔的關鍵是打鉆排渣工藝技術，但足夠能力的鉆機是施工長鉆孔的基礎。原來使用的鉆機顯然從鉆機結構到扭矩、推力都不能很好地滿足要求，因而需使用大扭矩鉆機。

（5）采用多級組合鉆頭，利用前端小直徑鉆頭的超前卸壓作用減輕鉆孔的噴孔程度，同時提高鉆孔的定向鉆進效果。

（6）當出現夾鉆時，如果瓦斯濃度低應立即停止用風，改用水，已提高煤粉的塑性，鉆頭附近的煤給沖走，使卡鉆現象減弱，然后慢慢的退出鉆桿；如果瓦斯濃度高停風用水可能會沖開煤層中的游離瓦斯，使瓦斯壓力增高，瓦斯排不出去，導致頂鉆，在這種情況下應讓風和水配合用，既能提高煤粉的塑性，又不影響瓦斯的排放，同時也能讓卡鉆現象減弱。

3 大扭矩鉆機在本煤層鉆孔施工中的應用效果

2010年以來，我們在聚隆礦業公司2118運巷、風巷使用江蘇中煤礦山設備有限公司生產的CMS1-6200/80型煤礦用深孔鉆車，配備Ф98 mm中空螺旋鉆桿，Ф113 mm的合金鋼復合片鉆頭。

平均鉆進深度達到100 m以上，最深達到141 m。而且鉆進速度明顯增加，由原來的日鉆進60 m提高到了班鉆進60 m以上。充分證明了該鉆機適合聚隆礦業公司礦井的實際情況，為區域防突措施的落實提供了設備保障。（如圖1）。

參考文獻

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[2]馮文賓.薄煤層采煤機行走機構扭矩軸的強度分析[J].科技創新導報，2012（9）.