高瓦斯松軟煤層順層鉆孔施工工藝優化研究

王 坤

（國投新集能源股份有限公司 地勘公司，安徽 淮南232000）

1 工作面實測瓦斯參數

新集二礦131309工作面回采的13－1煤為黑色，呈鱗片狀～碎塊狀，質松軟，內生裂隙較發育。工作面內13－1煤層較穩定，煤厚5.3～13.4m，平均厚約7.5m，煤層傾角在24°～40°，平均29°，煤層堅固性系數f＝0.6～1.0，煤層局部發育一層夾矸，一般厚0～3.5m，平均1.5m，夾矸巖性為泥巖、炭質泥巖或砂質泥巖。

自2012年7月2日機巷恢復掘進以來，工作面共計限制掘進15m，7月7日停頭和進行收尾以及打鉆準備工作。該處恢復掘進以來實測各項參數為：瓦斯壓力0.5 MPa；瓦斯含量6.498m3／t；煤的堅固性系數，下部煤體f＝0.36，上部煤體f＝0.62；瓦斯解析指標最大值△h2＝80 Pa；鉆屑量最大值3.7kg。

2 鉆孔設計

1）131309機巷外段J12＋15m停頭位置設計第12輪12個超前預抽鉆孔，超前預抽鉆孔控制巷道輪廓線外15 m，前方60m。

2）鉆孔施工順序：7＃→8＃→9＃→10＃→11＃→12＃→1＃→2＃→3＃→4＃→5＃→6＃。

3）131309外段機巷第12輪鉆孔設計參數見表1。

表1 第12輪鉆孔設計參數

3 鉆孔施工情況

自2012年7月9日中班開始施工第12輪鉆孔，采用ZYW－6000型全液壓鉆機施工，于7月22日夜班施工結束，鉆孔施工時間為5個圓班，一個小班施工1個鉆孔，清理煤粉時間為7個圓班零2個小班。通過施工參數分析，上排孔煤體較硬，返出煤粉基本在5m3左右，下排孔煤體內揭露松軟煤層較多，返出煤粉維持在8m3左右，且下排孔瓦斯含量明顯增大，并伴有頂鉆現象，噴孔次數較上排孔多，主管路內瓦斯抽采濃度平均46%。

4 松軟煤層抽采鉆孔施工技術

4.1 瓦斯防治措施

（1）加大防噴抽放器的抽放量。在有噴孔、憋孔、頂鉆等瓦斯涌出異常現象的預兆時，立即將管路的控制閘閥迅速開打，增加抽放量，減少孔內瓦斯向巷道內的大量涌出。必要時改用雙抽放頭的防噴抽放器。

（2）鉆孔施工期間嚴禁停風、停水、停電。停風、停水、停電20min以上就有可能出現孔內事故。

（3）防噴抽放器容積不小于0.45m×0.45m×0.45 m，保證防噴抽放器內有足夠的空間給煤粉和瓦斯在瞬間涌出時有緩沖時間，降低鉆孔噴孔的強度。

4.2 鉆機、鉆桿以及鉆頭的控制

（1）煤層的軟分層鉆進須選用大扭矩鉆機，鉆機扭矩為6000Nm。鉆機的大扭矩是成功施工松軟煤層鉆孔的主要條件。

（2）鉆孔施工選用三棱鉆桿，孔內出現孔內事故時，由于鉆桿上無螺紋，可采用強行向外拉出的方法處理孔內事故。

（3）鉆桿采用同徑鉆頭，保持鉆孔內的鉆桿和鉆頭同徑，煤在鉆桿旋轉作用下被打成粉狀，在壓風的吹動下可以及時從孔內排除，防止因鉆桿直徑小，鉆頭鉆取的煤呈自然狀而出現大量的塊狀煤堵塞鉆孔的事故。

（4）鉆孔孔徑可進一步縮小至73mm，甚至60mm，減少鉆頭、鉆桿對煤體的擾動，以利于鉆孔的有效施工。

（5）鉆機的前端距開孔位置控制在1.2m左右，防噴抽放器內被壓風吹走的煤粉不會落在鉆機上，降低噴孔時煤粉和氣流對鉆機的損害。同時可在鉆機的導向套上安裝面積不小于邊長0.5m×0.3m的防噴擋板，更好地降低煤粉對鉆機尤其是夾持器的損害。

（6）鉆機在施工期間，夾持器的松緊間隙須及時清除煤粉，保證夾持器正常，確保鉆桿在拆卸過程中不會因夾持器夾不緊鉆桿而造成鉆桿反轉，從而把鉆桿丟在孔內，造成孔內事故。

4.3 鉆進參數的選取

（1）鉆速采用高鉆速，松軟煤層鉆進一般鉆速不小于180r／min，正常施工時可以調到最大鉆速250r／min。孔內不揭露松軟煤層時，鉆速可降至80r／min。

（2）鉆孔使用風壓確保在0.8～1MPa之間，采用井下移動式空氣壓縮機供風，保證孔內被三棱鉆桿打碎的煤以粉狀形式在高壓風的狀態下向外吹排出。鉆孔不揭露松軟煤層時，風壓在0.5MPa時可以滿足60m鉆孔的施工。

（3）鉆孔在施工期間一般推進壓力控制在2MPa左右，推進速度控制在鉆進1m用時4min，即60m松軟煤層鉆孔施工時間一般在4h左右，確保孔內有足夠的時間排渣。鉆孔內揭露松軟煤層時，可以通過退鉆的方式清除孔內淤積的煤粉。

（4）鉆機的正常旋轉壓力在4～7MPa時，可不采用退鉆的方法清除孔內煤粉，旋轉壓力在7～10MPa之間時，可采用退桿一次的方法清除孔內煤粉，旋轉壓力在10～15MPa之間時，可采用退桿2次的方法清除孔內煤粉，總之盡量將旋轉壓力控制在10MPa以下方可繼續進尺。

（5）孔內阻力增大造成鉆速下降時，應及時將鉆機的鉆速下調，迅速提高鉆桿扭矩，保證鉆桿在大扭矩狀態正常旋轉，防止鉆孔埋鉆或抱鉆。

（6）鉆孔施工過程中，孔內排渣量大且呈粉末狀，同時夾帶長度5cm以上的煤塊時，不得進尺，采取來回退鉆的方式清除孔內煤粉；孔內返風減小時及時退鉆，返風正常后方可進尺；鉆機變速系統出現負荷加大聲音時及時退鉆，變速系統恢復正常后方可進尺。

（7）現場施工時可采用瞬間停機觀察鉆桿自行旋轉時受到阻力的方法判斷孔內阻力情況，須在孔內阻力正常時方可繼續鉆進。

4.4 分段預抽和重新透孔（補孔）

（1）鉆孔內揭露嚴重松軟煤層時，可采用分段預抽和重新透孔的方式鉆進。即鉆孔施工至35m左右，如孔內繼續鉆進會出現孔內事故時，可全孔下入Φ25mm篩型管，臨時預抽，然后施工相鄰鉆孔，相鄰鉆孔如能施工到設計孔深即起鉆驗收，如不能施工到設計孔深，只能施工到40～50m時，臨時進行預抽，然后透已經臨時合抽的鉆孔，達到交替預抽和鉆進的目的，確保鉆孔施工到設計孔深。

（2）鉆孔施工結束后及時進行封孔工作，透氣用的Φ25mm篩型管盡量下置到孔底，保證鉆孔起到超前泄壓和預抽瓦斯的作用。

5 第11輪鉆孔施工情況

1）131309機巷第11輪鉆孔在J10＋52m位置停頭，設計12個超前預抽鉆孔，超前預抽鉆孔控制巷道上幫輪廓線外7m，下幫輪廓線外5m，前方25m，第11輪鉆孔參數見表2。

表2 第11輪鉆孔技術參數

2）131309外段機巷第11輪設計的12個鉆孔，除孔深比12輪短35m以外，采用ZLJ4000型鉆機、Φ73mm的螺旋鉆桿和Φ73mm的三棱鉆桿施工，鉆頭規格為Φ94mm。完成12個鉆孔，最深孔為27m，最淺孔為16m，用時11個圓班，鉆孔進尺時間為8個圓班，清理煤粉用去3個圓班，管路內瓦斯抽采濃度平均13%。

6 效果比較

1）與第11輪鉆孔效果相比，鉆孔深度由原來的27m提高到63m，鉆孔深度為原來的2.33倍；瓦斯抽采濃度由原來的13%提高到46%，提高了2.5倍，瓦斯抽采純量達到7m3／min。

2）鉆孔深度達到區域防突措施要求，符合國家、省市相關規程和規定的要求。