圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿在楊柳礦的應用

賀 軍

(淮北礦業集團公司 楊柳煤礦，安徽 淮北 235119)

楊柳礦從2012年8月份開始使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿，解決了原使用圓桿鉆桿以及螺旋鉆桿施工順層鉆孔時，易出現的塌孔、抱鉆現象，鉆孔施工速度快、效率高，提高了瓦斯治理的效果，生產工藝的變化凸顯科技創新的力量。

1 早期順層孔施工情況及存在的問題

建礦初期，楊柳煤礦在施工順層孔時使用的主體鉆機為江蘇中煤礦山設備有限公司生產的CMS1-6200/80鉆機，配備螺旋鉆桿，每根鉆桿長度為1.5米，鉆桿連接采用六方插接，鉆頭利用與鉆桿相配徑的金剛石鉆頭。先后在10414、10416工作面施工了大量的順層鉆孔，從實際施工的情況和后期抽放的情況看，瓦斯治理的效果并不太好，經常出現上隅角瓦斯達到臨界值的狀態，多次造成工作面停止正常采煤，對產量影響較大。而煤體瓦斯釋放效果不好的原因其一是本煤層瓦斯抽放鉆孔打不深、鉆孔密度小，工作面沿走向中部煤體內存在鉆孔空白帶得不到有效抽排。這些得不到抽排的原始煤體在采煤過程釋放大量瓦斯，對采煤工作面的安全生產構成極大威脅。

2 原因分析

2.1 鉆孔排粉不暢通，大量切割下的和噴孔產生的煤粉不能及時被排到孔外而積壓在孔內，造成壓鉆、卡鉆等異常現象，導致鉆孔打不快、打不深，鉆桿被壓在孔內丟失嚴重。

2.2 鉆孔偏斜，在薄煤層及煤層頂板有起伏的區域內施工鉆孔要求鉆孔直線性要好，否則鉆孔打不到預計深度就遇見頂底板而終孔。

2.3 鉆桿磨擦力大，鉆桿磨擦力增大導致鉆機負荷升高和鉆不快，鉆孔越長鉆機負荷增加越快，負荷達到一定程度就會造成壓鉆、抱鉆。

3 解決方案

3.1 優選鉆具

（1）鉆機：選用江蘇中煤礦山設備有限公司生產的CMS1-6200/80鉆機，煤炭科學研究總院西安分院生產的ZDY3200S型、ZDY3200L型、ZDY4000LF型鉆機。

（2）鉆桿：鉆桿選用Φ89mm、Φ73mm圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿，Φ89mm鉆桿適用于CMS1-6200/80鉆機，Φ73mm鉆桿適用于ZDY3200S型、ZDY3200L型、ZDY4000LF型鉆機。鉆桿公、母頭為42CrMo合金鋼，中間鋼管為R780地質鋼管，經熱裝配焊接而成，單根長度1m。該產品設計為三個圓弧形凸棱結構，桿體的橫截面每個角為圓弧形的正三角形，鉆桿桿體上圓弧面位于該鉆桿中心軸線的同一個圓周面上。該鉆桿的連接采用錐型絲扣設計，執行MT/T392-2011標準，強度高，便于裝卸，該鉆桿的三個直邊在鉆桿施工旋轉時可使鉆屑處于動態，在壓風及鉆桿旋轉的作用下，使鉆屑順利排出，從而實現了在鉆機輸出較小扭矩的情況下，即可順利鉆進。該鉆桿采用了“圓弧形凸棱”設計，高扭曲和抗彎曲能力強，鉆孔直線性好。

（3）鉆頭：根據鉆機類型配套使用Φ75mm、Φ94mm、Φ113mm復合片金剛石鉆頭施工。

3.2 現場實施

先后在10416風巷、10412風、機巷、1061機、風巷等巷道中施工順層孔。這些區域的瓦斯含量大，地質構造復雜，采用傳統螺旋鉆具施工進度慢，使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿以后，鉆孔深度可達100米以上，鉆進速度明顯加快，裝卸鉆桿方便（僅需半分鐘），解決了鉆不進、卡死鉆等問題。多處地點已經累計施工順層孔達16萬多米，通過施工地點使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿前后進尺情況統計，結果表明，使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿后，順層孔施工效率大幅度增加，尤其對高應力、松軟煤層、破碎地層鉆進，效果明顯。

4 使用效果

4.1 工作效率提高

該鉆桿在楊柳煤礦應用以來，排渣容易，鉆進速度快，成孔深，鉆孔直線性好，施工鉆孔平均孔深在90m左右，每班平均純進尺在50m以上，平均每月機組進尺達3000米，最高施工記錄4600米。該鉆桿使用能使工作效率在螺旋鉆桿的基礎上提高一倍。

4.2 施工事故減少

采用風排渣措施，排渣順暢，孔內殘留煤粉較少，很少發生頂鉆、卡鉆及抱鉆等問題。另外鉆桿接頭采用摩擦焊接，絲扣加粗使鉆桿強度提高，抗扭曲能力強，鉆桿事故率明顯下降。從根本上解決了成孔率低、成孔深度淺等阻礙鉆孔施工的瓶頸問題。

4.3 操作更為方便

與圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿配套的夾持器卡瓦使用合理，通用性好，質量過關，操作方便。使該鉆具使用效果可以與其他同類產品相媲美，優勢明顯。

4.4 鉆孔成型更好

利用風排渣掃孔，更利于鉆孔封孔，保證了封孔的長度、質量，為提高瓦斯抽采效果奠定了基礎。

5 結論

圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿是一套適合高瓦斯、強地應力、松軟煤層鉆孔的先進設備，能夠提高鉆孔施工的效率，具有較為廣闊的應用前景。但是由于采用風排渣技術，鉆進施工時大量產塵，需要同步解決消塵、除塵問題，創造一個良好的施工環境。