突出煤層快速鉆探工藝研究與應(yīng)用

周 冬 峰

(冀中能源峰峰集團(tuán)邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056201)

突出煤層快速鉆探工藝研究與應(yīng)用

周 冬 峰

(冀中能源峰峰集團(tuán)邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056201)

以峰峰集團(tuán)九龍礦15235掘進(jìn)工作面工程為例，介紹了以氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)為核心的快速鉆探工藝及其優(yōu)勢(shì)，并對(duì)工作面防突措施進(jìn)行了分析總結(jié)，論述了做好超前排放鉆孔的重要性，對(duì)保證施工安全具有重要意義。

煤層，鉆探，氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)，工作面

隨著煤礦綜采、綜掘、高產(chǎn)高效工作面的發(fā)展，煤礦井下的鉆探任務(wù)顯著增加，這不僅增大了引起瓦斯和出水的危險(xiǎn)性，而且嚴(yán)重影響了掘進(jìn)效率[1]。煤炭行業(yè)煤礦的平均開采深度的加深，煤礦掘進(jìn)、開采過(guò)程中出現(xiàn)新問(wèn)題。對(duì)于高瓦斯礦井，瓦斯含量隨采掘深度增大而增加，增加生產(chǎn)安全隱患，減緩了施工進(jìn)度，增加工程成本[2]。

1 工程概況

河北省峰峰集團(tuán)九龍礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)t/年，含煤地層屬上石炭統(tǒng)太原組和山西組。九龍礦主采煤層為2號(hào)煤，15235掘進(jìn)工作面地面標(biāo)高+116 m～+124 m，井下標(biāo)高-580 m～-651 m，屬大采深掘進(jìn)工作面。

預(yù)計(jì)高瓦斯地區(qū)正常掘進(jìn)時(shí)，瓦斯最大涌出量為4 m3/min～6 m3/min。該工作面煤層屬三類不易自燃煤層，煤層具有爆炸危險(xiǎn)，爆炸指數(shù)為20.46%～27.87%，煤層自燃發(fā)火傾向?yàn)椴蛔匀迹坏販匦∮?6 ℃；地壓16.8 MPa。因此在掘進(jìn)施工過(guò)程中對(duì)該地區(qū)按防突地區(qū)進(jìn)行管理，掘進(jìn)巷道過(guò)程中，需要進(jìn)行打設(shè)瓦斯釋放孔，提前釋放瓦斯，防止瓦斯事故的發(fā)生。

由于瓦斯量已經(jīng)升突，瓦斯治理因此成了影響安全、快速掘進(jìn)的主要原因。為保證安全、快速掘進(jìn)，保證礦井正常銜接，在突出煤層實(shí)現(xiàn)安全、快速掘進(jìn)，每次掘進(jìn)前必須先釋放瓦斯，先前采用風(fēng)動(dòng)錨頭打釋放孔，由于風(fēng)動(dòng)錨頭打釋放孔時(shí)，速度慢，推進(jìn)力小，打鉆深度有限，而且是大采深礦井，瓦斯壓力大，經(jīng)常出現(xiàn)頂鉆，埋鉆，打不動(dòng)現(xiàn)象，因此選用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)。以氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)為基礎(chǔ)，配套礦井安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方案及管理措施，軟件和硬件全方位研發(fā)，徹底實(shí)現(xiàn)礦井鉆探安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、煤礦綠色生產(chǎn)、清潔生產(chǎn)。

2 氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)

氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)，可有效的減少打鉆時(shí)間，提高鉆進(jìn)速度，為高產(chǎn)高效單產(chǎn)單進(jìn)提高創(chuàng)造條件。氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)(ZQJC-420/10.0鉆機(jī))，主要由旋轉(zhuǎn)部、推進(jìn)部、立柱、分壓器等組成，額定壓力0.5 MPa，額定轉(zhuǎn)矩420 N·m，推進(jìn)力20 kN，鉆孔深度150 m～200 m，立柱高1.9 m～5.5 m，主機(jī)重80 kg。

氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)以壓氣為動(dòng)力，要求供氣量大于供氣壓力，壓氣經(jīng)分零器分為路壓氣，旋轉(zhuǎn)氣路的壓氣經(jīng)配氣閥驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)輸出軸旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)級(jí)齒輪減速傳遞到減速箱主軸并帶著水辮軸鉆具旋轉(zhuǎn)，配氣閥可控制鉆具的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止，并可調(diào)節(jié)鉆具的轉(zhuǎn)速。推進(jìn)氣路的壓氣經(jīng)配氣結(jié)構(gòu)(包括閥芯、閥體)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)馬達(dá)輸出軸旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)級(jí)齒輪和級(jí)蝸桿、蝸輪減速傳遞到減速器輸出軸(小齒輪軸)旋轉(zhuǎn)，該軸齒輪與機(jī)架上的齒條嚙合，旋轉(zhuǎn)部、推進(jìn)部一起沿機(jī)架導(dǎo)軌可作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，配氣機(jī)構(gòu)可控制鉆具前進(jìn)、后退和停止，并可調(diào)節(jié)前進(jìn)、后退速度。

主要優(yōu)點(diǎn)是：

1)大扭矩、功率大，主機(jī)采用新型馬達(dá)，最大扭矩420 N·m，同時(shí)功率提高到10 kW,能夠滿足井下不同地質(zhì)條件的鉆探要求。

2)遠(yuǎn)程操作臺(tái)打鉆點(diǎn)，既保證了人員的安全，又可使鉆機(jī)布置更加靈活。

3)操作方便靈活，可自由拆卸，根據(jù)巷道具體實(shí)際情況進(jìn)行安裝和使用。

4)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鉆進(jìn)速度，從而提高單進(jìn)。

5)推進(jìn)力強(qiáng)，可以滿足井下復(fù)雜的施工要求。

3 生產(chǎn)組織

15235掘進(jìn)工作面屬于突出煤層區(qū)域，在施工過(guò)程中，需要打瓦斯預(yù)測(cè)孔，瓦斯釋放孔，而且必須保證5 m的超前距。下順槽釋放鉆孔施工示意圖見(jiàn)圖1。

工作面防突措施:

1)掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。

15235下順槽掘進(jìn)工作面采用鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，向前方煤體至少施工3個(gè)預(yù)測(cè)孔鉆孔，分布在巷道迎頭及兩側(cè)，即迎頭方向施工1個(gè)，兩側(cè)各施工1個(gè)，位于軟分層，其中1個(gè)位于掘進(jìn)巷道斷面中部并平行于掘進(jìn)方向，其他鉆孔終孔位置應(yīng)位于巷道斷面兩側(cè)輪廓線4 m以外。鉆孔布置在距底板1.2 m處，孔深10 m，孔徑42 mm，每一循環(huán)留有不小于2 m預(yù)測(cè)孔超前距；在掘進(jìn)工作面迎頭后1.5 m處兩幫各施工1個(gè)垂直煤壁驗(yàn)證鉆孔，直徑42 mm，孔深10 m，如圖2所示。

2)掘進(jìn)工作面防突措施。

a.當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果有突出危險(xiǎn)性或發(fā)生其他異常情況(突出預(yù)兆、吸鉆卡鉆)則判定為有突出危險(xiǎn)，必須執(zhí)行打瓦斯超前排放鉆孔措施。

b.采取瓦斯排放鉆孔措施時(shí)按以下規(guī)定執(zhí)行：排放鉆孔必須布置在工作面迎頭，鉆孔要均勻布置，且要盡可能位于軟分層中。在巷道斷面上根據(jù)超前排放鉆孔的排放半徑0.7 m均勻布置釋放孔，孔數(shù)不少于40個(gè)，孔深不小于15 m，鉆孔直徑不小于75 mm。周邊鉆孔要向外斜，終孔位置應(yīng)落到巷道兩側(cè)輪廓線外5 m處。

4 結(jié)語(yǔ)

1)節(jié)省打鉆時(shí)間。在沒(méi)有使用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)時(shí)，15235下順槽掘進(jìn)時(shí)，采用風(fēng)動(dòng)錨頭進(jìn)行打釋放孔，需要3個(gè)人共同操作，每次需要打40個(gè)孔，孔深最深達(dá)到15 m，一個(gè)孔用時(shí)30 min，同時(shí)兩臺(tái)一起操作，打完全孔共用時(shí)0.5×20=10 h。使用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)時(shí)，相同的孔數(shù)和規(guī)格，兩個(gè)人就能進(jìn)行操作，一個(gè)孔用

時(shí)15 min，故同時(shí)兩臺(tái)一起操作，打完全孔共用時(shí)0.25×20=5 h。施工進(jìn)度每月能多進(jìn)15.5 m。

2)技術(shù)創(chuàng)新。研發(fā)適用于井下各鉆探點(diǎn)的專業(yè)設(shè)備；通過(guò)節(jié)能型新理論、新技術(shù)、新方法等綜合途徑研究，提出并實(shí)施礦井安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)建設(shè)[3,4]。

3)社會(huì)效益指標(biāo)。改變煤礦企業(yè)作業(yè)環(huán)境差、高勞動(dòng)強(qiáng)度等問(wèn)題，意義重大。確保顯著降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)創(chuàng)建以人為本、和諧、健康、安全礦山起到推動(dòng)作用。

[1] 冉恒謙，張金昌，謝文衛(wèi)，等.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，11(85)：1806-1822.

[2] 張 偉.地質(zhì)鉆探技術(shù)發(fā)展有關(guān)問(wèn)題的思考[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(1)：1-3.

[3] 張金昌，冉恒謙，劉芳霞，等.鉆探技術(shù)面臨的新形勢(shì)、新機(jī)遇和新任務(wù)[J].探礦工程，2007，34(9)：13-15.

[4] 何滿潮.軟巖巷道工程概論[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1993.

Research and application of fast drilling technology of outburst coal seam

ZHOU Dong-feng

(TheJiulongMine,HandanBaofengMiningLimitedCompany,JizhongEnergyFengfengGroup,Handan056201,China)

Taking the Jiulong Mine 15235 working face project of Fengfeng Group as an example, this paper introduced the fast drilling technology and its advantages taking pneumatic post drill as the core, and analyzed and summarized the working face outburst prevention measures, discussed the importance of do well advanced drill hole, had important role to ensure the safety construction.

coal seam, drilling, pneumatic post drill, working face

1009-6825(2014)28-0113-02

2014-07-31

周冬峰(1983- )，男，助理工程師

TD263.2

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