突出煤層快速鉆探工藝研究與應用

周 冬 峰

(冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056201)

突出煤層快速鉆探工藝研究與應用

周 冬 峰

(冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業有限公司九龍礦，河北 邯鄲 056201)

以峰峰集團九龍礦15235掘進工作面工程為例，介紹了以氣動架柱式鉆機為核心的快速鉆探工藝及其優勢，并對工作面防突措施進行了分析總結，論述了做好超前排放鉆孔的重要性，對保證施工安全具有重要意義。

煤層，鉆探，氣動架柱式鉆機，工作面

隨著煤礦綜采、綜掘、高產高效工作面的發展，煤礦井下的鉆探任務顯著增加，這不僅增大了引起瓦斯和出水的危險性，而且嚴重影響了掘進效率[1]。煤炭行業煤礦的平均開采深度的加深，煤礦掘進、開采過程中出現新問題。對于高瓦斯礦井，瓦斯含量隨采掘深度增大而增加，增加生產安全隱患，減緩了施工進度，增加工程成本[2]。

1 工程概況

河北省峰峰集團九龍礦，設計生產能力120萬t/年，含煤地層屬上石炭統太原組和山西組。九龍礦主采煤層為2號煤，15235掘進工作面地面標高+116 m～+124 m，井下標高-580 m～-651 m，屬大采深掘進工作面。

預計高瓦斯地區正常掘進時，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，爆炸指數為20.46%～27.87%，煤層自燃發火傾向為不自燃；地溫小于26 ℃；地壓16.8 MPa。因此在掘進施工過程中對該地區按防突地區進行管理，掘進巷道過程中，需要進行打設瓦斯釋放孔，提前釋放瓦斯，防止瓦斯事故的發生。

由于瓦斯量已經升突，瓦斯治理因此成了影響安全、快速掘進的主要原因。為保證安全、快速掘進，保證礦井正常銜接，在突出煤層實現安全、快速掘進，每次掘進前必須先釋放瓦斯，先前采用風動錨頭打釋放孔，由于風動錨頭打釋放孔時，速度慢，推進力小，打鉆深度有限，而且是大采深礦井，瓦斯壓力大，經常出現頂鉆，埋鉆，打不動現象，因此選用氣動架柱式鉆機。以氣動架柱式鉆機為基礎，配套礦井安全質量標準化建設方案及管理措施，軟件和硬件全方位研發，徹底實現礦井鉆探安全質量標準化、煤礦綠色生產、清潔生產。

2 氣動架柱式鉆機

氣動架柱式鉆機，可有效的減少打鉆時間，提高鉆進速度，為高產高效單產單進提高創造條件。氣動架柱式鉆機(ZQJC-420/10.0鉆機)，主要由旋轉部、推進部、立柱、分壓器等組成，額定壓力0.5 MPa，額定轉矩420 N·m，推進力20 kN，鉆孔深度150 m～200 m，立柱高1.9 m～5.5 m，主機重80 kg。

氣動架柱式鉆機以壓氣為動力，要求供氣量大于供氣壓力，壓氣經分零器分為路壓氣，旋轉氣路的壓氣經配氣閥驅動氣動馬達輸出軸旋轉，再經級齒輪減速傳遞到減速箱主軸并帶著水辮軸鉆具旋轉，配氣閥可控制鉆具的正轉、反轉、停止，并可調節鉆具的轉速。推進氣路的壓氣經配氣結構(包括閥芯、閥體)驅動推進馬達輸出軸旋轉，再經級齒輪和級蝸桿、蝸輪減速傳遞到減速器輸出軸(小齒輪軸)旋轉，該軸齒輪與機架上的齒條嚙合，旋轉部、推進部一起沿機架導軌可作往復直線運動，配氣機構可控制鉆具前進、后退和停止，并可調節前進、后退速度。

主要優點是：

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

2)遠程操作臺打鉆點，既保證了人員的安全，又可使鉆機布置更加靈活。

3)操作方便靈活，可自由拆卸，根據巷道具體實際情況進行安裝和使用。

4)降低了勞動強度，提高了鉆進速度，從而提高單進。

5)推進力強，可以滿足井下復雜的施工要求。

3 生產組織

15235掘進工作面屬于突出煤層區域，在施工過程中，需要打瓦斯預測孔，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圖1。

工作面防突措施:

1)掘進工作面突出危險性預測。

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

2)掘進工作面防突措施。

a.當預測結果有突出危險性或發生其他異常情況(突出預兆、吸鉆卡鉆)則判定為有突出危險，必須執行打瓦斯超前排放鉆孔措施。

b.采取瓦斯排放鉆孔措施時按以下規定執行：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。在巷道斷面上根據超前排放鉆孔的排放半徑0.7 m均勻布置釋放孔，孔數不少于40個，孔深不小于15 m，鉆孔直徑不小于75 mm。周邊鉆孔要向外斜，終孔位置應落到巷道兩側輪廓線外5 m處。

4 結語

1)節省打鉆時間。在沒有使用氣動架柱式鉆機時，15235下順槽掘進時，采用風動錨頭進行打釋放孔，需要3個人共同操作，每次需要打40個孔，孔深最深達到15 m，一個孔用時30 min，同時兩臺一起操作，打完全孔共用時0.5×20=10 h。使用氣動架柱式鉆機時，相同的孔數和規格，兩個人就能進行操作，一個孔用

時15 min，故同時兩臺一起操作，打完全孔共用時0.25×20=5 h。施工進度每月能多進15.5 m。

2)技術創新。研發適用于井下各鉆探點的專業設備；通過節能型新理論、新技術、新方法等綜合途徑研究，提出并實施礦井安全質量標準化系統建設[3,4]。

3)社會效益指標。改變煤礦企業作業環境差、高勞動強度等問題，意義重大。確保顯著降低工人的勞動強度，對創建以人為本、和諧、健康、安全礦山起到推動作用。

[1] 冉恒謙，張金昌，謝文衛，等.地質鉆探技術與應用研究[J].地質學報，2011，11(85)：1806-1822.

[2] 張 偉.地質鉆探技術發展有關問題的思考[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.鉆探技術面臨的新形勢、新機遇和新任務[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：中國礦業大學出版社，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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