軟煤層深孔鉆進技術的研究與應用研究報告

王振興

（平煤股份一礦，河南 平頂山 467000）

現有操作臺及繼電控制器性能落后，控制復雜，多出冷卻水、偶合器及油泵、勺桿等控制環節，與自動化系統聯接多出一套PLC控制環節，為實現皮帶系統的自動化集控，電控系統需要優化升級。無法實現功率平衡影響機械部分的使用壽命。重載情況下不能正常起車，影響生產。

一、采區概況

一礦三水平丁二采區是二水平丁二采區的接替采區，該采區以皮帶上下山、軌道上下山為界劃分為東、西兩翼，其中西翼煤層標高從-420m到-800m，東翼煤層標高從-540m到-800m，西翼向西直到一、六礦井田邊界，東翼向東走向長度約為2500m。首先開采西翼上山部分，單面生產，生產能力設計為100萬t/a。煤炭工業儲量1268萬t，可采儲量845.5萬t，采區服務年限為13年。

目前，三水平丁二采區上山部分已經開采，從揭露情況看，丁6煤層層位比較穩定。丁二采區上山西翼煤層較厚，均在2.0m以上，平均2.4m左右，東翼煤層厚度在1.6～3.2m之間，平均2.2m。地質構造復雜，已揭露落差大于5.0m的斷層10條，正斷層走向多為北東向，逆斷層走向多為北西向，受大斷層的影響，次生小斷層也較發育，其中張家逆斷層將對丁二采區的整體布置及生產有較大的影響。

三水平丁組煤層以丁6煤為主采煤層，丁6煤層位于下古生界二迭系下石盒子組丁煤段中部，煤層厚度0.25～3.79米，平均2.2米，東部較薄，29勘探線以西逐漸變厚，為穩定、較穩定煤層，煤層上部0.7米左右為塊狀硬煤,成層狀構造，中部1.2米左右為末狀軟煤，已無層理，用手捻成粉末，硬度較低，下部又變為塊狀硬煤，總體觀測煤的破壞類型為Ⅱ～Ⅳ類，一般為Ⅲ類，煤層節理比較發育，煤層透氣性系數為0.0394～0.0676m2/MPa2.d，透氣性較差。丁6煤層偽頂為泥巖或炭質泥巖，直接頂為泥巖、砂質泥巖或砂巖，老頂為中粗粒砂巖，上與丁5煤層間距3.5～9.5米，底板為泥巖或砂質泥巖。

（一）立項目的、意義

礦井瓦斯是煤礦安全生產嚴重災害之一，也是礦井安全生產的重大隱患。因此，防治礦井瓦斯是煤礦安全生產的首要任務。瓦斯抽放鉆孔的施工是礦井瓦斯抽采治理瓦斯的重要手段。而我礦采用的ZDY-4000R型鉆機體積較大，比較笨重，遇到軟媒層時容易夾鉆，而且鉆進能力小，鉆孔施工較慢，既影響了鉆孔施工進度及抽采效果。在此情況下我礦引進了ZDY4500LXY型煤礦用履帶式液壓鉆機，本鉆機體積小、結構緊湊、全液壓控制、履帶行走、移位方便，省時、省力，而且適合在軟煤層施工，加快了我礦施工瓦斯抽放鉆孔進度，為提高我礦瓦斯治理具有重要意義。通過本項目軟煤層瓦斯抽放鉆孔高效施工技術的實施，真正的做到準確、快速的施工瓦斯抽放鉆孔，對我礦瓦斯抽采具有重要的作用。最終達到防瓦斯、防突效果，不但提高了原煤產量，更重要的是確保了礦井的長治久安，具有很大的推廣應用價值。

（二）主要研究內容

1.通過對打鉆現場條件、煤層情況的資料收集，研究軟煤層深孔鉆進技術的影響因素，探索適合我礦施工軟煤層鉆孔的技術。

2.通過和鐵福來鉆機廠家聯系溝通，查看各種鉆機參數、資料，研究各種鉆機特性。

3.組織專業人員進行現場盯崗寫實，研究鉆機施工軟煤層鉆孔效果，以及提高功效的辦法，便于此項技術的推廣和應用。

（三）技術關鍵

1.收集需要施工本煤層瓦斯抽放鉆孔的工作面巷道布置、煤層情況及地質資料等。

2.研究各種鉆機參數性能，分析適合我礦施工的鉆機類型；目前，在丁6-32050機巷使用ZDY4500LXY煤礦用履帶式液壓鉆機施工本煤層鉆孔。

3.現場盯崗并收集鉆孔施工資料，包括移鉆、穩鉆、打鉆過程、退鉆過程，并與以前鉆孔施工情況作比較，不斷優化鉆孔施工功效。

二、軟煤層深孔鉆進技術設備選型

根據軟煤層施工的影響因素，我礦引用ZDY4500LXY型煤礦用履帶式液壓鉆機，該鉆機將工作機構與動力系統合為一體，達到體積小、結構緊湊、全液壓控制、履帶行走、移位方便，省時、省力，鉆機采用液壓油缸垂直支撐頂板方式，轉盤回轉機構，解決了支撐過程中力的轉換，使鉆機定位和穩鉆更加快速方便，而且適合在軟煤層施工，鉆機額定功率55kw，鉆機最大額定轉矩1000N.m~4500N.m；同時在鉆具方面，鉆桿采用高強度三棱鉆桿，使鉆桿與鉆孔始終保持充足的排粉空間。確保軟煤層鉆進深度達到120m以上。

（一）軟煤層深孔鉆進技術應用

根據中國礦業大學對三水平丁二采區丁6煤層瓦斯突出危險性區域劃分，該工作面位于突出危險區，為突出危險工作面。該工作面首先執行區域防突措施且瓦斯抽采達標后方可施工。因此，丁6-32050機巷需要施工本煤層瓦斯抽放鉆孔，并布置在軟煤層中，施工完畢及時封孔、聯網抽放。為保證本煤層鉆孔施工質量，我礦引進了ZDY4500LXY型煤礦用履帶式液壓鉆機，本鉆機體積小、結構緊湊、全液壓控制、履帶行走、移位方便，省時、省力，而且適合在軟煤層施工，加快了我礦施工瓦斯抽放鉆孔進度，為提高我礦瓦斯治理具有重要意義。通過軟煤層深孔鉆進技術的研究與應用，順利的完成了丁6-32050機巷瓦斯抽放鉆孔的施工，達到了防瓦斯、防突出的效果，確保了丁6-32050機巷的安全高效生產。

三、總結

通過對我礦打鉆施工工作面的現場條件、煤層情況的資料收集研究以及通過和鐵福來鉆機廠家聯系溝通，查看各種鉆機參數、資料，研究各種鉆機特性。目前，在丁6-32050機巷使用ZDY4500LXY煤礦用履帶式液壓鉆機施工本煤層鉆孔。新型ZDY4500LXY履帶式液壓鉆機，給進、起拔能力大，且為了解決傳統鉆桿在軟煤層順層鉆孔時的卡鉆、埋鉆、排渣效率低、機械化程度不高等問題,采用三棱鉆桿，擴大排出煤粉和瓦斯的通道，結果表明,三棱鉆桿在軟煤層順層抽排瓦斯鉆孔施工中能夠高效成孔，排粉順暢，保證瓦斯抽放效果。丁6-32050機巷施工預抽煤層瓦斯鉆孔后，煤層瓦斯含量由最大3.27m3/t下降到2.15m3/t；煤層瓦斯壓力0.2～0.51MPa下降到最大0.08～0.22 Mpa；抽出瓦斯17.9萬m3，達到了防瓦斯、防突出的效果，確保了丁6-32050機巷的安全高效生產，具有很大的推廣應用價值。