篩孔管護孔技術在松軟煤層瓦斯抽采中的應用

摘 要：針對松軟煤層孔壁不穩定易塌孔，影響鉆孔下篩管深度和預抽效果的問題。文章介紹了鉆桿內下篩孔管護孔設備及技術，通過在首山一礦的應用，解決了松軟煤層易塌孔堵塞鉆孔，造成封孔篩管下不到位的問題，實現了鉆孔“打多深、管多深、抽多深”，提高了鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短了預抽達標時間，節省了下篩管時間，提高了勞動效率，保障了瓦斯治理和安全生產。

關鍵詞：松軟煤層；篩孔管護孔；下篩管深度；瓦斯抽采濃度；預抽時間

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0049-02

隨著煤礦生產規模擴大和開采深度的不斷增加，礦井地質條件越來越復雜。松軟煤層、破碎煤層等施工本煤層鉆孔時，由于地質結構復雜、孔壁穩定性差，成孔后孔壁易坍塌，造成瓦斯抽采通道堵塞，鉆孔瓦斯抽采周期短、鉆孔利用率低，存在一定的盲區，采掘過程中容易造成瓦斯事故。針對上述問題，首山一礦、勘探工程處通過與重慶煤科院合作，研究和改進了鉆桿內下篩孔管護孔設備及技術，通過現場的應用，解決了松軟煤層易塌孔堵塞鉆孔，造成封孔篩管下不到位的問題，實現了全程下篩管，提高了鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短了預抽達標時間，節省了下篩管時間，提高了勞動效率，保障了瓦斯治理和安全生產。

1 鉆桿內下篩孔管護孔設備

1.1 旋銑式寬葉片螺旋鉆桿

外徑Φ73 mm旋銑式寬葉片螺旋鉆桿，長度為1 m。該鉆桿排粉能力強，強度質量高，在松軟煤層排粉量大的情況下，能夠排出大量煤粉，防止煤渣過多堵塞鉆孔，造成夾鉆；同時鉆桿內芯光滑，內通孔Φ35 mm，可以輕易地將篩孔管穿過鉆桿內部進入孔底，如圖1所示。

1.2 孔底篩管固定裝置

孔底篩管固定裝置安裝于篩孔管前端，在篩管下到孔底穿出鉆頭后，篩管固定裝置是彈簧翼抓自動打開將篩管固定在孔底，防止退鉆桿時由于摩擦力的作用將孔內篩管帶出，如圖2所示。

1.3 大通孔開閉式PDC鉆頭

使用Φ113 mm中間有一字形切削片的大通孔開閉式PDC鉆頭，中間的一字形切削片可以來回翻動，重復使用，在下護孔管至鉆頭處時將一字形切削片抵開，使護孔管從鉆頭內部穿出至孔底，如圖3所示。

1.4 抗靜電阻燃性篩孔管

篩孔管為外徑Φ32 mm，長度75 m整體式高強度抗靜電阻燃性碎性瓦斯抽放篩管，篩孔管還可以加工成插接式，每根3 m，以方便根據現場使用情況確定篩孔管長度，如圖4所示。

2 鉆桿內下篩孔管護孔工藝

傳統的鉆孔封孔下篩管工藝為鉆孔成孔后退出鉆桿，再下入封孔篩管，而鉆桿內下篩孔管護孔工藝則是在鉆孔施工成孔后，不退出鉆具的前提下，直接下放篩管。即從鉆桿尾部向鉆桿桿體內下頂端安裝300 mm長的孔底篩管固定裝置，后接長度為75 m整體式瓦斯抽放篩管抵至鉆頭處，將鉆頭一字形復合片切削片抵開，使塑料棒帶護孔管從鉆頭內部穿出下入孔底或接近孔底，同時孔底篩管固定裝置的“爪子”張開，固定于孔壁上。

然后退鉆洗孔，“降轉速”，調節動力頭馬達的排量，將轉速降至最低，開始旋轉退鉆桿，并壓風排粉，將孔內鉆屑盡可能沖洗干凈。當鉆頭快到孔口時，停止旋轉，避免橫梁被折斷，繼續退鉆，直至完全起出鉆桿。

3 篩孔管護孔技術在首山一礦的應用

3.1 瓦斯抽采鉆孔施工參數布置

本次篩孔管護孔技術在首山一礦己15-12050風巷（外段）進行試驗。平寶公司首山一礦己15-12050采面位于己二采區東翼上部第三個區段，采面設計走向長1 546 m，設計采長212.4 m，采面回采己15煤層，煤層埋深744.2～797.8 m。己15煤層平均厚度：3.5 m，瓦斯壓力：0.81～1.5 MPa，瓦斯含量：10.6 m3/t。己15-12050風巷（外段）標高為：-638.7～-651.7 m，長度為：1 100 m。己15-12050風巷（外段）鉆孔設計深度75 m，孔徑為113 mm，鉆孔間距為2.4 m，鉆孔水平角0 ？觷（垂直于巷道煤壁），垂直角為平行于煤層頂板施工。

3.2 篩孔管護孔下放工藝的應用效果考察

3.2.1 兩組不同下篩管工藝抽采效果對比

己15-12050風巷（外段）考察鉆孔分兩組施工，每組施工30個鉆孔，共計施工60個。第一組30個鉆孔采用傳統下篩管工藝封孔，即鉆桿退出后再下篩管封孔，13個鉆孔下篩管深度超過50 m，17個鉆孔下篩管深度小于50 m；第二組施工30個鉆孔，為鉆桿內下篩孔管護孔工藝，27個鉆孔實現全程下篩管，75 m，3個鉆孔下篩管深度為70 m。在對比的兩組鉆孔瓦斯抽采效果跟蹤檢驗期末，第一組鉆孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯體積分數為13%，平均純流量約1.68 m3/min，第二組鉆孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯體積分數為30%，平均純流量約1.74 m3/min。第二組鉆孔的瓦斯抽采體積分數比第一組提高了17%。兩組鉆孔的瓦斯濃度隨時間變化參數見表1。

兩組鉆孔的瓦斯濃度隨時間變化，如圖5所示。

3.2.2 不同下篩管深度抽采效果對比

選取第一組的20#鉆孔和第二組的40#鉆孔進行預抽達標時間對比，其中20#孔下Φ32 mm篩管長度42 m，40#孔下Φ32 mm篩管長度75 m，2個鉆孔瓦斯抽采流量隨抽采時間的變化和2個鉆孔預抽達標時間見表2，其中預抽率按照30%為達標界限。從表2可以看出，下篩管的深度越長，鉆孔預抽達標時間就越短，在同一鉆孔控制范圍內，預抽率達到30%，20#孔需要預抽56 d，而40#孔則需要30 d即可，預抽時間減少了26 d。

4 結 語

4.1 增加了下篩管的深度，提高鉆孔下篩管的成功率

篩孔管護孔技術通過在首山一礦的應用，證明通過鉆桿內下篩管工藝能夠解決瓦斯抽放篩管從鉆孔內下至孔底這一難題，實現了鉆孔“打多深、管多深、抽多深”，篩管護孔的下管深度平均達到孔深的90%以上，提高鉆孔下篩管成功率；而傳統工藝由于煤體松軟垮孔嚴重，造成鉆孔通道堵塞，很難成功下入篩管，一般40 m之后就無法繼續下入篩管，下篩管成功率較低，一般只有50%～60%。

4.2 提高鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短預抽達標時間

通過對比可知，篩孔管護孔技術解決了松軟低透氣性煤層瓦斯抽采濃度低及衰減速度較快的問題，其瓦斯抽采體積分數比傳統下篩管工藝提高了17%，預抽達標時間從原來的56 d減少到30 d，有效地保證了煤層的抽采效果，保證了安全生產。

4.3 降低下篩管的難度，節約下篩管時間，提高勞動效率

傳統下篩管工藝為了保證篩管順利下入孔內，在退鉆期間需要每隔5 m壓風排粉，孔深75 m的鉆孔退鉆平均需1 h，下篩管平均時間1 h，同時由于阻力大，通常需要3～4人配合；而鉆桿內下篩管技術，下篩管平均時間0.5 h，退鉆平均需0.5 h，僅需2人即可輕松地完成下篩管工作。采用鉆桿內下篩管技術，從退鉆到下篩管單孔可以節約1 h，極大地提高了效率。

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