壓風(fēng)排渣底板抽放鉆孔施工工藝分析

李曉輝

摘要：文章針對二號煤礦底板抽放鉆孔施工工藝，從壓風(fēng)排渣、孔口除塵、鉆孔護孔、安全事項等方面進行分析，闡述了提高底板抽放鉆孔成孔率和利用率的有效手段，對于底板鉆孔施工具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：壓風(fēng)排渣；底板抽放；孔口除塵；鉆孔護孔；煤礦生產(chǎn) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）30-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.071

陜西黃陵二號煤礦是一座年生產(chǎn)能力為800萬t的大型現(xiàn)代化礦井，礦井為高瓦斯礦井。目前，礦井生產(chǎn)格局為“一井兩區(qū)、一區(qū)一面”及北一二盤區(qū)和北二四盤區(qū)。根據(jù)目前兩盤區(qū)掘進及回采情況，結(jié)合煤層瓦斯含量測定結(jié)果可以看出：四盤區(qū)煤層瓦斯含量整體較高，平均達到4m3/t，且底板存在油型氣賦存現(xiàn)象；二盤區(qū)煤層瓦斯含量低，在0.42～0.82m3/t之間，但底板存在油型氣富集現(xiàn)象，施工底板抽采鉆孔是二盤區(qū)瓦斯治理的重點工作。此外，四盤區(qū)在回采時，也需要進行底板油型氣的探測工作，所以礦井需要施工大量的底板鉆孔來保證瓦斯的有效治理。

1 二號煤礦底板地質(zhì)情況

根據(jù)二號煤礦鉆孔柱狀圖可以看出，2#煤底部存在1.23～3.8m之間的泥巖層，部分甚至大于3.8m。根據(jù)二號煤礦鉆孔施工需要，鉆孔施工至2#煤下部10～15m范圍內(nèi)，必須穿過泥巖層，終孔點位置落至泥巖層下部砂巖層，方能滿足抽采需求。

施工底板鉆孔采用傳統(tǒng)的水力排渣，存在以下四個問題：（1）鉆孔在穿越底板以下泥巖層時，易發(fā)生鉆頭堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔排水不暢，難以施工；（2）鉆孔施工完畢后，泥巖層遇水易膨脹，導(dǎo)致鉆孔使用周期短；（3）鉆孔內(nèi)易積水，影響底板鉆孔抽采效果；（4）采用水力排渣難以施工100m以上的底板鉆孔。所以采用水力排渣，鉆孔成孔率和利用率均較低，必須進行改進。

2 風(fēng)力排渣技術(shù)的應(yīng)用

2.1 成孔原理和基本條件

壓風(fēng)排渣的基本原理是利用壓風(fēng)機的壓縮空氣，經(jīng)過鉆桿后部注水器，經(jīng)鉆桿內(nèi)孔、鉆頭進入鉆孔孔底，在孔內(nèi)形成高速風(fēng)流，將鉆屑吹向孔口，從而實現(xiàn)排渣并冷卻鉆頭。

在成孔過程中，一般鉆進過程要求能完全、及時地排出孔內(nèi)的鉆屑，避免鉆屑的積聚，這就要求有足夠的排渣能力。其與孔內(nèi)的風(fēng)速、鉆孔傾角、鉆屑粒徑、鉆桿直徑等有關(guān)，風(fēng)速越大鉆孔傾角越大，粒徑越小排渣越容易，反之就困難。此外，隨著鉆孔深度的增加，摩擦阻力也隨之增加，所需的壓風(fēng)壓力也相應(yīng)提高。

2.2 設(shè)備的選擇

根據(jù)風(fēng)力排渣成孔基本條件，黃陵二號礦主要采用MKD-（5S）3200鉆機和ZRJ25-400/250乳化液鉆機進行施工，其鉆桿為Φ73mm和Φ50mm，施工長底板鉆孔主要采用MKD-（5S）3200鉆機。其Φ73mm的鉆桿，一方面強度大；另一方面由于鉆桿通風(fēng)孔的摩擦阻力在總的壓風(fēng)阻力中所占的比重較大，該鉆桿可以減少鉆桿內(nèi)部的壓風(fēng)阻力，有利于增加成孔時所需的供風(fēng)量及風(fēng)壓。移動壓風(fēng)機選用21.5m3螺桿空氣壓縮機，其壓力可達到0.8MPa，完全可以滿足底板鉆孔施工需求。

2.3 壓風(fēng)排渣的優(yōu)點

采用壓風(fēng)排渣施工底板鉆孔具有以下四個優(yōu)點：（1）對孔壁沖擊小，不易破壞孔壁產(chǎn)生垮孔；（2）在鉆進過程中產(chǎn)生的瓦斯氣體與壓縮空氣混合更有利于鉆屑的排出；（3）鉆孔施工完畢后，孔內(nèi)無積水，泥巖層不易堵塞鉆孔，且有利于鉆孔的抽采；（4）可滿足長距離底板鉆孔的施工。

礦井在采用風(fēng)力排渣改進鉆孔施工工藝后，底板鉆孔成孔率達到100%，克服了水力排渣穿不過泥巖層和成孔時間長的問題，成孔效率比以往提高了近3倍，黃陵二號礦在201工作面成功施工底板鉆孔20000余m，最長鉆孔施工達到196m。

3 壓風(fēng)排渣除塵技術(shù)應(yīng)用

壓風(fēng)排渣成孔不同于傳統(tǒng)的水力排渣成孔方式。它采用壓縮氣體排渣，在鉆進時壓縮空氣與鉆屑混合后排出孔口，產(chǎn)生大量的粉塵，必須要對這些粉塵進行控制處理。濕式孔口除塵裝置共由四部分組成：集塵罩、軟風(fēng)筒、控制臺、除塵器。其工作原理是以壓縮空氣為動力將含塵氣體引射至除塵器內(nèi)，同時供水噴霧在除塵器內(nèi)噴霧，使粉塵與水霧碰撞變成濕潤的水和粉塵混合物，污水在重力作用下分離，凈化后的空氣從除塵器的出口排出。采用該技術(shù)后，打鉆的粉塵經(jīng)過濕式孔口除塵裝置，除塵效果達到90%以上。

4 底板鉆孔護孔技術(shù)應(yīng)用

底板鉆孔施工完成后，在使用時間較長時，存在鉆孔易塌孔現(xiàn)象，且由于巷道的積水，容易造成鉆孔內(nèi)滲入大量的水，難以發(fā)揮底板鉆孔的抽采作用，影響礦井底板油型氣的抽采工作。所以為了較好地發(fā)揮底板鉆孔的作用，必須進行鉆孔護孔技術(shù)研究。護孔方式如下：護孔花管為每節(jié)長2m、直徑1.5寸的鋼管，管壁加工直徑16mm的小孔，均勻布置，花管兩頭帶絲扣，管節(jié)連接，前端收口封閉?；ü芩腿脬@孔前用紗網(wǎng)包裹，扎帶扎緊，并準備直徑15mm壓風(fēng)排水管。

鉆孔施工到位后，在最短時間內(nèi)對鉆孔全程下花管護孔，護孔花管和壓風(fēng)排水管同長，并固定同時送入孔內(nèi)，壓風(fēng)排水管接壓風(fēng)系統(tǒng)，利用壓風(fēng)定期清理孔內(nèi)積水。封孔采用注漿泵注封孔劑，保證封孔長度不小于10m。如圖1所示。

通過護孔、排水裝置的應(yīng)用，鉆孔未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，底板鉆孔全部得到有效的利用，底板油型氣抽采效果明顯提升。

5 底板鉆孔施工注意事項

底板鉆孔采用壓風(fēng)排渣施工，全程下護孔管護孔等是一項新的技術(shù)和工藝，通過現(xiàn)場應(yīng)用、實踐，總結(jié)出一些經(jīng)驗和需要注意的事項：（1）采用壓風(fēng)排渣時，為防止孔內(nèi)瓦斯燃燒或爆炸，當(dāng)發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)返出的壓風(fēng)很小時，應(yīng)立即停止鉆進。否則鉆頭在無風(fēng)或微風(fēng)情況下鉆進，沒有散熱條件，溫度升高，極易引起孔內(nèi)瓦斯燃燒事故。（2）壓風(fēng)排渣打鉆時應(yīng)密切注意返風(fēng)、排渣情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)風(fēng)量小、排渣少時，不要急于進鉆。每加一根鉆桿重新開風(fēng)后，應(yīng)先吹一下，等壓風(fēng)完全到達鉆頭后再開動鉆機鉆進。鉆桿進完后，也要前后推拉一下鉆桿，待煤渣基本排凈后再關(guān)掉壓風(fēng)，加接第二根鉆桿；（3）護孔花管下入鉆孔時，封孔段下方側(cè)一節(jié)護孔管不采用花管，防止封孔時，封孔料堵塞鉆孔；（4）孔口除塵裝置使用時，必須將瓦斯抽采系統(tǒng)連接除塵裝置口的防噴孔裝置，可以保證底板鉆孔噴孔或瓦斯?jié)舛容^大時，及時連接抽放；（5）每個鉆孔開孔到結(jié)束，應(yīng)盡量連續(xù)鉆進，避免停鉆時間長，造成鉆孔孔徑縮小或孔內(nèi)滲水，影響鉆進。

6 現(xiàn)場實踐分析

二號煤礦采用壓風(fēng)排渣施工鉆孔后，鉆孔成孔效率提高了3倍，先后在二盤區(qū)201工作面施工底板鉆孔2.6萬m，鉆孔施工長度最長達到196m；采用鉆孔護孔及排水裝置后，鉆孔抽放效果和利用率得到明顯提升，鉆孔在接近回采工作面時，受采動影響的采空區(qū)底板鉆孔未堵塞，瓦斯仍可以通過鉆孔進行抽采，提高了抽采量。

7 結(jié)語

底板鉆孔施工是二號煤礦瓦斯治理的一項重要措施，底板鉆孔施工的質(zhì)量及其能否達到利用效果直接關(guān)系到瓦斯災(zāi)害治理的成敗，二號煤礦在改進底板鉆孔施工工藝后，鉆孔成果和利用效果得到明顯提高：（1）利用壓風(fēng)排渣技術(shù)施工底板鉆孔，更有利于鉆孔鉆屑的排出，減少發(fā)生梗阻，不易在鉆進過程中造成垮孔、抱鉆等現(xiàn)象，從而提高了抽放鉆孔的成孔長度、成孔速度和成孔質(zhì)量；（2）鉆孔施工中孔口濕式除塵器的應(yīng)用，不僅解決了壓風(fēng)排渣造成的粉塵濃度高的問題，且通過連接抽放系統(tǒng)，解決了鉆孔瓦斯?jié)舛雀吆蛧娍椎膯栴}，保證了鉆孔的安全施工和人員的人身安全；（3）鉆孔護孔及排水裝置的應(yīng)用，提高了鉆孔的利用效果和利用時間，壓風(fēng)排水裝置可以有效地清除鉆孔內(nèi)的積水，提高瓦斯抽采效果。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint