松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理及改進措施研究

尹振林

摘 要：科學技術的不斷更新，為煤礦生產效率的提高及設備性能的優化帶來了重要的保障作用，促進了現代化煤礦企業的快速發展。結合現階段煤礦生產現場的實際概況，可知某些影響因素的客觀存在，容易造成松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現象的出現，給相關生產計劃的順利完成帶來了潛在威脅。因此，需要加強對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理的深入理解，制定可靠的改進措施有效避免這種現象的出現，最大限度增強煤礦生產計劃實施的安全可靠性。基于此，該文將對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理及改進措施進行必要研究。

關鍵詞：松軟煤層 瓦斯 鉆孔塌孔機理 改進措施 生產計劃

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0037-02

從不同的方面提高對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理的全面認識，制定出切實有效的改進措施，有效避免鉆孔塌孔問題的產生，有利于實現煤礦安全生產的長期發展目標，在確保生產計劃順利完成的同時可以為煤礦企業帶來更多經濟效益，全面提升該單位綜合市場競爭力。因此，在未來松軟煤層瓦斯抽放作業計劃開展的過程中，應加強對信息技術及各種專業技術手段的合理運用，促使在這些技術使用中能夠有效預防鉆孔塌孔現象的出現，不斷增強作業現場的生產安全性。

1 松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理

1.1 松軟瓦斯抽放鉆孔過程中的應力分析

在松軟煤層瓦斯抽放的過程中，需要注重不同應力的有效分析，確保其中可能存在的安全隱患可以得到及時排除。具體的分析要點包括：（1）水平孔周圍彈性應力的有效分布。結合煤層結構特性，可知其包含了孔隙、裂隙等，在瓦斯壓力及其他壓力的影響，容易造成變形現象的出現。松軟煤層瓦斯抽放計劃實施時，應加強對水平孔周圍彈性應力的深入分析，通過對彈性理論的深入理解，從彈性多孔材料作用的圍巖狀態、地層結構的完整性、孔壁破壞準則等方面進行重點考慮，確保鉆孔過程中的受力均勻性；（2）傾斜孔周圍彈性應力的有效分布。松軟煤層瓦斯抽放過程應考慮傾斜孔周圍彈性應力分布，確保鉆孔作業計劃的順利實施。具體分析中應構建可靠的三維空間坐標，將傾斜孔受到不同方向的應力在坐標上標記出來，進而對圍巖孔壁的結果穩定性進行綜合評估。

1.2 瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關條件

相關的研究資料表明，松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現象的出現，需要滿足一定條件。這些條件包括：（1）水平瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關條件。通過對鉆孔穩定性問題的深入分析，可知不同介質的分布對于孔壁的穩定性有著較大影響：當鉆孔過程中圍巖周圍的應力超過其自身的強度時，往往會引發鉆孔塌孔。不同方向的應力差最大時，鉆孔塌孔現象出現的幾率最大。因此，水平瓦斯抽放中應充分考慮地層孔隙壓力及其他的應力，提高鉆孔質量；（2）傾斜瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關條件。結合傾斜瓦斯抽放鉆孔作業方式特點，可知其中發生鉆孔塌孔問題的前提條件與鉆孔中不同方向的應力分布大小有關。通過對鉆孔傾角、鉆孔孔壁不同方向應力大小的確定等，可以構建出傾斜鉆孔與時間之間的關系，進而確定發生鉆孔塌孔的臨界值。

1.3 導致瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關因素

各種潛在影響因素的客觀存在，加大了瓦斯抽放鉆孔塌孔問題發生的概率。這些影響因素主要包括：（1）影響圍巖結構穩定性的內聚力，其具有動態變化的特點，對鉆孔過程中煤體的膠結強度及抗剪強度有著一定要求。當不同方向的內聚力差較小時，說明該區域的煤體較軟，鉆孔中容易發生塌孔；（2）原始煤層流體壓力越大時，加大使鉆孔坍塌的臨界值增大，加大了鉆孔塌孔問題產生的幾率；（3）埋設過程中垂直應力不斷增加，也會使鉆孔坍塌臨界應力變大，從而影響了鉆孔的穩定性，一定條件下會出現鉆孔塌孔現象。同時，隨著煤體內摩擦角的動態變化，也會對瓦斯抽放鉆孔塌孔造成較大影響。

2 避免松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現象出現的改進措施

為了避免松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現象的出現，消除其中可能存在的安全隱患，需要采取必要的改進措施進行必要預防，確保作業計劃實施的安全性，增強鉆孔的穩定性。這些改進措施包括以下幾個方面。

2.1 改進瓦斯抽放過程中的施工工藝

在松軟煤層瓦斯抽放過程中，選擇可靠的施工工藝，有利于提高鉆孔質量，最大限度降低鉆孔塌孔問題發生的概率。具體表現在：（1）及時改變鉆孔的方位角。瓦市抽放鉆孔施工中將其中的鉆孔傾角控制在60°的范圍內時，可知30°方向的鉆孔方位角產生的臨界坍塌壓力最大，將會產生鉆孔塌孔問題。因此，鉆孔施工中應將其方位角控制在30°范圍內進行打孔，提高鉆孔質量；（2）注重鉆孔傾角的改變。相關的研究報告指出，瓦斯抽放鉆孔傾斜角控制在小于22.5°的范圍內時，其中產生的內摩擦角較小，應力大小不會超過鉆孔坍塌臨界壓力。因此，鉆孔施工中結合坍塌臨界壓力的要求，應將鉆孔傾角控制在22.5°的范圍內；（3）注重鉆孔直徑的改變。通過計算機系統相關軟件的模擬分析，可知瓦斯抽放鉆孔圍巖塑性區的變壓與鉆孔之間有著緊密聯系，二者呈正相關的關系。當鉆孔直徑大時，塑性區也會變大，其中產生的應力將會給鉆孔質量帶來潛在威脅。因此，鉆孔施工中應加強對鉆機的合理運用，促使鉆孔直徑保持在94 mm左右，優化鉆孔質量；（4）對鉆進工藝的改進研究。我們與煤科院西安分院合作，選用其研發的松軟煤層中風壓空氣鉆進工藝技術及配套裝備。用中風壓空氣鉆進及鉆桿內部安設篩管的施工工藝，在西安煤科分院技術人員的現場指導下，掌握了鉆進設備的使用性能，提高了在松軟煤層施工鉆孔的成孔率。

2.2 加強側壓系數的合理控制

煤層埋設對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔穩定性的臨界值有著一定影響。相對而言，側壓系數對鉆孔穩定性的影響更大。因此，松軟煤層瓦斯抽放鉆孔施工中應加強對專業技術手段的合理運用，通過對煤層斷層、塌落柱等復雜地質條件的有效分析，將鉆孔過程中的側壓系數控制在合理的范圍內，減少其對鉆孔的影響。

2.3 提高套管的利用效率

作為解決松軟煤層鉆孔坍塌的重要措施，適當增加套管，有利于降低鉆孔塌孔發生的幾率。在使用套管的過程中，應充分考慮鉆孔變形對瓦斯抽放作業效率的影響，確保套管的合理運用能夠達到生產現場的實際要求。同時，由于套管強度與鉆孔圍巖垂直位移、塑性區范圍大小等不同因素之間呈反比關系，因此，在經濟條件允許的前提下，應加強PP管及PVC管的合理使用，有效避免瓦斯抽放鉆孔塌孔現象的出現，確保松軟煤層瓦斯抽放作業效率能夠始終保持在更高層面上。

3 結語

通過對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理的深入研究，并制定出相關的改進措施確保生產計劃的安全實施，一定程度上加快了現代化煤礦企業的發展速度，促使煤礦企業的生產目標能夠在規定的時間內順利實現，全面提升我國煤礦的整體生產水平。與此同時，結合市場用煤的實際需求，可知未來松軟煤層瓦斯抽放過程中需要注重行業技術規范的具體要求，靈活運用各種安全措施進行針對性處理，降低作業計劃實施中鉆孔塌孔問題發生的幾率，為后續生產計劃的實施打下堅實基礎。

參考文獻

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