巖石破碎巷道穿層鉆孔施工技術(shù)

摘 要：告成煤礦在13221A工作面軌道巷施工穿層鉆孔過程中，采取風(fēng)力排粉、大孔徑鉆進(jìn)充填圍巖裂隙，對鉆孔施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，延伸孔口套管長度，增強(qiáng)孔口密封對孔口五通進(jìn)行改進(jìn)，有效解決了巷道圍巖及鉆孔過破碎帶問題，大大提高了鉆孔施工進(jìn)度和瓦斯抽采濃度，增強(qiáng)了鉆孔施工安全性。

關(guān)鍵詞：巖石破碎巷道；風(fēng)力排粉；孔口套管；孔口膠皮；瓦斯?jié)舛?/p>

瓦斯治理是煤礦安全生產(chǎn)的重要難題，對于“煤與瓦斯突出礦井”，一般采取底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突出措施進(jìn)行瓦斯治理。告成煤礦受成煤條件影響，地質(zhì)條件復(fù)雜，巖石破碎給穿層鉆孔施工帶來相當(dāng)大的困難。告成煤礦在13221A工作面軌道巷經(jīng)過現(xiàn)場多番嘗試，通過對防噴裝置及施工工藝進(jìn)行改進(jìn)總結(jié)了一套巖石破碎巷道穿層鉆孔施工技術(shù)。

一、工程概況

告成煤礦位于登封市東南12Km的告成鎮(zhèn)境內(nèi)，距鄭州市71Km。是鄭煤集團(tuán)公司的主力礦井之一，主采二1煤層，水文地質(zhì)類型為“復(fù)雜”，2005年2月被煤炭科學(xué)研究總院重慶分院鑒定為“煤與瓦斯突出”礦井。瓦斯抽采措施主要為穿層鉆孔、水利沖孔增透。13221A工作面位于-110運(yùn)輸大巷、-100回風(fēng)大巷保護(hù)煤柱內(nèi)，工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層原生構(gòu)造受滑動(dòng)構(gòu)造影響，強(qiáng)度較低，局部煤層有夾矸，煤厚變化大，煤層頂?shù)装迤扑椤?3221A軌道巷車場布置于L7-8灰?guī)r中，上距二1煤層底板12m左右，施工單位通過在13221A軌道巷車場施工穿層鉆孔對該工作面進(jìn)行瓦斯抽放消突工作。

二、巖石破碎巷道對于鉆孔施工的影響

（一）由于13221A工作面軌道巷為砌碹支護(hù)，巷道與圍巖之間空隙大，造成封孔難度大，密封效果不好，不僅會(huì)影響瓦斯抽采濃度，而且還會(huì)造成瓦斯超限事故。

（二）巷道圍巖砂質(zhì)泥巖、泥巖受地質(zhì)構(gòu)造及采動(dòng)頂板來壓影響，鉆孔在施工過程上中遇水膨脹，容易發(fā)生縮徑塌孔現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔排粉不暢，增加施工難度，鉆孔成孔率低。

（三）圍巖中裂隙較多，孔壁的完整性受到破壞，鉆屑不能及時(shí)從孔內(nèi)排出，增加施工難度；同時(shí)裂隙加大了注漿封孔的難度，并影響到抽采的濃度。

（4）受滑動(dòng)構(gòu)造等地質(zhì)條件影響，煤（巖）破碎，鉆孔使用壓風(fēng)排粉，排粉量較大，給鉆孔施工帶來一定難度。

三、施工技術(shù)對比與改進(jìn)

（一）孔口套管改進(jìn)

原孔口套管使用直徑Ф100mm、長度為1m的圓柱鋼管，配合直徑Ф295mm活盤法蘭焊接而成，但遇到孔口塌孔嚴(yán)重，下入1m長的套管滿足不了封孔要求，鉆孔在施工過程中，孔內(nèi)風(fēng)、水、氣會(huì)通過套管外巖石裂隙排出，造成密封不嚴(yán)。

改用Ф108mm帶絲扣套管，根據(jù)鉆孔孔口鉆進(jìn)情況，對孔口套管進(jìn)行伸縮加長，有效對孔口砌碹巷道較大空隙及破碎圍巖進(jìn)行隔離，孔口套管固管后達(dá)到密封作用。

（二）施工工藝改進(jìn)

鉆孔施工過程中巖孔段優(yōu)先選用水力排粉，但遇到巖石破碎段，水力排粉容易造成塌孔，根據(jù)圍巖實(shí)際施工條件，對破碎巖石段提前改為風(fēng)力排粉，盡量保護(hù)好破碎巖石原始狀，避免遇水后膨脹塌孔現(xiàn)象的發(fā)生。由于孔內(nèi)巖性大多為砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，改為壓風(fēng)排粉，粉塵較大，且部分粉塵從巷道周邊裂隙排出，鉆孔在施工過程中，使用孔口降塵管降塵，達(dá)不到降塵效果，因此降塵又成為重要一難題。

根據(jù)巖石特性，使用風(fēng)力排粉過程中，將風(fēng)水四通供水管改至供風(fēng)管前端，開風(fēng)后，稍微打開適量小水（根據(jù)排粉情況，能降塵為目的），在鉆孔粉塵源頭進(jìn)行加濕降塵，排出的為潮濕的粉塵顆粒，一部分在鉆孔內(nèi)充填在鉆孔周圍的裂隙里，一部分從孔口排出，鉆孔周圍巷道裂隙不僅得到了充填，而且風(fēng)力排粉也得到有效解決。

（三）孔口膠皮改進(jìn)

鉆孔施工過程中，要與孔口五通套管同心，否則將會(huì)磨損孔口膠皮，導(dǎo)致孔口密封不嚴(yán)實(shí)，造成孔口煤（巖）粉、瓦斯泄露。原孔口膠皮為一個(gè)比法蘭盤內(nèi)圓稍大的膠皮固定在法蘭盤上，鉆桿在給進(jìn)壓力鉆進(jìn)時(shí)，或鉆桿與套管稍不同心，鉆桿容易磨損孔口膠皮，或膠皮脫落，造成密封不嚴(yán)，因此孔口膠皮密封不嚴(yán)給鉆孔施工帶來一定安全隱患。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際操作，為解決孔口密封問題，對孔口膠皮進(jìn)行加工改進(jìn)。將孔口脫皮加工為4個(gè)對稱通眼用于固定牢固，并加寬孔眼間距，便于安裝，可以適當(dāng)左右、上下調(diào)節(jié)孔口膠皮與法蘭螺絲間的間距，緩解鉆進(jìn)給進(jìn)壓力時(shí)鉆桿磨損孔口膠皮；為確保孔口膠皮固定牢固，增加孔口膠皮的耐磨性，再在孔口加裝一個(gè)比法蘭內(nèi)圓稍大的孔口膠皮，雙重孔口膠皮有效解決孔口密封不嚴(yán)問題。

（四）鉆具選型

原13032軌道巷施工瓦斯抽采鉆孔，選用3200型鉆機(jī)，Ф73mm鉆桿，Ф94mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆頭與鉆桿間隙僅為10mm，巖石破碎段容易排粉不暢，造成鉆孔施工困難或鉆桿壓死現(xiàn)象。

根據(jù)原13032軌道巷巖石巖性，對鉆機(jī)鉆具進(jìn)行調(diào)整，選用2300型鉆機(jī)，Ф63mm鉆桿，Ф94mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆頭與鉆桿間隙為15mm，從而增大了排粉通道，有效解決了破碎巖層風(fēng)力排粉過破碎帶問題。

四、結(jié)論

告成煤礦通過對打鉆施工工藝及五通套管的改進(jìn)，有效的解決了破碎巖層鉆進(jìn)技術(shù)，鞏固了施工安全，預(yù)防瓦斯超限，提高了打鉆效率和瓦斯抽采濃度。

（1）加快了施工進(jìn)度，兩部鉆機(jī)有效打鉆時(shí)間23天施工鉆孔46個(gè)，平均施工時(shí)間由原來的6班時(shí)間，縮短為2班時(shí)間，淺孔最快成孔及封孔僅用一班時(shí)間。

（2）提高了成孔率，改進(jìn)前因巖石破碎，水力排粉塌孔嚴(yán)重造成多個(gè)鉆孔施工不到設(shè)計(jì)要求，或者達(dá)到設(shè)計(jì)要求后因鉆孔塌孔封孔管下不到設(shè)計(jì)位置，從而造成多個(gè)鉆孔報(bào)廢，成孔率達(dá)到25%；改進(jìn)施工工藝后，大鉆頭、細(xì)鉆桿使用風(fēng)力排粉，所施工的46個(gè)鉆孔成孔43個(gè)，成孔率達(dá)到93.4%。

（3）提高了瓦斯抽采濃度，未改進(jìn)前因孔口套管短密封不嚴(yán)實(shí)，圍巖裂隙多，封孔注漿效果不好，瓦斯?jié)舛染?0%以下，通過對孔口套管延伸加長，巖粉對圍巖裂隙充填，封孔注漿密封嚴(yán)實(shí)，鉆孔瓦斯抽放濃度平均達(dá)到40%左右。

作者簡介：

徐宏甫（1983.10—），男，漢族，籍貫：河南新密，本科，畢業(yè)于河南理工大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，研究方向?yàn)榈販y防治水，助理工程師。