篩管護孔技術在松軟煤層中的應用

張 飛

(山西煤炭進出口集團左權宏遠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600)

鉆孔護壁技術是防止松軟煤層抽采鉆孔塌孔的有效手段。當前，護孔裝置及方法有多種形式[1-4]。目前篩管護孔技術具有施工工藝簡單，經(jīng)濟投入少，護孔效果好等優(yōu)點。

1 下篩管使用的設備

1.1 使用的鉆機及專用鉆桿類型

宏遠礦采用ZDY-1900S鉆機，配套專用的寬葉片螺旋摩擦鉆桿，鉆桿外徑Φ73mm，長度為1.5m。此鉆桿排渣能力強，在軟煤區(qū)施工預抽鉆孔時，能防止煤渣過多堵塞鉆孔，造成夾鉆。鉆桿內(nèi)設下篩管孔隙，孔徑為35mm，外徑32mm篩管方可通過鉆桿內(nèi)部進入孔底，如圖1所示。

1.2 孔底篩管固定裝置

按照設計孔深施工到位后，停止鉆進，將孔底固定裝置固定在篩管的前段，之后增加每根篩管，直至將篩管送到鉆孔最底部，固定裝置上的彈簧抓自動打開，將篩管固定在孔底，防止在退鉆時由于摩擦力的作用將篩管從孔內(nèi)帶出。

圖1 鉆頭及篩管

1.3 專用的開閉式PDC鉆頭

使用Φ94mm中間有一字形切削片，當施工下篩管固定裝置送至PDC鉆頭處，將一字形切削片一碰頂隨即打開，打施工預抽鉆孔期間，鉆頭通過前方水力和煤渣的阻力，開閉式鉆孔處于常閉狀態(tài)，就這樣重復使用。

2 通過鉆桿下篩管的工藝

傳統(tǒng)的鉆孔封孔下篩管工藝為在完成鉆孔設計孔深時，退出鉆桿，再下入封孔的篩管，現(xiàn)在是施工完每個鉆孔時停止退鉆，通過鉆桿內(nèi)部孔隙下入篩管。跟傳統(tǒng)的下篩管對比，在鉆桿內(nèi)下篩管防止了塌孔，避免了在下篩管的過程中煤粉堵塞篩管堵頭，增加了抽采量，縮短了預抽時間。

3 下篩管防塌孔技術的應用

3.1 抽采鉆孔施工的參數(shù)布置

本次在宏遠煤礦二采區(qū)的150202運輸順槽工作面進行試驗。150202運輸順槽巷道設計長度750m，巷道斷面為4.5m，巷道高度為3.2m，此次在150202運輸順槽正前設計16個預抽鉆孔，鉆孔孔徑為94mm，鉆孔設計孔深為60～80m，鉆孔布置共2排，每排布置8個鉆孔，排間距為1.0m，鉆孔呈扇形均勻布置，鉆孔的開孔間距為0.55m，鉆孔的終孔間距為3m，鉆孔布置在距巷道兩幫輪廓線15m范圍內(nèi)，巷道傾角根據(jù)煤層實際揭露煤層的傾角進行施工。如圖2所示：

圖2 鉆孔布置圖

3.2 下篩管防塌孔抽采工藝效果對比

3.2.1 全程下篩管與未下篩管封孔抽采效果對比

150202運輸順槽工作面預抽鉆孔分2組進行封孔抽采，每組8個鉆孔，共計施工鉆孔16個。第1組施工8個鉆孔，8個鉆孔未下篩管，采用“兩堵一注”封孔工藝進行預抽瓦斯，深度為60m。對2組抽采工藝不同的鉆孔進行觀測和抽采效果跟蹤，抽采28天后，第1組預抽鉆孔瓦斯抽采管路的平均濃度為24%，平均純流量約0.62m3/min。第2組施工8個鉆孔，8個鉆孔全程下篩管，下篩管深度為60～80m，其中1#、3#、5#、7#下篩管孔深為60m，9#、11#、13#、15#下篩管孔深為80m。抽采28天，定期對抽采鉆孔抽采濃度和混量進行測定。第2組瓦斯抽采管路的平均濃度為44%，平均純流量約1.65m3/min。第二組下篩管預抽鉆孔瓦斯?jié)舛缺鹊?組預抽鉆孔抽放濃度提高了20%。具體瓦斯抽采參數(shù)如圖3～圖6所示：

圖3 未下篩管前瓦斯流量變化圖

圖4 未下篩管前瓦斯?jié)舛茸兓瘓D

圖6 下篩管后瓦斯流量變化圖

3.2.2 下篩管不同深度的抽采效果對比

第2組下篩管的1#鉆孔和9#鉆孔進行預抽達標時間對比，其中1#鉆孔下Φ32mm篩管長度為60m，9#鉆孔下篩管Φ32mm長度80m，1#和9#鉆孔瓦斯抽采純量隨抽采時間的變化。如圖6所示。

通過以上圖中可以看出，

（1）下篩管比未下篩管抽采的效果更好，有效抽采了煤層的游離瓦斯。

（2）下篩管的深度越長，鉆孔預抽達標時間越短，預抽時間有效地縮短了一半天數(shù)。

4 結論

4.1 增加了下篩管的深度，提高鉆孔下篩管的成功率

下篩管技術在宏遠煤礦的應用，證明了宏遠煤礦通過鉆桿內(nèi)下篩管能夠解決瓦斯抽放篩管從鉆孔內(nèi)下至鉆孔底部，實現(xiàn)了“打多深、管多深、抽多深”，下篩管的深度可以達到設計孔深的86%以上，防止了松軟煤層塌孔現(xiàn)象，保持了預抽瓦斯通道的暢通，提高了下篩管的成功率。

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，下篩管技術解決了松軟透氣性低的煤層抽采濃度低及衰減速度較快的問題，有效地保證了煤層的抽采效果和安全生產(chǎn)。