松軟煤層順層鉆孔成孔工藝技術(shù)

王坤

摘要：恒源煤礦6煤層煤質(zhì)松軟，垂直裂隙較發(fā)育，抽放鉆孔在煤層鉆進(jìn)施工過程中成孔率低，極易塌孔埋鉆。塌孔后頻繁起鉆處理鉆具費(fèi)工費(fèi)時(shí)。根據(jù)恒源煤礦諸多特殊情況，在瓦斯抽放鉆進(jìn)施工過程中優(yōu)化鉆孔參數(shù)及鉆具組合，使用風(fēng)為排除巖粉介質(zhì)，杜絕了塌孔現(xiàn)象，縮短了鉆孔施工工期。

關(guān)鍵詞：煤層;抽放孔;塌孔

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）12-0098-02

1概況

1.1工作面概況

Ⅱ61采區(qū)位于恒源煤礦北部。淺部從400m北翼運(yùn)輸大巷保護(hù)煤柱線和BF4斷層相隔與六二采區(qū)相接，深部至六煤層600底板等高線，左、右分別為孟口斷層和DF5斷層及6煤層工廣保護(hù)煤柱線。

恒源煤礦Ⅱ6113工作面位于Ⅱ61采區(qū)右側(cè)下部，設(shè)計(jì)為走向長壁、綜采工作面，巷道長度：風(fēng)巷725m，機(jī)巷614m，傾斜寬為115m。工作面東部為Ⅱ6111采空區(qū)，南部靠近DF117斷層，工作面西部和北部是二水平南翼運(yùn)輸大巷和二水平南翼軌道大巷。工作面里段略跨過寬緩的小城背斜，工作面內(nèi)六煤層形態(tài)受小城背斜控制。Ⅱ6113切眼位于小城背斜的西翼，工作面機(jī)巷標(biāo)高在596.2～-579.0m之間，風(fēng)巷標(biāo)高在598.2m--563.0m之間，切眼標(biāo)高為一579.0m～-569.2m。

采煤方法：該面采用走向長壁采煤法回采，全部跨落法管理頂板。

通風(fēng)方式：該面采用“u”型通風(fēng)方式，上行通風(fēng)，工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量800msup>3/min。

1.2煤層賦存情況

Ⅱ6113工作面內(nèi)六煤層形態(tài)受小城背斜及丁河向斜控制。煤巖層傾角平緩，一般為2°～10°。受斷層影響，局部煤層傾角較大，達(dá)到20°左右;Ⅱ6113工作面周圍中小型斷層較發(fā)育，煤層的原生構(gòu)造受到一定的破壞，從周圍鉆孔資料和現(xiàn)有的地質(zhì)資料判斷;Ⅱ6113工作面煤厚在2.60m～2.95m之間，平均煤厚為2.81m，煤層可采性指數(shù)為1，煤厚變異系數(shù)為8%，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無夾矸，Ⅱ6113工作面煤層屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的中厚煤層。

1.3可能影響鉆孔施工的地質(zhì)構(gòu)造

Ⅱ6113工作面存在的地質(zhì)構(gòu)造主要有以下方面：背斜構(gòu)造、斷層構(gòu)造和層滑構(gòu)造。其中主要影響鉆孔施工的地質(zhì)構(gòu)造為斷層構(gòu)造和層滑構(gòu)造。Ⅱ6113切眼的DFll7斷層落差達(dá)到0～20m，對(duì)鉆孔施工位置的煤層產(chǎn)生拉升和牽引作用，導(dǎo)致煤層產(chǎn)狀發(fā)生變化，不利于鉆孔跟層效果。

層滑構(gòu)造影響附近的煤層起伏較大，常表現(xiàn)為煤層頂?shù)装宕┐獭ⅰ耙螤睢睌鄬印㈨數(shù)装宄霈F(xiàn)揉皺等類型，此類構(gòu)造對(duì)鉆孔施工也有較大影響，容易造成鉆孔穿入煤層底板或者頂板，影響跟層率。

2鉆探工程設(shè)計(jì)方案

Ⅱ6113切眼煤層瓦斯含量達(dá)到12.03m³/t，瓦斯涌出量增大，因此需要采取預(yù)抽煤層瓦斯的區(qū)域防突措施。工作面瓦斯涌出量主要為本煤層瓦斯涌出，采取順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的防突措施，即在工作面迎頭向工作面前方煤體布置瓦斯預(yù)抽鉆孔和在Ⅱ6113切眼右?guī)虳Fll7斷層側(cè)施工順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯（鉆孔布置見圖1）。

3鉆探設(shè)備選型及鉆孔參數(shù)

3.1設(shè)備選型

采用ZDYl900S鉆機(jī)，鉆機(jī)最大回轉(zhuǎn)速度50-175r/min，最大進(jìn)力102kN，最大起拔力70kN，回轉(zhuǎn)扭矩3200n/m，電機(jī)功率37kW，使用63.5mm深螺紋鉆桿。

3.2鉆孔參數(shù)

設(shè)計(jì)鉆孔26個(gè)，孔徑均為108mm，使用高強(qiáng)度復(fù)合片鉆頭，總設(shè)計(jì)鉆探工程量958.4m。具體數(shù)據(jù)見表1。

4相關(guān)技術(shù)要求

（1）為施工使用ZDY1900S型鉆機(jī)，采用Ф63.5mm深螺紋鉆桿+Ф108m刮刀鉆頭組合施工，采用風(fēng)作為排屑介質(zhì);瓦斯探放鉆孔施工采用壓風(fēng)排鉆屑法鉆進(jìn)。（2）鉆孔施工過程中控制鉆進(jìn)速度，防止鉆孔偏斜不能達(dá)到施工設(shè)計(jì)位置。（3）開機(jī)前，先開風(fēng)后鉆進(jìn)，先停機(jī)后停風(fēng)。開始鉆進(jìn)時(shí)，要減壓慢鉆，待鉆頭全部鉆進(jìn)巖層中工作平穩(wěn)后，壓力再逐漸增大至合適壓力為止。（4）適當(dāng)控制鉆進(jìn)速度，保證鉆孔孔口排渣正常，確保鉆孔后路暢通，防止孔內(nèi)瓦斯積聚造成噴孔。若排渣不暢、進(jìn)尺緩慢，需調(diào)整轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)有記錄。（5）鉆孔終孔后必須用壓風(fēng)沖洗鉆孔3-5min，鉆桿保持正轉(zhuǎn)，待孔內(nèi)無明顯返渣后方可撤鉆。起鉆過程中必須全程使用壓風(fēng)，確保孔內(nèi)通暢。（6）安裝鉆桿應(yīng)不堵塞、不彎曲、絲口無磨損。連接鉆桿時(shí)，對(duì)準(zhǔn)絲口，不歪斜、不漏風(fēng)。

5施工過程中存在問題

本次施工的所有鉆孔中，補(bǔ)2孔，3#孔，5#孔，9#孔，10#孔，12#孔，13#孔，14#孔，19#孔，23#孔，26#孔均出現(xiàn)吸鉆現(xiàn)象，吸鉆的主要原因：由于煤層松軟或者瓦斯涌出量突然增大，造成孔內(nèi)壓力不平衡，煤屑不能及時(shí)返出。以9#孔為例，9#孔為全煤孔，采用Ф108mm鉆頭+Ф63.5mm深螺紋鉆桿施工，鉆孔實(shí)際傾向140°，實(shí)際傾角4°，鉆孔孔深40.6m。施工過程中28～31m吸鉆，31～40m塌孔。施工至32m處出現(xiàn)塌孔情況，起出鉆桿后掃孔鉆進(jìn)，在施工至37.5m處又出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。頻繁塌孔復(fù)注漿導(dǎo)致鉆探效率低。

6解決方案

（1）優(yōu)化鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)，保證鉆孔傾角大于0度，避免鉆孔斜長大于60m。（2）鉆進(jìn)過程中使用井下壓風(fēng)代替水作為介質(zhì)排除煤屑。（3）使用深螺紋鉆桿代替平鉆桿，煤屑通過旋轉(zhuǎn)的深螺紋從鉆孔中排出。（4）使用四翼內(nèi)凹式鉆頭，鉆進(jìn)過程中輕壓慢鉆，確保鉆孔孔壁四周穩(wěn)定。（5）本次預(yù)抽鉆孔施工過程中，每次成孔后起鉆后迅速下放孔口管，有效的杜絕了塌孔現(xiàn)象。

7應(yīng)用效果

（1）鉆孔在煤中鉆進(jìn)時(shí)，采用水作為介質(zhì)排出煤粉，由于煤層較為松軟，且高角度裂隙較為發(fā)育，鉆孔揭露處煤壁容易受潮塌孔。采用壓風(fēng)為介質(zhì)排出煤粉可保證鉆孔揭露處煤壁完整，減少塌孔情況出現(xiàn)。（2）使用深螺紋鉆桿代替平鉆桿，煤屑在鉆桿自轉(zhuǎn)時(shí)通過深螺紋排出。（3）鉆孔角度盡量設(shè)計(jì)為仰角孔，這樣更能便于煤屑通過壓風(fēng)排出。鉆孔斜長在設(shè)計(jì)時(shí)候考慮到風(fēng)壓大小予以更改，便于壓風(fēng)能正常排出煤屑。（4）使用四翼鉆頭，增加鉆頭與煤層的接觸面積，并輕壓慢鉆，降低鉆進(jìn)過程中對(duì)煤層的破壞程度。（5）在起鉆結(jié)束后及時(shí)下入抽放管，避免起鉆后鉆孔塌孔。

8結(jié)論

本次鉆探工程實(shí)際施工鉆孔29個(gè)，實(shí)際總鉆探工程量847.4m。煤層鉆進(jìn)過程中由于靠近老塘，煤壁受潮，極易出現(xiàn)塌孔情況。單純采用壓風(fēng)為介質(zhì)排出煤屑的措施預(yù)防塌孔往往效果不好。施工煤層中鉆進(jìn)的鉆孔施工前，首先要根據(jù)井下風(fēng)壓情況對(duì)鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)及鉆具組合進(jìn)行優(yōu)化，在起鉆后及時(shí)下入抽放管，才能有效的預(yù)防塌孔。