煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術與裝備研究

梁留棟

摘 要：我國煤礦消耗挖掘量巨大，為了保證采礦的工作安全，需要通過鉆孔抽采瓦斯。我國如今國產設備中最大的鉆孔深度已經達到了865m，生產出了不同型號的鉆孔，研制出了相應的鉆機和成孔工藝來應對不同的鉆孔層位和抽采目的。頂板高位鉆孔，沿煤層鉆孔，穿層鉆孔是主要的抽采鉆孔。未來將在提高松軟突出煤層鉆孔深度和有效成孔率，定向鉆進施工裝備技術等方面取得實質性進展。為煤礦井下瓦斯抽采鉆孔開發出更加安全可靠的施工裝備和技術。

關鍵詞：煤礦井下;瓦斯抽放;技術

引言

煤礦發生事故的主要原因就是瓦斯災害。我國大中型煤礦中，高瓦斯礦井占20.34%，突出礦井占19.77%。小型煤礦中，高瓦斯礦井占15%左右。隨著礦井的不斷開采，深度的不斷增加，開采的強度也是不斷地在加強，煤與瓦斯突出的危險性也在不斷增加，為了防止災害的發生。瓦斯的抽放顯得尤為重要，也對瓦斯抽放技術和裝備的要求提出了挑 戰。

我國開采煤炭能源的大國，煤炭在我國的能源消費占比一半以上，開采風險也加強了很多。為此，國家對煤炭開采的安全極為重視，在2002年“先抽后采，監測監控，以風定產”的瓦斯治理十二字方針由國家煤礦安全監察局提出，接著在2006年國務院辦公廳又在《關于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》中，又提出了“必須堅持先采后抽、治理與利用并舉的方針”。大部分鉆孔都需要在井下作業，利用鉆孔先抽取瓦斯，降低 煤層中的瓦斯含量，保證回采作業過程中瓦斯含量不超限，使得安全施工生產[1]。瓦斯抽放技術作為治理災害的重要方式，國家也將發展機械化采煤作為重要工作，旨在向智能化安全開采，效果頗豐。

一、當今煤礦井下瓦斯抽放鉆孔施工裝備

1.瓦斯抽放鉆井中裝備的鉆機

在施工作業中，由于地理環境多樣且十分特殊，工作人員要應用各種鉆機來適應不同的環境要求。根據煤礦企業的特殊性，廠家也對鉆機有了很多的改進來應對瓦斯的抽放作業，這些鉆機通常容易搬動，解體性好，鉆孔的效率也很高。

2.瓦斯抽放鉆井中裝備的鉆頭與鉆桿

我國曾經選用地面鉆探用鎖接手鉆桿為主，經常造成井下斷鉆桿的事故，使用的壽命短，性價比不高，逐漸不再被使用。隨著制造工藝的提高，現在的鉆頭實用性強，壽命長，效率高，結構完善，種類多種多樣反切割，防噴以及自排粉這樣的功能很多鉆頭都已經具備，面對復雜的地形也能夠高效地應對[2]。一般都是以煤層為主的松軟的地層，這種低硬度的地層中，要使用硬質的合金鉆頭，這就需要工作人員在施工過程中進行分析。

3.瓦斯抽放鉆井中的其它裝備

隨著鉆探技術的不斷發展，現在的施工設備也是越來越繁多，像穩定器，孔口裝置，測斜儀等裝備都研制并且性能得到很大地提高，進而提升了施工的安全和效率。

二、煤礦井下的瓦斯抽放鉆孔施工技術

1.煤礦井下瓦斯抽放的常規鉆進技術

水力正循環孔口回旋技術在抽放瓦斯方面比較簡單，這種技術得到了大規模的使用，主要利用的是清水，因此主要使用外平鉆桿和鉆頭。根據循環水供給條件分為靜壓力水和動壓力水循環，靜壓力循環在煤層成孔性較好，鉆孔深度較低，鉆孔直徑較低時使用，可以節省動力和資源。在施工過程中，施工人員不得進入，以免出現孔內事故。

2.煤礦井下瓦斯抽放的多級組合鉆具防突鉆進技術

這種技術能夠將強突煤層分層，分階段逐級釋放，具有穩定性高，防止事故的優秀性能，三個鉆頭由小到大的順序組成，風力循環鉆進和水力循環鉆進都適用。

3.煤礦井下瓦斯抽放穩定組合鉆具定向鉆進技術

該技術優缺點都很明顯，效率高，速度快是它很明顯的有點，然而實驗證明，帶需要調整鉆孔軌跡時，調節鉆孔方位角的能力有待提升。

4.煤礦井下瓦斯抽放的空氣鉆進技術

在破碎、松散和松散的突出煤層等地層進行鉆孔時我們會將壓縮空氣作為鉆孔循環介質，這種讓壓風到達鉆孔底部在孔內形成氣流的方法叫空氣鉆進技術。他可以利用風流將碎屑殘渣吹向孔口，可以排渣又可以做到冷卻工作熱的鉆頭。達到一舉兩得的作用。對于鉆孔的滲透性和穩定性都是一個很好的保證。

三、煤礦井下瓦斯抽采鉆孔主要問題

我國地質復雜，煤礦需求量巨大，面臨的問題也是多種多樣遠遠超過了其它國家和地區。

1.選擇鉆孔層位

在瓦斯含量高、濃度的地帶是采取瓦斯的最佳層位，可以布置高位鉆孔，離層間隙在煤層開采后出現的狀態，會對瓦斯流動產生巨大影響，也是瓦斯流動的重要通道[3]。瓦斯的高度和密度與采高和巖性密切相關。

2.確定鉆孔參數

一般來說選擇鉆孔的深度和直徑，傾向使用大直徑長鉆孔，以提升抽放效果和生產效率。并非所有的地質條件都適宜。如果地質條件復雜，不具備長鉆孔的施工，鉆進孔性不良，要根據實際情況設計參數，確定鉆孔深度，而在鉆孔直徑上也要考慮瓦斯含量，抽放周期和施工成本這些問題，來確定鉆孔的直徑。

四、未來煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術和裝備的發展趨勢

根據當前的煤礦瓦斯綜合治理，抽采鉆孔的需要和有待解決的主要問題，未來瓦斯抽放鉆孔施工裝備和技術的發展會有幾個方面：

1.為了解決瓦斯抽放搬遷鉆機困難而且頻繁的麻煩，也為了提高工作的效率，需要將鉆機研制為具有自行走功能的履帶鉆機。

2.實現遠程控制，準備讓鉆機向人工智能控制的方向發展，提高鉆機的安全可靠性能，減小作業危險難度，方便煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工作業。

3.未來鉆探技術和設備的發展要針對松軟突出煤層的瓦斯抽采的關鍵技術及裝備進行研究和發展，也是這一課題中的一大難題。

4.根據國家“節能減排”的要求，煤礦是個高耗能的產業，未來將有更高的，安全的，綠色的思想要求，以為鉆探機進行可持續發展。

五、結束語

煤礦井下瓦斯抽采鉆孔抽放技術種類，裝備種類繁多，為保證正常安全綠色的施工作業，我們對其施工技術和裝備進行研究，對施工技術和裝備進一步發展。

參考文獻

[1]鄒鵬.我國煤礦井下瓦斯抽放鉆孔施工裝備與技術[J].科技創新與應用，2014（30）：98-98.

[2]姚寧平，孫榮軍，葉根飛.我國煤礦井下瓦斯抽放鉆孔施工裝備與技術[J].煤炭科學技術，2008，36（3）.

[3]石智軍.煤礦井下瓦斯抽采（放）鉆孔施工技術[C]// 煤礦安全工程實用技術新進展.2008.

（作者單位：鑫龍煤業賀駝煤礦）