大扭矩深孔鉆車(chē)施工本煤層鉆孔工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

摘 要：本文介紹了在高瓦斯壓力、高地應(yīng)力和松軟煤層等地質(zhì)環(huán)境惡劣條件下采用大扭矩鉆機(jī)施工順層鉆孔的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。聚隆公司引進(jìn)的CMS1-6200/80型大扭矩深孔鉆車(chē)在該礦進(jìn)行了井下現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得的了較好效果。

關(guān)鍵詞：瓦斯突出 深孔鉆車(chē) 鉆孔工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（c）-0073-01

1 問(wèn)題的提出

聚隆礦業(yè)公司為煤與瓦斯突出礦井，主采2#煤層為突出煤層，平均煤厚3.89 m左右，頂、底板為細(xì)砂巖，瓦斯含量大、壓力高。井田內(nèi)斷層、褶曲比較多，局部地區(qū)有火成巖侵入。

在施工本煤層鉆孔過(guò)程中，由于地應(yīng)力大、煤層瓦斯壓力大，煤體酥脆，打鉆形成的煤粉多為顆粒狀，排渣困難。使用原小扭矩鉆機(jī)、螺旋鉆桿鉆進(jìn)到10～20 m后易出現(xiàn)鉆孔卡鉆、吸鉆、塌孔、噴孔等現(xiàn)象；另外，原使用的鉆機(jī)本身存在著不易固定牢固的缺陷，一旦出現(xiàn)鉆孔卡鉆、吸鉆現(xiàn)象，鉆機(jī)機(jī)身就出現(xiàn)晃動(dòng)和位移，造成斷桿現(xiàn)象。由于以上原因造成抽放鉆孔的成孔困難，鉆孔深度大多在35～40 m之間。

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，在進(jìn)行采掘作業(yè)前必須采取區(qū)域防突措施，要求我們必須施工深度不小于60 m的鉆孔，為此，選擇適合聚隆礦業(yè)公司井下實(shí)際情況、滿(mǎn)足區(qū)域綜合防突措施要求的鉆機(jī)，研究改進(jìn)鉆進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)深度的突破和鉆進(jìn)速度的提高，為區(qū)域預(yù)抽瓦斯措施的落實(shí)提供技術(shù)支持是十分必要的。

2 大扭矩鉆機(jī)鉆孔工藝技術(shù)研究

煤層尤其是突出煤層順層鉆孔施工的最大障礙是打鉆過(guò)程中的噴孔、塌孔。而發(fā)生噴孔、塌孔的原因就是在高瓦斯壓力、高地應(yīng)力或松軟煤層等條件下鉆進(jìn)，鉆屑的產(chǎn)生量大于排出量，造成鉆孔堵塞，形成卡鉆、吸鉆，當(dāng)鉆孔內(nèi)聚積的瓦斯壓力足以克服鉆屑的阻力時(shí)便形成了噴孔、塌孔?？刹扇∫韵路桨附鉀Q這一問(wèn)題。

（1）使用風(fēng)力排渣，減輕鉆孔的噴孔和塌孔。理論和實(shí)踐都證明，風(fēng)力排渣能夠減弱噴孔和塌孔，是突出煤層施工順層長(zhǎng)鉆孔的最佳排渣方式。但是風(fēng)力排渣的基本條件是鉆孔內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)能夠吹動(dòng)孔內(nèi)的大煤塊，并且吹出鉆屑的能力大于鉆孔鉆進(jìn)時(shí)鉆屑的產(chǎn)生量。為此，可根據(jù)鉆屑的粒度、打鉆速度等，運(yùn)用氣力輸送理論計(jì)算出風(fēng)力排渣的合理風(fēng)速，以確保足夠的排渣能力。

（2）為達(dá)到要求的風(fēng)速，需要足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓。目前礦井的井下壓風(fēng)管道風(fēng)壓在0.6 MPa以上，能滿(mǎn)足鉆進(jìn)正常作業(yè)要求。

（3）設(shè)計(jì)采用滿(mǎn)足風(fēng)力排渣和長(zhǎng)鉆孔施工的大扭矩鉆桿。由于壓風(fēng)的壓力最高為0.7 MPa，要在一定的壓力下提高孔內(nèi)的風(fēng)速（或風(fēng)量），就只有降低壓風(fēng)的沿程阻力損失，這就要適當(dāng)擴(kuò)大輸送壓風(fēng)的鉆桿內(nèi)孔直徑。同時(shí)，順層長(zhǎng)鉆孔的長(zhǎng)度大，孔壁、鉆屑與鉆桿之間的摩擦阻力也大，應(yīng)適當(dāng)增加鉆桿強(qiáng)度。所以，根據(jù)供風(fēng)參數(shù)和不同鉆孔施工長(zhǎng)度的要求，鉆桿的外徑和內(nèi)徑都有不同程度地增大，并在鉆桿結(jié)構(gòu)上考慮了降阻問(wèn)題。鉆桿直徑大了，通過(guò)的風(fēng)量和鉆桿強(qiáng)度等也相應(yīng)提高，更有利于順層長(zhǎng)鉆孔的施工。

（4）采用較大能力并適合順層鉆孔施工條件的鉆機(jī)。盡管順層長(zhǎng)鉆孔成孔的關(guān)鍵是打鉆排渣工藝技術(shù)，但足夠能力的鉆機(jī)是施工長(zhǎng)鉆孔的基礎(chǔ)。原來(lái)使用的鉆機(jī)顯然從鉆機(jī)結(jié)構(gòu)到扭矩、推力都不能很好地滿(mǎn)足要求，因而需使用大扭矩鉆機(jī)。

（5）采用多級(jí)組合鉆頭，利用前端小直徑鉆頭的超前卸壓作用減輕鉆孔的噴孔程度，同時(shí)提高鉆孔的定向鉆進(jìn)效果。

（6）當(dāng)出現(xiàn)夾鉆時(shí)，如果瓦斯?jié)舛鹊蛻?yīng)立即停止用風(fēng)，改用水，已提高煤粉的塑性，鉆頭附近的煤給沖走，使卡鉆現(xiàn)象減弱，然后慢慢的退出鉆桿；如果瓦斯?jié)舛雀咄ｏL(fēng)用水可能會(huì)沖開(kāi)煤層中的游離瓦斯，使瓦斯壓力增高，瓦斯排不出去，導(dǎo)致頂鉆，在這種情況下應(yīng)讓風(fēng)和水配合用，既能提高煤粉的塑性，又不影響瓦斯的排放，同時(shí)也能讓卡鉆現(xiàn)象減弱。

3 大扭矩鉆機(jī)在本煤層鉆孔施工中的應(yīng)用效果

2010年以來(lái)，我們?cè)诰勐〉V業(yè)公司2118運(yùn)巷、風(fēng)巷使用江蘇中煤礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CMS1-6200/80型煤礦用深孔鉆車(chē)，配備Ф98 mm中空螺旋鉆桿，Ф113 mm的合金鋼復(fù)合片鉆頭。

平均鉆進(jìn)深度達(dá)到100 m以上，最深達(dá)到141 m。而且鉆進(jìn)速度明顯增加，由原來(lái)的日鉆進(jìn)60 m提高到了班鉆進(jìn)60 m以上。充分證明了該鉆機(jī)適合聚隆礦業(yè)公司礦井的實(shí)際情況，為區(qū)域防突措施的落實(shí)提供了設(shè)備保障。（如圖1）。

參考文獻(xiàn)

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