高瓦斯松軟煤層順層鉆孔施工工藝優(yōu)化研究

王 坤

（國(guó)投新集能源股份有限公司 地勘公司，安徽 淮南232000）

1 工作面實(shí)測(cè)瓦斯參數(shù)

新集二礦131309工作面回采的13－1煤為黑色，呈鱗片狀～碎塊狀，質(zhì)松軟，內(nèi)生裂隙較發(fā)育。工作面內(nèi)13－1煤層較穩(wěn)定，煤厚5.3～13.4m，平均厚約7.5m，煤層傾角在24°～40°，平均29°，煤層堅(jiān)固性系數(shù)f＝0.6～1.0，煤層局部發(fā)育一層夾矸，一般厚0～3.5m，平均1.5m，夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖或砂質(zhì)泥巖。

自2012年7月2日機(jī)巷恢復(fù)掘進(jìn)以來，工作面共計(jì)限制掘進(jìn)15m，7月7日停頭和進(jìn)行收尾以及打鉆準(zhǔn)備工作。該處恢復(fù)掘進(jìn)以來實(shí)測(cè)各項(xiàng)參數(shù)為：瓦斯壓力0.5 MPa；瓦斯含量6.498m3／t；煤的堅(jiān)固性系數(shù)，下部煤體f＝0.36，上部煤體f＝0.62；瓦斯解析指標(biāo)最大值△h2＝80 Pa；鉆屑量最大值3.7kg。

2 鉆孔設(shè)計(jì)

1）131309機(jī)巷外段J12＋15m停頭位置設(shè)計(jì)第12輪12個(gè)超前預(yù)抽鉆孔，超前預(yù)抽鉆孔控制巷道輪廓線外15 m，前方60m。

2）鉆孔施工順序：7?！??！?＃→10?！?1?！?2＃→1?！??！??！??！?＃→6＃。

3）131309外段機(jī)巷第12輪鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 第12輪鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

3 鉆孔施工情況

自2012年7月9日中班開始施工第12輪鉆孔，采用ZYW－6000型全液壓鉆機(jī)施工，于7月22日夜班施工結(jié)束，鉆孔施工時(shí)間為5個(gè)圓班，一個(gè)小班施工1個(gè)鉆孔，清理煤粉時(shí)間為7個(gè)圓班零2個(gè)小班。通過施工參數(shù)分析，上排孔煤體較硬，返出煤粉基本在5m3左右，下排孔煤體內(nèi)揭露松軟煤層較多，返出煤粉維持在8m3左右，且下排孔瓦斯含量明顯增大，并伴有頂鉆現(xiàn)象，噴孔次數(shù)較上排孔多，主管路內(nèi)瓦斯抽采濃度平均46%。

4 松軟煤層抽采鉆孔施工技術(shù)

4.1 瓦斯防治措施

（1）加大防噴抽放器的抽放量。在有噴孔、憋孔、頂鉆等瓦斯涌出異?，F(xiàn)象的預(yù)兆時(shí)，立即將管路的控制閘閥迅速開打，增加抽放量，減少孔內(nèi)瓦斯向巷道內(nèi)的大量涌出。必要時(shí)改用雙抽放頭的防噴抽放器。

（2）鉆孔施工期間嚴(yán)禁停風(fēng)、停水、停電。停風(fēng)、停水、停電20min以上就有可能出現(xiàn)孔內(nèi)事故。

（3）防噴抽放器容積不小于0.45m×0.45m×0.45 m，保證防噴抽放器內(nèi)有足夠的空間給煤粉和瓦斯在瞬間涌出時(shí)有緩沖時(shí)間，降低鉆孔噴孔的強(qiáng)度。

4.2 鉆機(jī)、鉆桿以及鉆頭的控制

（1）煤層的軟分層鉆進(jìn)須選用大扭矩鉆機(jī)，鉆機(jī)扭矩為6000Nm。鉆機(jī)的大扭矩是成功施工松軟煤層鉆孔的主要條件。

（2）鉆孔施工選用三棱鉆桿，孔內(nèi)出現(xiàn)孔內(nèi)事故時(shí)，由于鉆桿上無螺紋，可采用強(qiáng)行向外拉出的方法處理孔內(nèi)事故。

（3）鉆桿采用同徑鉆頭，保持鉆孔內(nèi)的鉆桿和鉆頭同徑，煤在鉆桿旋轉(zhuǎn)作用下被打成粉狀，在壓風(fēng)的吹動(dòng)下可以及時(shí)從孔內(nèi)排除，防止因鉆桿直徑小，鉆頭鉆取的煤呈自然狀而出現(xiàn)大量的塊狀煤堵塞鉆孔的事故。

（4）鉆孔孔徑可進(jìn)一步縮小至73mm，甚至60mm，減少鉆頭、鉆桿對(duì)煤體的擾動(dòng)，以利于鉆孔的有效施工。

（5）鉆機(jī)的前端距開孔位置控制在1.2m左右，防噴抽放器內(nèi)被壓風(fēng)吹走的煤粉不會(huì)落在鉆機(jī)上，降低噴孔時(shí)煤粉和氣流對(duì)鉆機(jī)的損害。同時(shí)可在鉆機(jī)的導(dǎo)向套上安裝面積不小于邊長(zhǎng)0.5m×0.3m的防噴擋板，更好地降低煤粉對(duì)鉆機(jī)尤其是夾持器的損害。

（6）鉆機(jī)在施工期間，夾持器的松緊間隙須及時(shí)清除煤粉，保證夾持器正常，確保鉆桿在拆卸過程中不會(huì)因夾持器夾不緊鉆桿而造成鉆桿反轉(zhuǎn)，從而把鉆桿丟在孔內(nèi)，造成孔內(nèi)事故。

4.3 鉆進(jìn)參數(shù)的選取

（1）鉆速采用高鉆速，松軟煤層鉆進(jìn)一般鉆速不小于180r／min，正常施工時(shí)可以調(diào)到最大鉆速250r／min?？變?nèi)不揭露松軟煤層時(shí)，鉆速可降至80r／min。

（2）鉆孔使用風(fēng)壓確保在0.8～1MPa之間，采用井下移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)供風(fēng)，保證孔內(nèi)被三棱鉆桿打碎的煤以粉狀形式在高壓風(fēng)的狀態(tài)下向外吹排出。鉆孔不揭露松軟煤層時(shí)，風(fēng)壓在0.5MPa時(shí)可以滿足60m鉆孔的施工。

（3）鉆孔在施工期間一般推進(jìn)壓力控制在2MPa左右，推進(jìn)速度控制在鉆進(jìn)1m用時(shí)4min，即60m松軟煤層鉆孔施工時(shí)間一般在4h左右，確保孔內(nèi)有足夠的時(shí)間排渣。鉆孔內(nèi)揭露松軟煤層時(shí)，可以通過退鉆的方式清除孔內(nèi)淤積的煤粉。

（4）鉆機(jī)的正常旋轉(zhuǎn)壓力在4～7MPa時(shí)，可不采用退鉆的方法清除孔內(nèi)煤粉，旋轉(zhuǎn)壓力在7～10MPa之間時(shí)，可采用退桿一次的方法清除孔內(nèi)煤粉，旋轉(zhuǎn)壓力在10～15MPa之間時(shí)，可采用退桿2次的方法清除孔內(nèi)煤粉，總之盡量將旋轉(zhuǎn)壓力控制在10MPa以下方可繼續(xù)進(jìn)尺。

（5）孔內(nèi)阻力增大造成鉆速下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)將鉆機(jī)的鉆速下調(diào)，迅速提高鉆桿扭矩，保證鉆桿在大扭矩狀態(tài)正常旋轉(zhuǎn)，防止鉆孔埋鉆或抱鉆。

（6）鉆孔施工過程中，孔內(nèi)排渣量大且呈粉末狀，同時(shí)夾帶長(zhǎng)度5cm以上的煤塊時(shí)，不得進(jìn)尺，采取來回退鉆的方式清除孔內(nèi)煤粉；孔內(nèi)返風(fēng)減小時(shí)及時(shí)退鉆，返風(fēng)正常后方可進(jìn)尺；鉆機(jī)變速系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷加大聲音時(shí)及時(shí)退鉆，變速系統(tǒng)恢復(fù)正常后方可進(jìn)尺。

（7）現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可采用瞬間停機(jī)觀察鉆桿自行旋轉(zhuǎn)時(shí)受到阻力的方法判斷孔內(nèi)阻力情況，須在孔內(nèi)阻力正常時(shí)方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.4 分段預(yù)抽和重新透孔（補(bǔ)孔）

（1）鉆孔內(nèi)揭露嚴(yán)重松軟煤層時(shí)，可采用分段預(yù)抽和重新透孔的方式鉆進(jìn)。即鉆孔施工至35m左右，如孔內(nèi)繼續(xù)鉆進(jìn)會(huì)出現(xiàn)孔內(nèi)事故時(shí)，可全孔下入Φ25mm篩型管，臨時(shí)預(yù)抽，然后施工相鄰鉆孔，相鄰鉆孔如能施工到設(shè)計(jì)孔深即起鉆驗(yàn)收，如不能施工到設(shè)計(jì)孔深，只能施工到40～50m時(shí)，臨時(shí)進(jìn)行預(yù)抽，然后透已經(jīng)臨時(shí)合抽的鉆孔，達(dá)到交替預(yù)抽和鉆進(jìn)的目的，確保鉆孔施工到設(shè)計(jì)孔深。

（2）鉆孔施工結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行封孔工作，透氣用的Φ25mm篩型管盡量下置到孔底，保證鉆孔起到超前泄壓和預(yù)抽瓦斯的作用。

5 第11輪鉆孔施工情況

1）131309機(jī)巷第11輪鉆孔在J10＋52m位置停頭，設(shè)計(jì)12個(gè)超前預(yù)抽鉆孔，超前預(yù)抽鉆孔控制巷道上幫輪廓線外7m，下幫輪廓線外5m，前方25m，第11輪鉆孔參數(shù)見表2。

表2 第11輪鉆孔技術(shù)參數(shù)

2）131309外段機(jī)巷第11輪設(shè)計(jì)的12個(gè)鉆孔，除孔深比12輪短35m以外，采用ZLJ4000型鉆機(jī)、Φ73mm的螺旋鉆桿和Φ73mm的三棱鉆桿施工，鉆頭規(guī)格為Φ94mm。完成12個(gè)鉆孔，最深孔為27m，最淺孔為16m，用時(shí)11個(gè)圓班，鉆孔進(jìn)尺時(shí)間為8個(gè)圓班，清理煤粉用去3個(gè)圓班，管路內(nèi)瓦斯抽采濃度平均13%。

6 效果比較

1）與第11輪鉆孔效果相比，鉆孔深度由原來的27m提高到63m，鉆孔深度為原來的2.33倍；瓦斯抽采濃度由原來的13%提高到46%，提高了2.5倍，瓦斯抽采純量達(dá)到7m3／min。

2）鉆孔深度達(dá)到區(qū)域防突措施要求，符合國(guó)家、省市相關(guān)規(guī)程和規(guī)定的要求。