探究煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的裝備與施工技術(shù)

和鵬鵬

（山西潞安工程有限公司，山西 長治 046102）

瓦斯抽采鉆孔技術(shù)作為煤炭井下回采的主要方式，在煤炭開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。為了確保瓦斯抽采鉆孔技術(shù)能夠充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，減少由于瓦斯泄漏帶來的安全隱患，需要著重對(duì)瓦斯抽采鉆孔技術(shù)的基本裝備以及施工技術(shù)的核心要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 瓦斯抽采鉆孔技術(shù)實(shí)施的主要裝備

1.1 鉆機(jī)

鉆機(jī)是瓦斯抽采鉆孔技術(shù)實(shí)施的主要?jiǎng)恿碓?，借助發(fā)動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，帶動(dòng)外部鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采技術(shù)元件做功。如圖1為瓦斯抽采鉆孔技術(shù)施工環(huán)境圖。通過對(duì)鉆機(jī)部分做功效果的不斷分析，瓦斯抽采鉆機(jī)已改良為全液壓動(dòng)力式鉆機(jī)，與傳統(tǒng)氣缸做功設(shè)備相比，能夠通過發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部液體比重的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)做功的動(dòng)力傳輸量的靈活調(diào)節(jié)，其做功效果更好。同時(shí)，瓦斯抽采鉆孔技術(shù)中應(yīng)用的鉆機(jī)，逐漸向著分體式鉆機(jī)的方向轉(zhuǎn)換，分體式鉆機(jī)能夠在保障井下基礎(chǔ)設(shè)備正常做功的同時(shí)，將部分設(shè)備轉(zhuǎn)移到井上來，使瓦斯抽采鉆孔技術(shù)的應(yīng)用更加靈活[1]。

圖1 瓦斯抽采鉆孔技術(shù)施工環(huán)境圖

1.2 鉆桿

鉆桿也是煤礦井下瓦斯鉆孔處理的設(shè)備。在鉆孔挖掘技術(shù)中主要用于煤礦開采挖掘的連接與傳輸。鉆桿內(nèi)部采用數(shù)字化程序控制為主，外部采用摩擦焊接工藝為主。當(dāng)內(nèi)部程序按照控制命令進(jìn)行區(qū)域鉆孔運(yùn)動(dòng)時(shí)，外部摩擦焊接部分，則承擔(dān)鉆孔部分瓦斯密度增加后的壓力，確保煤礦開采口承擔(dān)的重力相對(duì)平衡，確保井下煤井鉆孔傳輸過程中，瓦斯應(yīng)用的安全性。在進(jìn)行井下操作時(shí)，應(yīng)注重鉆桿的外部承載力分析、以及內(nèi)部動(dòng)力系統(tǒng)命令傳輸?shù)撵`活性，達(dá)到充分發(fā)揮瓦斯抽采鉆孔技術(shù)在煤礦井下開采調(diào)節(jié)的作用。

1.3 鉆頭

煤礦開采的外部環(huán)境主要為火成巖或者變質(zhì)巖，礦井內(nèi)部開采的堅(jiān)硬程度較高。鉆頭是瓦斯抽采鉆孔技術(shù)實(shí)施的主要受力部分，如果瓦斯抽采鉆孔施工中所應(yīng)用的鉆頭質(zhì)量較差，很容易出現(xiàn)礦井中瓦斯殘留的問題，對(duì)于后期煤礦井下開采工作將留下較大的施工隱患，煤礦井下開采中應(yīng)用的鉆頭選擇上應(yīng)首先注重其硬度。山西潞安工程有限公司煤礦開采的實(shí)際情況來看，瓦斯抽采鉆孔技術(shù)施工中所應(yīng)用的鉆頭，主要是硬質(zhì)合金和金剛石復(fù)合片兩種形式，這類鉆頭具有較高的硬度，能夠有效突破煤礦中巖石的厚度，實(shí)現(xiàn)煤礦井下抽采鉆孔效率提升。

2 瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)的主要形式

山西潞安工程有限公司中應(yīng)用的瓦斯抽采鉆孔技術(shù)，不但保留了最基礎(chǔ)的瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)，也在實(shí)際煤炭開采過程中，逐步進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代煤礦井下開采技術(shù)的不斷變革。

2.1 循環(huán)式鉆井施工技術(shù)

瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)充分利用了鉆頭與套桿動(dòng)力傳輸配合的物理特性，直接運(yùn)用鉆機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能進(jìn)行煤礦井下鉆孔，保障鉆孔設(shè)備能夠持續(xù)性做功，減少機(jī)械能傳輸?shù)膭?dòng)力損耗。系統(tǒng)做功時(shí)，應(yīng)用水循環(huán)產(chǎn)生動(dòng)力作為鉆孔技術(shù)施工的中間介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下開采動(dòng)力系統(tǒng)的周期循環(huán)。而循環(huán)式瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)中所應(yīng)用的水體，可以直接作為礦井底部用水供應(yīng)渠道，循環(huán)介質(zhì)無需轉(zhuǎn)移到地上就可以實(shí)現(xiàn)綜合利用，從而也在一定程度上解決了煤礦井下水資源供應(yīng)的問題，是現(xiàn)代瓦斯抽采鉆孔技術(shù)高效利用的體現(xiàn)[2]。

2.2 穩(wěn)固性調(diào)節(jié)施工技術(shù)

穩(wěn)固式調(diào)節(jié)技術(shù)，是在循環(huán)鉆孔技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)智能鉆孔調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)煤礦底部鉆孔技術(shù)在實(shí)際做功過程中，遇到巖層鉆孔外部環(huán)境凹凸不平的問題時(shí)，穩(wěn)定調(diào)節(jié)裝置可以通過智能程序調(diào)節(jié)的方式，計(jì)算出瓦斯抽采鉆孔設(shè)備兩側(cè)預(yù)留距離，瓦斯抽采時(shí)需要放置的密度。

穩(wěn)定性調(diào)節(jié)瓦斯抽采鉆孔技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上也解決了鉆機(jī)動(dòng)力過大，鉆頭振動(dòng)位移的問題，通過智能程序定點(diǎn)檢測(cè)分析的方式，將煤礦鉆孔“固定”在特定位置上，從而也就能夠達(dá)到煤礦井下瓦斯抽采鉆孔技術(shù)有效應(yīng)用的效果了。

穩(wěn)定性礦井鉆孔技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠始終保持鉆孔處理時(shí)為瓦斯的后續(xù)抽采預(yù)留鉆跡。后期進(jìn)行煤礦瓦斯填充時(shí)，直接按照鉆孔鉆取痕跡進(jìn)行瓦斯抽采即可，能夠有效避免瓦斯填充過多爆炸、瓦斯殘留中毒事件等安全隱患問題出現(xiàn)。

2.3 組合式鉆孔施工技術(shù)

煤礦井下環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，與天然氣等流動(dòng)性較強(qiáng)的資源開采不同，煤炭資源的開采，必須保障礦井中擁有足夠的資源運(yùn)動(dòng)空間，才能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭正常運(yùn)送、傳輸，煤礦井下開采必須具有較為穩(wěn)定的空間支撐體。但在煤炭實(shí)際開采的過程中，經(jīng)常存在煤炭開采區(qū)域與礦井支撐部分相關(guān)聯(lián)，如果不能找到有效礦井鉆孔開采方式，就會(huì)出現(xiàn)礦井坍塌等安全事故。組合式鉆孔施工技術(shù)，就是基于這種煤礦開采環(huán)境的需求下出現(xiàn)的代表性技術(shù)。

依據(jù)山西潞安工程有限公司煤礦井下開采的相關(guān)材料可知：該技術(shù)主要是由外層小規(guī)模鉆孔和內(nèi)部拓展式鉆孔組合而成。也就是說，如果煤礦井下開采的外層鉆孔半徑為10cm，內(nèi)層鉆孔結(jié)構(gòu)則按照10～20cm逐步擴(kuò)大的半徑設(shè)計(jì)模式分布。這樣，進(jìn)行瓦斯抽采鉆孔的過程中，既能夠保留巖層主體承載能力，又達(dá)到了內(nèi)部巖層有效開采的目的。

2.4 曲面鉆孔施工技術(shù)

曲面鉆孔施工技術(shù)是出于鉆頭受力面積的角度，通過改變鉆頭做功時(shí)受力面積的大小，達(dá)到有效調(diào)節(jié)煤礦鉆井中結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)控制的效果。

曲面煤礦鉆井設(shè)備的運(yùn)用，將原有單面鉆頭做功，轉(zhuǎn)換為雙鉆頭螺旋式做功。當(dāng)鉆機(jī)進(jìn)行動(dòng)力傳輸時(shí)，鉆頭按照每50轉(zhuǎn)為一個(gè)周期的規(guī)律，實(shí)行雙鉆頭交替工作。兩個(gè)鉆頭交替做功，能夠有效調(diào)節(jié)礦井做功運(yùn)動(dòng)間歇性的問題，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采部分填充與鉆孔大小之間的有效調(diào)控，保障瓦斯填充與煤礦鉆孔之間的科學(xué)調(diào)配。

曲面結(jié)構(gòu)的做功調(diào)節(jié)，將有效整合系統(tǒng)做功體系，鉆頭相互交替過程中，會(huì)產(chǎn)生鉆孔運(yùn)動(dòng)空間，這與煤礦井下瓦斯抽采的周期調(diào)節(jié)相吻合。從而，能夠保障瓦斯抽采鉆孔施工過程中，瓦斯抽采速率與單鉆頭做功不相符的問題，避免瓦斯泄漏問題發(fā)生的頻率，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下資源安全、高效性開采。

3 結(jié)論

探究煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的施工技術(shù)與裝備，為煤炭安全開采提供技術(shù)指導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮瓦斯抽采鉆孔裝備的優(yōu)勢(shì)，借助循環(huán)式鉆井施工技術(shù)、穩(wěn)固性調(diào)節(jié)施工技術(shù)、組合式鉆孔施工技術(shù)以及曲面鉆孔施工技術(shù)進(jìn)行煤礦井下鉆孔，實(shí)現(xiàn)煤礦資源開采技術(shù)的有效實(shí)施。因此，淺析煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的施工技術(shù)與裝備，將為資源開發(fā)提供一些借鑒。