煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)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(chǎn)設(shè)備中最大的鉆孔深度已經(jīng)達(dá)到了865m，生產(chǎn)出了不同型號的鉆孔，研制出了相應(yīng)的鉆機(jī)和成孔工藝來應(yīng)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(jìn)施工裝備技術(shù)等方面取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。為煤礦井下瓦斯抽采鉆孔開發(fā)出更加安全可靠的施工裝備和技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤礦井下;瓦斯抽放;技術(shù)

引言

煤礦發(fā)生事故的主要原因就是瓦斯災(zāi)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(qiáng)度也是不斷地在加強(qiáng)，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性也在不斷增加，為了防止災(zāi)害的發(fā)生。瓦斯的抽放顯得尤為重要，也對瓦斯抽放技術(shù)和裝備的要求提出了挑 戰(zhàn)。

我國開采煤炭能源的大國，煤炭在我國的能源消費(fèi)占比一半以上，開采風(fēng)險(xiǎn)也加強(qiáng)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(jiān)測監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)”的瓦斯治理十二字方針由國家煤礦安全監(jiān)察局提出，接著在2006年國務(wù)院辦公廳又在《關(guān)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(jiān)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(yè)，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(yè)過程中瓦斯含量不超限，使得安全施工生產(chǎn)[1]。瓦斯抽放技術(shù)作為治理災(zāi)害的重要方式，國家也將發(fā)展機(jī)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(dāng)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(jī)

在施工作業(yè)中，由于地理環(huán)境多樣且十分特殊，工作人員要應(yīng)用各種鉆機(jī)來適應(yīng)不同的環(huán)境要求。根據(jù)煤礦企業(yè)的特殊性，廠家也對鉆機(jī)有了很多的改進(jìn)來應(yīng)對瓦斯的抽放作業(yè)，這些鉆機(jī)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(jīng)選用地面鉆探用鎖接手鉆桿為主，經(jīng)常造成井下斷鉆桿的事故，使用的壽命短，性價(jià)比不高，逐漸不再被使用。隨著制造工藝的提高，現(xiàn)在的鉆頭實(shí)用性強(qiáng)，壽命長，效率高，結(jié)構(gòu)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(jīng)具備，面對復(fù)雜的地形也能夠高效地應(yīng)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(zhì)的合金鉆頭，這就需要工作人員在施工過程中進(jìn)行分析。

3.瓦斯抽放鉆井中的其它裝備

隨著鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的施工設(shè)備也是越來越繁多，像穩(wěn)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(jìn)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(shù)

1.煤礦井下瓦斯抽放的常規(guī)鉆進(jìn)技術(shù)

水力正循環(huán)孔口回旋技術(shù)在抽放瓦斯方面比較簡單，這種技術(shù)得到了大規(guī)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(jù)循環(huán)水供給條件分為靜壓力水和動壓力水循環(huán)，靜壓力循環(huán)在煤層成孔性較好，鉆孔深度較低，鉆孔直徑較低時(shí)使用，可以節(jié)省動力和資源。在施工過程中，施工人員不得進(jìn)入，以免出現(xiàn)孔內(nèi)事故。

2.煤礦井下瓦斯抽放的多級組合鉆具防突鉆進(jìn)技術(shù)

這種技術(shù)能夠?qū)?qiáng)突煤層分層，分階段逐級釋放，具有穩(wěn)定性高，防止事故的優(yōu)秀性能，三個(gè)鉆頭由小到大的順序組成，風(fēng)力循環(huán)鉆進(jìn)和水力循環(huán)鉆進(jìn)都適用。

3.煤礦井下瓦斯抽放穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)

該技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，效率高，速度快是它很明顯的有點(diǎn)，然而實(shí)驗(yàn)證明，帶需要調(diào)整鉆孔軌跡時(shí)，調(diào)節(jié)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(jìn)技術(shù)

在破碎、松散和松散的突出煤層等地層進(jìn)行鉆孔時(shí)我們會將壓縮空氣作為鉆孔循環(huán)介質(zhì)，這種讓壓風(fēng)到達(dá)鉆孔底部在孔內(nèi)形成氣流的方法叫空氣鉆進(jìn)技術(shù)。他可以利用風(fēng)流將碎屑?xì)堅(jiān)迪蚩卓?，可以排渣又可以做到冷卻工作熱的鉆頭。達(dá)到一舉兩得的作用。對于鉆孔的滲透性和穩(wěn)定性都是一個(gè)很好的保證。

三、煤礦井下瓦斯抽采鉆孔主要問題

我國地質(zhì)復(fù)雜，煤礦需求量巨大，面臨的問題也是多種多樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其它國家和地區(qū)。

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(xiàn)的狀態(tài)，會對瓦斯流動產(chǎn)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(guān)。

2.確定鉆孔參數(shù)

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(chǎn)效率。并非所有的地質(zhì)條件都適宜。如果地質(zhì)條件復(fù)雜，不具備長鉆孔的施工，鉆進(jìn)孔性不良，要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)參數(shù)，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(shù)和裝備的發(fā)展趨勢

根據(jù)當(dāng)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(shù)的發(fā)展會有幾個(gè)方面：

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

2.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，準(zhǔn)備讓鉆機(jī)向人工智能控制的方向發(fā)展，提高鉆機(jī)的安全可靠性能，減小作業(yè)危險(xiǎn)難度，方便煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工作業(yè)。

3.未來鉆探技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展要針對松軟突出煤層的瓦斯抽采的關(guān)鍵技術(shù)及裝備進(jìn)行研究和發(fā)展，也是這一課題中的一大難題。

4.根據(jù)國家“節(jié)能減排”的要求，煤礦是個(gè)高耗能的產(chǎn)業(yè)，未來將有更高的，安全的，綠色的思想要求，以為鉆探機(jī)進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展。

五、結(jié)束語

煤礦井下瓦斯抽采鉆孔抽放技術(shù)種類，裝備種類繁多，為保證正常安全綠色的施工作業(yè)，我們對其施工技術(shù)和裝備進(jìn)行研究，對施工技術(shù)和裝備進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒鵬.我國煤礦井下瓦斯抽放鉆孔施工裝備與技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（3）.

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

（作者單位：鑫龍煤業(yè)賀駝煤礦）