三軟煤層打鉆進(jìn)程的優(yōu)化研究與應(yīng)用

王瑞暢

【摘 ?要】煤礦在井下開采期間經(jīng)常會(huì)遇到瓦斯異常問題，而施工瓦斯抽放鉆孔是重要的瓦斯治理手段。在順層鉆孔施工期間經(jīng)常會(huì)遇到煤體松軟、鉆進(jìn)困難、鉆孔內(nèi)煤粉排粉不暢、鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛却蟪霈F(xiàn)吸鉆或頂鉆等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致出現(xiàn)鉆桿壓死情況的產(chǎn)生。大大降低了打鉆速度和影響打鉆效率。本文就主要針對(duì)三軟煤層打鉆期間施工遇到的問題及工藝優(yōu)化進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

【關(guān)鍵詞】三軟煤層;順層鉆孔;壓鉆;施工工藝

引言

在煤礦開采中，煤礦瓦斯事故是一種普遍存在的災(zāi)害。在瓦斯治理過程中，采取最主要和最有效果的方法就是施工瓦斯抽放鉆孔對(duì)煤層中的瓦斯進(jìn)行抽放，降低煤層內(nèi)瓦斯含量，保證工作面和掘進(jìn)頭的安全生產(chǎn)生產(chǎn)。由于煤體松軟，鉆孔排粉不暢等問題經(jīng)常會(huì)在鉆孔施工期間出現(xiàn)頂鉆或吸鉆的情況，甚至出現(xiàn)鉆桿壓死鉆孔報(bào)廢的現(xiàn)象。因此優(yōu)化打鉆進(jìn)程，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以提高打鉆效率。

一、25080下巷工作面概況

觀音堂礦所采煤層二1煤層為層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單～復(fù)雜，大部分為可采的不穩(wěn)定煤層，但存在煤厚變化短距離內(nèi)突變。隨著開采深度的增加以及地質(zhì)構(gòu)造的影響，二五采區(qū)埋深達(dá)到500m以上，煤厚變化較大，局部存在高瓦斯賦存帶，當(dāng)工作面推進(jìn)至高瓦斯賦存帶時(shí)，存在瓦斯涌出量異常增大現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)帶來威脅。二五采區(qū)25080工作面煤層呈層狀分布，地質(zhì)條件較復(fù)雜，煤層頂、底板起伏不平，導(dǎo)致煤厚變化較大。煤層傾角13°～20°，平均15°，屬緩傾斜煤層;煤層厚度1.2～11米，里段（靠近原25080工作面切眼）煤層較厚，最厚達(dá)到11米以上，煤層厚度變化大，平均煤厚為5米;煤層呈粉末狀，強(qiáng)度較低，松軟易冒落。通過25080回采工作面回風(fēng)流傳感器監(jiān)測(cè)，多次出現(xiàn)瓦斯異常（分別發(fā)生在2018年11月7日、2019年1月11日、2019年1月13日、2019年2月15日），回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最高0.61%，采煤工作面瓦斯?jié)舛却嬖诙虝r(shí)間瓦斯超限現(xiàn)象。

該工作面煤層呈層狀分布，外段為無煤段，里段540m---700m開始進(jìn)入煤體，頂板坡度13°;前期巷道掘進(jìn)坡度為+6°，進(jìn)入厚煤層后，頂部漏煤難以控制，改為+10°掘進(jìn)。25080煤層較厚，煤層厚度為7～10m。由于頂?shù)装迤鸱▌?dòng)較大瓦斯賦存異常，因此采取施工順層鉆孔進(jìn)行瓦斯治理，施工過程中鉆進(jìn)困難。經(jīng)義安、新義、新安等多礦指導(dǎo)學(xué)習(xí)對(duì)三軟煤層打鉆進(jìn)行原因分析，對(duì)打鉆流程優(yōu)化。

二、25080工作面鉆孔施工設(shè)計(jì)

①為了做好工作面回采期間的瓦斯治理，首先在25080工作面下巷施工1號(hào)鉆場(chǎng)與2號(hào)鉆場(chǎng)施工瓦斯抽放孔，設(shè)計(jì)施工2排75個(gè)鉆孔，孔深23.7-77.4m。

②25080工作面在改造巷貫通點(diǎn)向外30米向下設(shè)1個(gè)鉆場(chǎng)、60米向下設(shè)1個(gè)鉆場(chǎng)，共設(shè)計(jì)兩個(gè)鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)瓦斯抽放鉆孔24個(gè)，共48個(gè)，鉆孔平均深度30米。在改造巷貫通點(diǎn)向外50米處向上開設(shè)鉆場(chǎng)，設(shè)計(jì)順層鉆孔39個(gè)，鉆孔平均深度40米。

③在25080工作面切眼進(jìn)行瓦斯抽采，鉆孔布置在切眼煤墻側(cè)，改造巷貫通點(diǎn)向上布置33個(gè)孔，向下布置20個(gè)孔，總共53個(gè)孔，孔距3m、孔深20m，距離頂板1m。

三、25080工作面三軟煤層施工困難的原因

煤層鉆孔施工困難主要是由于以下幾方面的原因造成的：

（1）、系統(tǒng)風(fēng)壓不穩(wěn)。壓縮風(fēng)主干管到各采區(qū)后，分成采區(qū)支于管，支干管又被分成許多分支進(jìn)入各采掘工作面。這樣，一個(gè)工作面的風(fēng)壓就會(huì)受到其他采區(qū)或工作面用風(fēng)量的影響。施工順層煤孔過程中，當(dāng)風(fēng)壓大時(shí)，鉆孔排屑正常;當(dāng)風(fēng)壓突然減少時(shí)，鉆孔排屑不暢，造成堵孔。當(dāng)孔底風(fēng)壓達(dá)到一定高度后，會(huì)突然沖破堵塞鉆孔的煤粉，形成噴孔現(xiàn)象，將積聚在孔底的瓦斯在很短的時(shí)間內(nèi)帶出鉆孔，可能造成瓦斯超限。

（2）孔內(nèi)滅塵水量控制不準(zhǔn)。采用孔口捕塵或巷道內(nèi)捕塵技術(shù)，一方面會(huì)影響鉆場(chǎng)環(huán)境，另一方面捕塵效果不好，對(duì)人體健康有較大危害。采用孔內(nèi)滅塵技術(shù)，存在一個(gè)水量控制的問題，水量小時(shí)，會(huì)排出粉塵;水量大時(shí)，鉆孔排屑不暢，造成堵孔。當(dāng)孔底風(fēng)壓達(dá)到一定高度后，同樣會(huì)出現(xiàn)噴孔，造成瓦斯超限。

（3）對(duì)鉆孔前方的應(yīng)力集中區(qū)認(rèn)識(shí)不清。巷道兩側(cè)及掘進(jìn)工作面在一定范圍內(nèi)存在一個(gè)應(yīng)力集中區(qū)域，鉆孔進(jìn)人該區(qū)域后，排屑量、瓦斯涌出量明顯增大，鉆孔甚至?xí)蚰硞€(gè)方向漂移或錯(cuò)動(dòng)。如果對(duì)鉆孔前方的應(yīng)力集中區(qū)沒有認(rèn)識(shí)或認(rèn)識(shí)不清，鉆進(jìn)時(shí)仍按卸壓區(qū)的工藝進(jìn)行鉆進(jìn)，勢(shì)必會(huì)造成夾鉆、噴孔、丟失鉆桿等問題。

（4）如果鉆機(jī)固定不牢，鉆孔施工到一定深度后，會(huì)使鉆機(jī)軸線與鉆孔中心線不在一條線上。如果開孔質(zhì)量不高，剛打出的鉆孔中心線就不在鉆機(jī)軸線上，造成鉆孔扭力增大，影響鉆孔質(zhì)量、鉆進(jìn)深度和速度，甚至?xí)斐蓙G失鉆桿、報(bào)廢鉆孔等問題。

（5）鉆桿質(zhì)量不好，在加上鉆孔進(jìn)入應(yīng)力集中區(qū)后變形或漂移，會(huì)造成鉆孔變彎，鉆桿扭力增大。一套鉆桿用2—3次后，接頭處變形嚴(yán)重，螺母直徑變大，起鉆時(shí)，易拉脫節(jié)，丟失鉆桿。

四、創(chuàng)新優(yōu)化思路

（1）在壓風(fēng)支管上安設(shè)風(fēng)包。在施工順層煤孔的工作面壓風(fēng)管路上，安設(shè)裝有壓力表的風(fēng)包，可以基本解決短時(shí)間風(fēng)壓忽大忽小的問題，如果風(fēng)壓下降時(shí)間較長(zhǎng)，可以暫停鉆進(jìn)，但要保持鉆桿旋轉(zhuǎn)，以免夾鉆。待風(fēng)壓恢復(fù)后，再進(jìn)行鉆進(jìn)。

（2）孔內(nèi)滅塵水量要調(diào)校準(zhǔn)確。既保證孔內(nèi)滅塵效果，又不會(huì)因水量過大造成鉆屑堵孔，水量的大小，主要是根據(jù)多次觀察的經(jīng)驗(yàn)來決定。要在孔外調(diào)校水量，因?yàn)榭變?nèi)調(diào)節(jié)水量存在很大的盲目性，原則上要予以杜絕。

（3）通過觀察瓦斯涌出量、鉆屑量和鉆桿扭力的大小來確定應(yīng)力集中區(qū)的范圍。當(dāng)孔內(nèi)瓦斯涌出量、鉆屑量和鉆桿扭力增大時(shí)，可以確定鉆孔進(jìn)入了應(yīng)力集中區(qū)。在應(yīng)力集中區(qū)鉆進(jìn)時(shí)要放慢鉆進(jìn)速度，保持瓦斯涌出量、鉆屑量和鉆桿扭力與卸壓區(qū)的數(shù)值基本相等，必要時(shí)前后拉動(dòng)鉆桿，直到鉆孔周圍應(yīng)力基本釋放完畢、孔壁成型為止。鉆孔穿過應(yīng)力集中區(qū)后，上述指標(biāo)就會(huì)趨于正常，可以適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度，但其速度應(yīng)控制在卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)之間。

（4）鉆機(jī)固定要牢，開孔質(zhì)量要提高。鉆機(jī)要有地宮盤，必要時(shí)墊上厚度不小于100 nHn的木板，保持機(jī)座平穩(wěn)。鉆機(jī)前后地宮盤上要打四根單體液壓支柱，支柱初撐力一般不小于50 kN。支柱質(zhì)量良好，不得漏液。開孔位置必須在立軸的軸線上，必要時(shí)采用木板或鋼板導(dǎo)向。開口鉆進(jìn)速度要慢，直到鉆孔質(zhì)量符合要求后，再加壓正常鉆進(jìn)。

（5）鉆桿質(zhì)量要符合有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，材質(zhì)低劣或加工粗糙的鉆桿堅(jiān)決不能使用，否則將會(huì)帶來很大的損失。

（6）提高鉆機(jī)能力。施工順層煤孔，在條件允許的情況下，盡可能選用大功率鉆機(jī)，這樣可以加大鉆孔深度，減少夾鉆、丟失鉆桿的概率。

五、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

經(jīng)過改進(jìn)后，嚴(yán)格按上述六個(gè)方面的解決方法施工，不僅減少了報(bào)廢孔數(shù)，縮短了施工時(shí)間，而且促進(jìn)了25080改造巷單進(jìn)水平的提高，減少了打鉆工程施工時(shí)間，提高效率。由以前每?jī)砂嘁粋€(gè)鉆孔提高到每班施工一個(gè)至一點(diǎn)五個(gè)鉆孔。

六、結(jié)論

瓦斯治理對(duì)礦井安全開采意義非凡，每一個(gè)鉆孔都是一個(gè)良心工程，鉆孔施工的效率直接影響瓦斯治理工程的進(jìn)度。三軟煤層的打鉆施工難度較高，危險(xiǎn)性較大，采煤企業(yè)應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的施工方案及設(shè)計(jì)，制定專項(xiàng)措施，優(yōu)化施工工藝和流程，吸取打鉆期間的經(jīng)驗(yàn)，不斷完善施工工藝，不斷提高瓦斯治理水平。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：三門峽觀音堂煤業(yè)有限公司）