李坤鵬　吳春霞

【摘 要】對(duì)ZY—2300鉆機(jī)（以下簡(jiǎn)稱300鉆機(jī)）在梨樹煤礦高瓦斯煤層中施工本煤層鉆孔的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)；對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種問題及解決方法進(jìn)行分析，為施工本煤層鉆孔提供經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】300鉆機(jī)；本煤層鉆孔；瓦斯治理；鉆探工藝

由于我公司現(xiàn)有礦井大部分開采時(shí)間比較長(zhǎng)，開采深度較深，隨著礦井深度的不斷增加，煤層瓦斯含量也隨之遞增。現(xiàn)有礦井中，梨樹礦不僅是高瓦斯礦井，還是煤與瓦斯突出礦井，為加強(qiáng)梨樹煤礦瓦斯治理，提高本煤層鉆孔抽放效果，2010年11月，瓦斯工程鉆隊(duì)在梨樹煤礦二區(qū)14#煤層左五巷施工本煤層仰角鉆孔，施工鉆孔單孔孔深150米以上，有效的治理了煤層瓦斯。

現(xiàn)將施工過程中經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1.煤層情況

梨樹二區(qū)14#煤層左五巷煤層平均厚度2.0米，其中純煤厚度1.0米。上部煤頁(yè)巖、凝灰?guī)r互層為0.30～0.45米，下部煤頁(yè)巖、凝灰?guī)r互層為0.10～0.20米，在向工作面內(nèi)無(wú)變化。通過實(shí)見煤層頂板為砂巖4.0～5.0米，灰白色或灰色，含豆?fàn)罱Y(jié)核。在本回采工作面裂隙組為不發(fā)育段。

2.鉆孔設(shè)計(jì)情況

二區(qū)14#煤層左五巷累計(jì)施工鉆孔兩組（見后附鉆孔工程平面圖），由于開鉆準(zhǔn)備階段采面正在安裝，準(zhǔn)備試采，為加快鉆孔施工速度，減少移動(dòng)鉆機(jī)次數(shù)，特計(jì)劃兩組集中鉆場(chǎng)。為提前預(yù)抽，鉆孔設(shè)計(jì)基本順著煤層朝向工作面方向。當(dāng)工作面向前推進(jìn)時(shí)，每個(gè)鉆孔由孔底到孔口依次進(jìn)入卸壓帶。由于孔口最后進(jìn)入卸壓帶，在抽放鉆孔封孔段未受破壞前，能夠保持較高的抽放負(fù)壓和瓦斯?jié)舛?，待鉆孔的孔口進(jìn)入卸壓帶內(nèi)，該鉆孔失去作用，而其他鉆孔繼續(xù)保持對(duì)卸壓帶瓦斯的抽放。

3.施工后工作面瓦斯情況

鉆孔施工完畢后，立即進(jìn)行封孔并與抽放管路對(duì)接，經(jīng)抽放后，采煤工作面瓦斯?jié)舛冉禐?.2%，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛冉禐?.4%，上隅角瓦斯?jié)舛冉禐?.6%，2010年12月份，采煤工作面全月完成煤炭產(chǎn)量5.6萬(wàn)噸，采煤工作面無(wú)一次瓦斯超限事故，工作面煤與瓦斯突出指標(biāo)檢測(cè)無(wú)一次超限，實(shí)現(xiàn)了先抽后采，保證了礦井安全生產(chǎn)。

4.鉆孔傾角確定

鉆機(jī)開孔時(shí)，確定鉆孔傾角應(yīng)比實(shí)際煤層傾角大10%—20%左右，煤層越松軟，開孔傾角應(yīng)適當(dāng)加大，防止由于鉆具自重產(chǎn)生鉆孔向煤層底板偏移，影響鉆孔深度。開孔前必須保證鉆機(jī)穩(wěn)定牢固可靠，防止作業(yè)時(shí)鉆機(jī)偏離造成鉆桿彎曲甚至損壞等工程事故。

5.鉆探工藝

（1）松軟突出煤層（硬度系數(shù)f≤1）滲透性差、瓦斯含量高。鉆進(jìn)過程中，容易產(chǎn)生垮孔、卡鉆、噴孔等現(xiàn)象。我國(guó)在松軟突出煤層雖然有鉆孔深度超過150m甚至達(dá)到240m的記錄，但大部分的鉆孔深度都在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦斯抽放成本很高。

（2）松軟煤層打鉆遇到的問題及原因分析。

噴孔、卡鉆形成過程。噴孔可分成：煤體破碎→瓦斯聚積（瓦斯迅速解吸→孔壁破裂→孔內(nèi)堵塞→瓦斯梯度猛增） →瓦斯釋放（突破堵塞→噴孔和卡鉆）三個(gè)階段。

噴孔應(yīng)看作是鉆孔中出現(xiàn)的動(dòng)力現(xiàn)象，類似煤與瓦斯突出，是高壓瓦斯、應(yīng)力集中和軟煤存在三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。

當(dāng)鉆孔進(jìn)入軟煤分層時(shí)，鉆頭切削旋轉(zhuǎn)，對(duì)軟煤產(chǎn)生一種沖擊和破碎力，使煤體破裂、粉碎，鉆孔周邊煤體瓦斯迅速解吸，流入鉆孔中的瓦斯增加到正常瓦斯涌出的幾倍到幾十倍，此時(shí)鉆孔前后方出現(xiàn)了較大的瓦斯梯度，產(chǎn)生明顯的瓦斯激流，承壓的瓦斯激流對(duì)破壞的煤顆粒起著邊運(yùn)送邊粉化的作用，瓦斯激流和粉化了的煤顆粒難以順利的向孔外排出，進(jìn)一步增加了孔內(nèi)瓦斯壓力梯度，形成噴孔。

（3）實(shí)現(xiàn)松軟煤層中打深孔，必須采取綜合的辦法來解決，綜合辦法包括：鉆孔設(shè)計(jì)、打鉆設(shè)備和打鉆工藝等方面。

1）壓風(fēng)排渣。

傳統(tǒng)的排渣工藝是用水作沖洗介質(zhì)攜帶和排出鉆屑、冷卻鉆頭。由于水注滿整個(gè)鉆孔，對(duì)瓦斯的自然排放起封閉作用，易造成噴孔，對(duì)鉆孔施工人員的安全有一定的威脅。在松軟煤層中鉆進(jìn)時(shí)，循環(huán)水對(duì)于孔壁的沖刷、浸泡等破壞作用相當(dāng)嚴(yán)重，鉆孔極易破碎坍塌，成孔極其困難。

2）采用滿足風(fēng)力排渣和長(zhǎng)鉆孔施工的大扭矩鉆桿。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)度與鉆機(jī)扭矩。一般要求鉆機(jī)扭矩達(dá)到3200NM以上。

3）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。多級(jí)組合鉆具主要用于嚴(yán)重突出煤層。主要原理是采用小口徑鉆頭開孔、逐級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)的方法，分層次、階段性逐級(jí)釋放瓦斯，既保證了鉆頭鉆進(jìn)的穩(wěn)定性，又減少了一次成孔瓦斯突出或噴孔事故的發(fā)生。組合防突鉆頭一般由三級(jí)組成，第一級(jí)鉆頭直徑最小，然后通過組合接手將2個(gè)逐級(jí)增大的擴(kuò)孔鉆頭組合在一起。常用的級(jí)配形式主要有φ59mm/φ75mm /φ94mm和φ75mm/φ94mm/φ113mm兩種組合形式。

（4）提高鉆孔深度的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1）鉆孔設(shè)計(jì)不能簡(jiǎn)單化，一次完成。應(yīng)根據(jù)初期設(shè)計(jì)及初期施工鉆孔遇煤層頂、底的深度、角度、及時(shí)調(diào)整后續(xù)鉆孔，避免鉆孔由于遇巖石而造成鉆孔過短。

在設(shè)計(jì)過程中，鉆場(chǎng)應(yīng)避免在斷層附件，會(huì)造成鉆孔漏氣，影響抽采效果。薄煤層布孔，應(yīng)考慮煤層折曲，為鉆孔取直創(chuàng)造條件。鉆孔方位也應(yīng)避免穿斷層，由于斷層會(huì)造成鉆孔遇巖石、遇破碎帶造成鉆孔孔深不足以及塌孔現(xiàn)象。

2）鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，隨時(shí)注意壓風(fēng)的壓力，如果低于0.7MPa，立即進(jìn)行處理。

3）保持鉆孔連續(xù)、適速地鉆進(jìn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)孔口排出的煤渣較多或有煤炮時(shí)，應(yīng)減慢或停止鉆進(jìn)，直到旋轉(zhuǎn)至正常時(shí)再進(jìn)鉆，必要時(shí)還應(yīng)退掉幾根鉆桿后再邊排渣邊重新進(jìn)鉆。

4）現(xiàn)場(chǎng)交接班的主要目的不只是向下一班交接情況，而是使鉆孔連續(xù)不斷地鉆進(jìn)，所以，在下一班人到前一般不得停止鉆進(jìn)，下一班到后應(yīng)立即投入打鉆。

5）掌握給進(jìn)壓力和鉆進(jìn)速度：鉆機(jī)給進(jìn)壓力的極限是固定的，不同層段要掌握不同的給進(jìn)壓力，壓力升高的原因是①換層；②孔內(nèi)出現(xiàn)堵孔；③鉆具損壞，斷鉆頭鉆桿也會(huì)致使壓力突然變化。當(dāng)給進(jìn)壓力突然升高時(shí)必須采取果斷措施，一是停止鉆進(jìn)，進(jìn)行壓風(fēng)排碴；另一種是撤鉆退鉆。

6）鉆進(jìn)速度必須保持適當(dāng)，軟煤分層中鉆進(jìn)主要是降速，通過降速充分排碴，減少沉碴，同時(shí)也起到降低給進(jìn)壓力的作用。所以軟煤鉆進(jìn)速度要比硬煤慢。鉆進(jìn)速度和給進(jìn)壓力的掌握，需要針對(duì)不同鉆機(jī)、不同煤層特征和排碴條件進(jìn)行測(cè)試和總結(jié)。

7）鉆機(jī)應(yīng)穩(wěn)固，盡量減少打鉆時(shí)鉆機(jī)移位。螺旋鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力一方面來自煤渣，另一方面是螺旋與孔壁的摩擦?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)力較小，阻力稍大即易被卡住，而鉆機(jī)移位即造成螺旋與孔壁產(chǎn)生很大的摩擦力，易于導(dǎo)致卡鉆。

8）合理的人員組織。為及時(shí)處理打鉆中存在的問題，同時(shí)也出于觀測(cè)記錄打鉆情況、數(shù)據(jù)，便于總結(jié)打鉆技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的需要，長(zhǎng)鉆孔的施工應(yīng)盡可能選派打鉆經(jīng)驗(yàn)豐富的班組。在打鉆過程中，要特別重視提高打鉆工人的技術(shù)素質(zhì)，并從體制和機(jī)制上落實(shí)，使他們不僅會(huì)使用鉆機(jī)、維修鉆機(jī)，還要弄懂松軟煤層打鉆技術(shù)和規(guī)范操作。

9）在長(zhǎng)鉆孔的施工過程中盡量減少停電對(duì)打鉆的影響，應(yīng)提前1 h通知打鉆人員退鉆，避免卡鉆事故的發(fā)生。

10）鉆頭尺寸不宜過大，一般本煤層鉆頭尺寸應(yīng)控制在110mm以下，小口徑鉆頭可以提高單位時(shí)間的進(jìn)尺，減少鉆渣量。 [科]