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        定向鉆孔雙抽系統(tǒng)的研究

        2014-08-17 00:23:42趙晉軍劉國凱
        技術(shù)與市場 2014年12期
        關(guān)鍵詞:四通噴孔孔口

        趙晉軍,劉國凱

        (山西晉城煤業(yè)集團胡底煤業(yè),山西晉城048214)

        1 定向鉆孔異常瓦斯涌出現(xiàn)象

        1.1 定向鉆孔鉆進技術(shù)的原理

        深孔定向鉆進與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鉆進方式完全不同,其工作原理見圖1 所示。

        圖1 深孔定向鉆進技術(shù)的原理

        高壓水通過鉆桿輸送至孔內(nèi)馬達,孔內(nèi)馬達的轉(zhuǎn)子在高壓水的作用下通過U 型接頭、前端軸承帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)。在鉆進過程中,鉆桿不作旋轉(zhuǎn)運動,便有效地減小了鉆機的負載。鉆機通過鉆桿和孔內(nèi)馬達將推力傳送至鉆頭,其方向沿著彎接頭軸線方向,彎接頭和鉆桿之間有一定夾角而不是一條直線(通常為 0.75°、1°、1.25°、1.5°、2°),因而,鉆孔的軌跡將不再是一條直線而是一條偏向彎接頭方向的空間曲線。

        1.2 定向鉆孔施工中易造成環(huán)境瓦斯增大的原因

        定向鉆孔施工過程中出現(xiàn)的噴孔現(xiàn)象。主要由兩類原因造成的:①鉆孔鉆進至瓦斯涌出異常的煤層,單位時間內(nèi)煤層向鉆孔內(nèi)涌出瓦斯量增大,瓦斯壓力增大后急速卸壓造成噴孔。②由于定向鉆孔的軌跡是一條彎曲的空間三維曲線,孔內(nèi)瓦斯大量存積聚于鉆孔彎曲段的頂部,退鉆時鉆頭回擁瓦斯、煤渣、水的混合體造成噴孔。

        定向鉆孔聯(lián)孔時,拆除孔口四通后加裝6 寸變四寸變徑筍子頭時(如圖2 所示),鉆孔處于敞口狀態(tài),鉆孔瓦斯向巷道空間釋放。

        圖2 原抽放系統(tǒng)孔口四通→6/4 筍子頭示意圖

        定向鉆孔抽放過程中,鉆孔內(nèi)細煤渣在鉆場內(nèi)抽放支管低洼、管徑變化、彎頭等地方堵塞(如圖3 所示),堵塞點上游鉆孔處于無負壓抽放狀態(tài),隨著孔內(nèi)瓦斯壓力不斷增大,當超過巷道空氣壓力后,形成正壓孔,向巷道空間釋放瓦斯。

        圖3 原定向鉆孔抽放系統(tǒng)示意圖

        2 定向鉆孔雙抽系統(tǒng)

        定向鉆孔雙抽系統(tǒng)是為了解決定向鉆孔施工-聯(lián)孔-抽放過程中,鉆孔瓦斯向巷道空間釋放的一種抽放系統(tǒng),確保定向鉆孔的安全施工、穩(wěn)定抽放。

        2.1 定向鉆孔雙抽系統(tǒng)的使用

        定向鉆孔雙抽系統(tǒng)的使用分三種情況:①新區(qū)域施工第一個鉆孔或單孔施工時噴孔現(xiàn)象嚴重時采用的邊打邊抽雙抽系統(tǒng)。當單孔施工時噴孔現(xiàn)象嚴重時,若與在抽鉆孔共抽時將影響在抽鉆孔濃度,只能采取單獨的雙抽系統(tǒng),其他在抽鉆孔采取第二種情況的雙抽系統(tǒng)聯(lián)接方式。②定向鉆孔施工結(jié)束后聯(lián)孔抽放時采用的雙抽系統(tǒng)。③定向鉆孔施工時,正施工鉆孔噴孔現(xiàn)象較弱,可將正施工鉆孔邊打邊抽與在抽鉆孔雙抽系統(tǒng)共抽時采用。

        2.2 定向鉆孔雙抽系統(tǒng)的聯(lián)接使用要求

        2.2.1 邊打邊抽雙抽系統(tǒng)的聯(lián)接使用要求

        1)孔口四通應(yīng)安裝橡膠皮墊,通口四通上下口均為4 寸。孔口四通上口與抽管間應(yīng)依次加設(shè)水針、4 寸控制閥門,水針應(yīng)留設(shè)在單孔控制閥門上游,然后將抽管串聯(lián)放水器后連入抽放管路。

        2)孔口四通下口與汽水分離器間蛇形管應(yīng)平滑,不得超過20°,連接處應(yīng)使用雙股8#鐵絲校緊,且不得小于兩道。汽水分離器排水管連接處也應(yīng)使用雙股8#鐵絲校緊,且不得小于兩道。

        3)汽水分離器下口加裝控制閥門,汽水分離器排水口出口處加裝控制閥門,在距排水口下風(fēng)側(cè)1 m,高度不超過0.3 m 的位置懸掛CH4便攜儀和CO 便攜儀。

        4)汽水分離器抽管使用4 寸抽管串聯(lián)水針、控制閥門后連入抽放系統(tǒng)。

        5)在接續(xù)或拆卸鉆桿時,要使孔口四通與鉆桿間隙處始終處于負壓狀態(tài),并確??卓诔楣芎推蛛x器的放水器內(nèi)有空間,保證抽放系統(tǒng)暢通。放水時不允許接續(xù)或拆卸鉆桿。

        2.2.2 聯(lián)孔抽放時的聯(lián)接要求

        1)連孔抽放:連孔時,必須保證孔口處于負壓狀態(tài)。

        2)當鉆孔施工結(jié)束后,應(yīng)洗孔至返水變清,再進行連孔抽放,以確保退鉆順利和抽放通道暢通。

        3)連孔時孔口四通吊掛裝置、孔口四通上口水針和控制閥門不得拆除,全部連入抽放系統(tǒng),形成上抽氣、下排水(渣)。

        4)每個鉆孔應(yīng)留設(shè)單孔控制閥門和單孔濃度測定孔,鉆孔連孔軟管應(yīng)使用4 寸軟管。

        5)通口四通上口集中串聯(lián)后連入流量計,孔口四通下口加裝4 寸控制閥門后集中串聯(lián)放水器、控制閥門后連入流量計??卓谒耐ㄉ峡诩写?lián)個數(shù)應(yīng)根據(jù)各地點抽放情況具體確定,無參照的可依據(jù)7000 m/串進行連接。

        2.2.3 測流裝置的聯(lián)接要求

        定向鉆孔鉆場應(yīng)安裝測流裝置,按要求測量。正在施工鉆孔的孔口抽管和汽水分離器抽管流量在有噴孔、孔口瓦斯異常時可不經(jīng)過鉆場測流裝置,直接連入主管路;在孔口抽管和汽水分離器抽管流量穩(wěn)定時可以過鉆場測流裝置,但不得影響鉆場總濃度。

        3 定向鉆孔雙抽系統(tǒng)的特點

        1)形成了定向鉆孔全過程負壓作業(yè)環(huán)境。從鉆孔施工到聯(lián)孔抽放,鉆孔始終處于負壓狀態(tài),保證了孔內(nèi)瓦斯不向巷道內(nèi)涌出。

        2)實現(xiàn)了全程負壓處理在抽鉆孔管路堵塞隱患。若上抽系統(tǒng)一點出現(xiàn)管路堵塞現(xiàn)象,將所有鉆孔調(diào)至下抽系統(tǒng),對上抽系統(tǒng)進行處理,反之亦然。

        3)減小了邊打邊抽系統(tǒng)對瓦斯利用濃度的影響。根據(jù)設(shè)置的測點,調(diào)節(jié)控制閥門,可避免過量的空氣進入抽放管路。

        4 結(jié)語

        通過定向鉆孔雙抽系統(tǒng)在胡底煤礦輔助運輸石門迎頭千米鉆場的應(yīng)用,達到了對定向鉆孔施工過程中瓦斯異常涌出的有效控制,實現(xiàn)了鉆場抽放管路堵孔隱患的負壓處理,使其定向鉆孔雙抽系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

        [1]石智軍,胡少韻,姚寧平,等. 煤礦井下瓦斯抽采(放)鉆孔施工新技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2008.

        [2]王魁軍.礦井瓦斯涌出理論及預(yù)測技術(shù)[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

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