松軟低透氣性煤層打鉆方法的創新

摘要：在低透氣性突出煤層煤巷掘進工作面，瓦斯超限、掘進速度緩慢、掘進成本高及煤與瓦斯突出的危險性隨時都可能發生。為解決突出松軟煤層生產過程中的煤與瓦斯突出問題，最主要的手段就是進行深孔打鉆，通過在鉆孔設計、鉆具改進和打鉆工藝等的研究，摸索出一套行之有效的辦法，有效解決突出松軟煤層打鉆難問題。

關鍵詞：打鉆 低透氣性 松軟

當前，在全國范圍內，松軟低透氣性突出煤層中雖然有鉆孔深度超過150m，甚至200多米的紀錄，但大部分的鉆孔深度仍在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦斯抽放成本很高。因此，突出煤層鉆進常見問題的處理是煤與瓦斯突出礦井急待解決的問題之一。在突出煤層在打鉆過程中，常常遇到夾鉆、噴孔、卡鉆、掉鉆等問題。嚴重的還可能會誘發瓦斯突出事故。在這種瓦斯賦存量大，巷道頂板壓力大，應力集中，煤層松軟，滲透性差煤層中鉆進，容易產生塌孔、卡鉆、噴孔等現象。如不及時采取可行的處理措施，將造成鉆孔報廢，掉鉆桿（每掉一次桿按20根計算，折合人民幣2000元左右）、鉆孔打不深等后果。突出松軟煤層深孔鉆進是公認的世界難題。為解決突出松軟煤層生產過程中的煤與瓦斯突出問題，最主要的手段就是進行深孔打鉆，摸索出一套行之有效的辦法，有效解決突出松軟煤層打鉆難的問題。

在突出煤層中鉆進，遇到“ 煤炮”是不可避免的，“煤炮”堵塞鉆孔，使風力排粉失效，此時往往需要停止打鉆。在風力排粉失效的情況下，在傳統鉆具的基礎上進行改進，則可克服風力排粉的缺陷，盡快恢復風力排粉的作用，解決傳統鉆具因風力排粉卡鉆夾鉆導致的鉆孔深度低問題。

鉆桿創新—添加螺旋輸送扒孔功能（三棱鉆桿）。在鉆桿外表設置螺旋輸送槽，在不影響正常夾持器使用的前題下，保證鉆桿的最小強度不變，給鉆桿增加一個螺旋輸送功能，即扒孔功能。以風力排粉為主，在“煤炮”發生后，鉆孔堵塞風力排粉失效的情況下，通過發揮鉆桿的螺旋輸送即扒孔功能，運送堵孔段鉆孔的煤粉，重新打通風力排粉通道，保證鉆孔排渣系統正常有效。風力排粉通道開通之后，繼續向前鉆進，同時扒孔鉆進與風力協同排粉消除了鉆桿旋轉時產生的高溫現象，避免了鉆孔燃燒事故的發生。

鉆頭創新—防止鉆桿堵塞。“煤炮”不僅會使鉆孔堵塞，也會使鉆桿堵塞。孔內動力現象即“煤炮”發生后，大量的高壓瓦斯釋放，釋放的瓦斯壓力會高于排粉風力的風壓（0.5MPa左右），引起鉆桿內風流逆轉，將煤粉煤渣帶人鉆孔內部，堵塞排粉風路。為了解決這個問題，對鉆桿與鉆頭的聯結部進行改造，在普通鉆頭內部增設一個單向閥，使得“煤炮”發生時，單向閥在瓦斯壓力的作用下及時關閉，鉆桿內沒有逆轉的瓦斯風流，保證鉆桿不被堵塞。通過鉆具的改進，在打鉆期間因噴孔、煤炮而導致卡鉆的現象基本消除。

保證風壓風量、鉆孔排渣好：做到不堵孔，減少噴孔，降低噴孔強度都靠排碴，排碴的好壞，直接關系到鉆孔的成敗，排碴不好，不僅造成堵孔、卡鉆，而且會磨擦發熱產生高溫，嚴重時導致鉆孔內起火，帶來安全隱患。

鉆孔排碴好依托兩個條件：保證打鉆風壓和風量。根據我們測定風壓必須在3～4kg/cm2，風量必須每分鐘2～ 3m3/min。當井下壓風滿足不了時，必須采取安裝井下壓風機來解決。鉆進過程中必須觀察排碴情況，及時采取退鉆措施，經實踐我們形成“ 低壓慢速、邊進邊退、掏孔前進”的軟煤打鉆工藝思路，經反復試驗，證明這一工藝思路是正確的。退多少根鉆桿要根據排碴效果確定，嚴格禁止在排碴不順的情況下強拔硬進，有時可以先停止進退，送風排碴，使鉆桿活動后再進或再退。不看排碴盲目鉆進，出事故是不可避免的。含水煤層孔內煤粉變成煤泥糊或煤泥團，單純送風往往難以達到孔內通暢的效果，多退鉆，反復退是完全必要的。此時決不能強調鉆進速度，單純要進尺，會事與愿違，欲速不達。

掌握給進壓力和鉆進速度：鉆機給進壓力的極限是固定的，不同層段要掌握不同的給進壓力，壓力升高的原因是：（1）換層；（2）孔內出現堵孔；（3）鉆具損壞，斷鉆頭鉆桿也會致使壓力突然變化。當給進壓力突然升高時必須采取果斷措施，一是停止鉆進，進行壓風排碴；另一種是撤鉆退鉆。鉆進速度必須保持適當，軟煤分層中鉆進主要是降速，通過降速充分排碴，減少沉碴，同時也起到降低給進壓力的作用。所以軟煤鉆進速度要比硬煤慢。鉆進速度和給進壓力的掌握，需要針對不同鉆機、不同煤層特征和排碴條件進行測試和總結。

在設計鉆孔時，設計鉆孔開口位置與角度是關鍵，鉆孔的鉆進角度一般情況下是根據煤層的頂板角度來確定的，但由于軟分層的存在以及鉆桿自重的原因，鉆孔軌跡并不是一條平行于煤層頂板的直線，鉆進過程中鉆孔往往在沒有達到設計孔深的時候見到煤層頂板或底板，造成鉆孔深度較低。而且鉆孔的角度在打上行孔與下行孔時也存在差距，通過研究，打上行孔時，鉆孔的角度一般小于煤層傾角2€啊？€埃詿螄灤鋅資保昕椎慕嵌紉笥諉翰闈憬？€啊？€啊U庋梢允棺昕椎墓旒；狙刈琶翰闋擼行г黽幼昕咨疃取？

搞好鉆孔設計：鉆孔設計不能簡單化，一次完成。我們把工作面布孔設計分為方案設計、分段設計和施工設計，三個階段進行。布孔方案設計：布孔方案設計是工作面瓦斯抽放設計的重要組成部分。根據煤層和巷道狀況，按不留或少留孔白帶的要求，對采面全面布孔。明確布孔形式，鉆孔密度、施工順序。鉆孔施工分段設計：根據工作面抽放方案設計的要求，結合不同地段的瓦斯地質和巷道條件，進行逐段設計。通過分段設計優選鉆孔施工參數，實現抽放鉆孔優化。

分段設計前要調查該段地質構造煤層傾角、煤厚、巷道條件等。設計中包括不岡鉆孔的方位角、傾角、孔深、孔徑和開孔點距底板高度等，并有附圖。鉆孔施工設計：主要是鉆孔參數的調整。由于煤層產狀和厚度不穩定，鉆孔深處往往存在變化，因此必須通過施工鉆孔，及時判斷鉆孔前方的煤層賦存狀況。對設計鉆孔及時調整參數，經調整參數后施工的鉆孔基本能達到設計深度。

（作者單位：義煤集團孟津煤礦有限責任公司）