圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿在楊柳礦的應(yīng)用

賀 軍

(淮北礦業(yè)集團公司 楊柳煤礦，安徽 淮北 235119)

楊柳礦從2012年8月份開始使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿，解決了原使用圓桿鉆桿以及螺旋鉆桿施工順層鉆孔時，易出現(xiàn)的塌孔、抱鉆現(xiàn)象，鉆孔施工速度快、效率高，提高了瓦斯治理的效果，生產(chǎn)工藝的變化凸顯科技創(chuàng)新的力量。

1 早期順層孔施工情況及存在的問題

建礦初期，楊柳煤礦在施工順層孔時使用的主體鉆機為江蘇中煤礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CMS1-6200/80鉆機，配備螺旋鉆桿，每根鉆桿長度為1.5米，鉆桿連接采用六方插接，鉆頭利用與鉆桿相配徑的金剛石鉆頭。先后在10414、10416工作面施工了大量的順層鉆孔，從實際施工的情況和后期抽放的情況看，瓦斯治理的效果并不太好，經(jīng)常出現(xiàn)上隅角瓦斯達到臨界值的狀態(tài)，多次造成工作面停止正常采煤，對產(chǎn)量影響較大。而煤體瓦斯釋放效果不好的原因其一是本煤層瓦斯抽放鉆孔打不深、鉆孔密度小，工作面沿走向中部煤體內(nèi)存在鉆孔空白帶得不到有效抽排。這些得不到抽排的原始煤體在采煤過程釋放大量瓦斯，對采煤工作面的安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。

2 原因分析

2.1 鉆孔排粉不暢通，大量切割下的和噴孔產(chǎn)生的煤粉不能及時被排到孔外而積壓在孔內(nèi)，造成壓鉆、卡鉆等異常現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔打不快、打不深，鉆桿被壓在孔內(nèi)丟失嚴重。

2.2 鉆孔偏斜，在薄煤層及煤層頂板有起伏的區(qū)域內(nèi)施工鉆孔要求鉆孔直線性要好，否則鉆孔打不到預(yù)計深度就遇見頂?shù)装宥K孔。

2.3 鉆桿磨擦力大，鉆桿磨擦力增大導(dǎo)致鉆機負荷升高和鉆不快，鉆孔越長鉆機負荷增加越快，負荷達到一定程度就會造成壓鉆、抱鉆。

3 解決方案

3.1 優(yōu)選鉆具

（1）鉆機：選用江蘇中煤礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CMS1-6200/80鉆機，煤炭科學研究總院西安分院生產(chǎn)的ZDY3200S型、ZDY3200L型、ZDY4000LF型鉆機。

（2）鉆桿：鉆桿選用Φ89mm、Φ73mm圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿，Φ89mm鉆桿適用于CMS1-6200/80鉆機，Φ73mm鉆桿適用于ZDY3200S型、ZDY3200L型、ZDY4000LF型鉆機。鉆桿公、母頭為42CrMo合金鋼，中間鋼管為R780地質(zhì)鋼管，經(jīng)熱裝配焊接而成，單根長度1m。該產(chǎn)品設(shè)計為三個圓弧形凸棱結(jié)構(gòu)，桿體的橫截面每個角為圓弧形的正三角形，鉆桿桿體上圓弧面位于該鉆桿中心軸線的同一個圓周面上。該鉆桿的連接采用錐型絲扣設(shè)計，執(zhí)行MT/T392-2011標準，強度高，便于裝卸，該鉆桿的三個直邊在鉆桿施工旋轉(zhuǎn)時可使鉆屑處于動態(tài)，在壓風及鉆桿旋轉(zhuǎn)的作用下，使鉆屑順利排出，從而實現(xiàn)了在鉆機輸出較小扭矩的情況下，即可順利鉆進。該鉆桿采用了“圓弧形凸棱”設(shè)計，高扭曲和抗彎曲能力強，鉆孔直線性好。

（3）鉆頭：根據(jù)鉆機類型配套使用Φ75mm、Φ94mm、Φ113mm復(fù)合片金剛石鉆頭施工。

3.2 現(xiàn)場實施

先后在10416風巷、10412風、機巷、1061機、風巷等巷道中施工順層孔。這些區(qū)域的瓦斯含量大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，采用傳統(tǒng)螺旋鉆具施工進度慢，使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿以后，鉆孔深度可達100米以上，鉆進速度明顯加快，裝卸鉆桿方便（僅需半分鐘），解決了鉆不進、卡死鉆等問題。多處地點已經(jīng)累計施工順層孔達16萬多米，通過施工地點使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿前后進尺情況統(tǒng)計，結(jié)果表明，使用圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿后，順層孔施工效率大幅度增加，尤其對高應(yīng)力、松軟煤層、破碎地層鉆進，效果明顯。

4 使用效果

4.1 工作效率提高

該鉆桿在楊柳煤礦應(yīng)用以來，排渣容易，鉆進速度快，成孔深，鉆孔直線性好，施工鉆孔平均孔深在90m左右，每班平均純進尺在50m以上，平均每月機組進尺達3000米，最高施工記錄4600米。該鉆桿使用能使工作效率在螺旋鉆桿的基礎(chǔ)上提高一倍。

4.2 施工事故減少

采用風排渣措施，排渣順暢，孔內(nèi)殘留煤粉較少，很少發(fā)生頂鉆、卡鉆及抱鉆等問題。另外鉆桿接頭采用摩擦焊接，絲扣加粗使鉆桿強度提高，抗扭曲能力強，鉆桿事故率明顯下降。從根本上解決了成孔率低、成孔深度淺等阻礙鉆孔施工的瓶頸問題。

4.3 操作更為方便

與圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿配套的夾持器卡瓦使用合理，通用性好，質(zhì)量過關(guān)，操作方便。使該鉆具使用效果可以與其他同類產(chǎn)品相媲美，優(yōu)勢明顯。

4.4 鉆孔成型更好

利用風排渣掃孔，更利于鉆孔封孔，保證了封孔的長度、質(zhì)量，為提高瓦斯抽采效果奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

圓弧形凸棱瓦斯抽放鉆桿是一套適合高瓦斯、強地應(yīng)力、松軟煤層鉆孔的先進設(shè)備，能夠提高鉆孔施工的效率，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。但是由于采用風排渣技術(shù)，鉆進施工時大量產(chǎn)塵，需要同步解決消塵、除塵問題，創(chuàng)造一個良好的施工環(huán)境。