定向鉆孔雙抽系統(tǒng)的研究

趙晉軍，劉國凱

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán)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(jìn)技術(shù)的原理

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

圖1 深孔定向鉆進(jìn)技術(shù)的原理

高壓水通過鉆桿輸送至孔內(nèi)馬達(dá)，孔內(nèi)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子在高壓水的作用下通過U 型接頭、前端軸承帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。在鉆進(jìn)過程中，鉆桿不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，便有效地減小了鉆機(jī)的負(fù)載。鉆機(jī)通過鉆桿和孔內(nèi)馬達(dá)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(jìn)至瓦斯涌出異常的煤層，單位時(shí)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(shí)鉆頭回?fù)硗咚埂⒚涸?、水的混合體造成噴孔。

定向鉆孔聯(lián)孔時(shí)，拆除孔口四通后加裝6 寸變四寸變徑筍子頭時(shí)(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(xì)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(diǎn)上游鉆孔處于無負(fù)壓抽放狀態(tài)，隨著孔內(nèi)瓦斯壓力不斷增大，當(dāng)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(gè)鉆孔或單孔施工時(shí)噴孔現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)采用的邊打邊抽雙抽系統(tǒng)。當(dāng)單孔施工時(shí)噴孔現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，若與在抽鉆孔共抽時(shí)將影響在抽鉆孔濃度，只能采取單獨(dú)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(shí)采用的雙抽系統(tǒng)。③定向鉆孔施工時(shí)，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(shí)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?？卓谒耐ㄉ峡谂c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(shí)，要使孔口四通與鉆桿間隙處始終處于負(fù)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(shí)不允許接續(xù)或拆卸鉆桿。

2.2.2 聯(lián)孔抽放時(shí)的聯(lián)接要求

1)連孔抽放:連孔時(shí)，必須保證孔口處于負(fù)壓狀態(tài)。

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

3)連孔時(shí)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(gè)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(jì)，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(jì)?？卓谒耐ㄉ峡诩写?lián)個(gè)數(shù)應(yīng)根據(jù)各地點(diǎn)抽放情況具體確定，無參照的可依據(jù)7000 m/串進(jìn)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(shí)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(shí)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(diǎn)

1)形成了定向鉆孔全過程負(fù)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(fù)壓狀態(tài)，保證了孔內(nèi)瓦斯不向巷道內(nèi)涌出。

2)實(shí)現(xiàn)了全程負(fù)壓處理在抽鉆孔管路堵塞隱患。若上抽系統(tǒng)一點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)，調(diào)節(jié)控制閥門，可避免過量的空氣進(jìn)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(yùn)輸石門迎頭千米鉆場的應(yīng)用，達(dá)到了對定向鉆孔施工過程中瓦斯異常涌出的有效控制，實(shí)現(xiàn)了鉆場抽放管路堵孔隱患的負(fù)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.