篩孔管護孔技術(shù)在松軟煤層瓦斯抽采中的應(yīng)用

摘 要：針對松軟煤層孔壁不穩(wěn)定易塌孔，影響鉆孔下篩管深度和預(yù)抽效果的問題。文章介紹了鉆桿內(nèi)下篩孔管護孔設(shè)備及技術(shù)，通過在首山一礦的應(yīng)用，解決了松軟煤層易塌孔堵塞鉆孔，造成封孔篩管下不到位的問題，實現(xiàn)了鉆孔“打多深、管多深、抽多深”，提高了鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短了預(yù)抽達標時間，節(jié)省了下篩管時間，提高了勞動效率，保障了瓦斯治理和安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：松軟煤層；篩孔管護孔；下篩管深度；瓦斯抽采濃度；預(yù)抽時間

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0049-02

隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模擴大和開采深度的不斷增加，礦井地質(zhì)條件越來越復雜。松軟煤層、破碎煤層等施工本煤層鉆孔時，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜、孔壁穩(wěn)定性差，成孔后孔壁易坍塌，造成瓦斯抽采通道堵塞，鉆孔瓦斯抽采周期短、鉆孔利用率低，存在一定的盲區(qū)，采掘過程中容易造成瓦斯事故。針對上述問題，首山一礦、勘探工程處通過與重慶煤科院合作，研究和改進了鉆桿內(nèi)下篩孔管護孔設(shè)備及技術(shù)，通過現(xiàn)場的應(yīng)用，解決了松軟煤層易塌孔堵塞鉆孔，造成封孔篩管下不到位的問題，實現(xiàn)了全程下篩管，提高了鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短了預(yù)抽達標時間，節(jié)省了下篩管時間，提高了勞動效率，保障了瓦斯治理和安全生產(chǎn)。

1 鉆桿內(nèi)下篩孔管護孔設(shè)備

1.1 旋銑式寬葉片螺旋鉆桿

外徑Φ73 mm旋銑式寬葉片螺旋鉆桿，長度為1 m。該鉆桿排粉能力強，強度質(zhì)量高，在松軟煤層排粉量大的情況下，能夠排出大量煤粉，防止煤渣過多堵塞鉆孔，造成夾鉆；同時鉆桿內(nèi)芯光滑，內(nèi)通孔Φ35 mm，可以輕易地將篩孔管穿過鉆桿內(nèi)部進入孔底，如圖1所示。

1.2 孔底篩管固定裝置

孔底篩管固定裝置安裝于篩孔管前端，在篩管下到孔底穿出鉆頭后，篩管固定裝置是彈簧翼抓自動打開將篩管固定在孔底，防止退鉆桿時由于摩擦力的作用將孔內(nèi)篩管帶出，如圖2所示。

1.3 大通孔開閉式PDC鉆頭

使用Φ113 mm中間有一字形切削片的大通孔開閉式PDC鉆頭，中間的一字形切削片可以來回翻動，重復使用，在下護孔管至鉆頭處時將一字形切削片抵開，使護孔管從鉆頭內(nèi)部穿出至孔底，如圖3所示。

1.4 抗靜電阻燃性篩孔管

篩孔管為外徑Φ32 mm，長度75 m整體式高強度抗靜電阻燃性碎性瓦斯抽放篩管，篩孔管還可以加工成插接式，每根3 m，以方便根據(jù)現(xiàn)場使用情況確定篩孔管長度，如圖4所示。

2 鉆桿內(nèi)下篩孔管護孔工藝

傳統(tǒng)的鉆孔封孔下篩管工藝為鉆孔成孔后退出鉆桿，再下入封孔篩管，而鉆桿內(nèi)下篩孔管護孔工藝則是在鉆孔施工成孔后，不退出鉆具的前提下，直接下放篩管。即從鉆桿尾部向鉆桿桿體內(nèi)下頂端安裝300 mm長的孔底篩管固定裝置，后接長度為75 m整體式瓦斯抽放篩管抵至鉆頭處，將鉆頭一字形復合片切削片抵開，使塑料棒帶護孔管從鉆頭內(nèi)部穿出下入孔底或接近孔底，同時孔底篩管固定裝置的“爪子”張開，固定于孔壁上。

然后退鉆洗孔，“降轉(zhuǎn)速”，調(diào)節(jié)動力頭馬達的排量，將轉(zhuǎn)速降至最低，開始旋轉(zhuǎn)退鉆桿，并壓風排粉，將孔內(nèi)鉆屑盡可能沖洗干凈。當鉆頭快到孔口時，停止旋轉(zhuǎn)，避免橫梁被折斷，繼續(xù)退鉆，直至完全起出鉆桿。

3 篩孔管護孔技術(shù)在首山一礦的應(yīng)用

3.1 瓦斯抽采鉆孔施工參數(shù)布置

本次篩孔管護孔技術(shù)在首山一礦己15-12050風巷（外段）進行試驗。平寶公司首山一礦己15-12050采面位于己二采區(qū)東翼上部第三個區(qū)段，采面設(shè)計走向長1 546 m，設(shè)計采長212.4 m，采面回采己15煤層，煤層埋深744.2～797.8 m。己15煤層平均厚度：3.5 m，瓦斯壓力：0.81～1.5 MPa，瓦斯含量：10.6 m3/t。己15-12050風巷（外段）標高為：-638.7～-651.7 m，長度為：1 100 m。己15-12050風巷（外段）鉆孔設(shè)計深度75 m，孔徑為113 mm，鉆孔間距為2.4 m，鉆孔水平角0 ？觷（垂直于巷道煤壁），垂直角為平行于煤層頂板施工。

3.2 篩孔管護孔下放工藝的應(yīng)用效果考察

3.2.1 兩組不同下篩管工藝抽采效果對比

己15-12050風巷（外段）考察鉆孔分兩組施工，每組施工30個鉆孔，共計施工60個。第一組30個鉆孔采用傳統(tǒng)下篩管工藝封孔，即鉆桿退出后再下篩管封孔，13個鉆孔下篩管深度超過50 m，17個鉆孔下篩管深度小于50 m；第二組施工30個鉆孔，為鉆桿內(nèi)下篩孔管護孔工藝，27個鉆孔實現(xiàn)全程下篩管，75 m，3個鉆孔下篩管深度為70 m。在對比的兩組鉆孔瓦斯抽采效果跟蹤檢驗期末，第一組鉆孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯體積分數(shù)為13%，平均純流量約1.68 m3/min，第二組鉆孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯體積分數(shù)為30%，平均純流量約1.74 m3/min。第二組鉆孔的瓦斯抽采體積分數(shù)比第一組提高了17%。兩組鉆孔的瓦斯?jié)舛入S時間變化參數(shù)見表1。

兩組鉆孔的瓦斯?jié)舛入S時間變化，如圖5所示。

3.2.2 不同下篩管深度抽采效果對比

選取第一組的20#鉆孔和第二組的40#鉆孔進行預(yù)抽達標時間對比，其中20#孔下Φ32 mm篩管長度42 m，40#孔下Φ32 mm篩管長度75 m，2個鉆孔瓦斯抽采流量隨抽采時間的變化和2個鉆孔預(yù)抽達標時間見表2，其中預(yù)抽率按照30%為達標界限。從表2可以看出，下篩管的深度越長，鉆孔預(yù)抽達標時間就越短，在同一鉆孔控制范圍內(nèi)，預(yù)抽率達到30%，20#孔需要預(yù)抽56 d，而40#孔則需要30 d即可，預(yù)抽時間減少了26 d。

4 結(jié) 語

4.1 增加了下篩管的深度，提高鉆孔下篩管的成功率

篩孔管護孔技術(shù)通過在首山一礦的應(yīng)用，證明通過鉆桿內(nèi)下篩管工藝能夠解決瓦斯抽放篩管從鉆孔內(nèi)下至孔底這一難題，實現(xiàn)了鉆孔“打多深、管多深、抽多深”，篩管護孔的下管深度平均達到孔深的90%以上，提高鉆孔下篩管成功率；而傳統(tǒng)工藝由于煤體松軟垮孔嚴重，造成鉆孔通道堵塞，很難成功下入篩管，一般40 m之后就無法繼續(xù)下入篩管，下篩管成功率較低，一般只有50%～60%。

4.2 提高鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短預(yù)抽達標時間

通過對比可知，篩孔管護孔技術(shù)解決了松軟低透氣性煤層瓦斯抽采濃度低及衰減速度較快的問題，其瓦斯抽采體積分數(shù)比傳統(tǒng)下篩管工藝提高了17%，預(yù)抽達標時間從原來的56 d減少到30 d，有效地保證了煤層的抽采效果，保證了安全生產(chǎn)。

4.3 降低下篩管的難度，節(jié)約下篩管時間，提高勞動效率

傳統(tǒng)下篩管工藝為了保證篩管順利下入孔內(nèi)，在退鉆期間需要每隔5 m壓風排粉，孔深75 m的鉆孔退鉆平均需1 h，下篩管平均時間1 h，同時由于阻力大，通常需要3～4人配合；而鉆桿內(nèi)下篩管技術(shù)，下篩管平均時間0.5 h，退鉆平均需0.5 h，僅需2人即可輕松地完成下篩管工作。采用鉆桿內(nèi)下篩管技術(shù)，從退鉆到下篩管單孔可以節(jié)約1 h，極大地提高了效率。

參考文獻：

[1] 陳功勝，高艷忠.松軟煤層瓦斯抽采鉆孔不提鉆下入篩管技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學（自然科學版），2014，（5）.

[2] 牛多龍.松軟低透氣性煤層順層鉆孔全程套管預(yù)抽瓦斯技術(shù)[J].煤礦科學技術(shù)，2013，（5）.

[3] 雷洪波，周政林，王榮超，等.松軟突出煤層順層抽放鉆孔施工及封孔技術(shù)研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009，（8）.

[4] 殷文韜.煤層瓦斯抽放封孔工藝研究與應(yīng)用[J].煤礦工程，2011，（2）.

[5] 謝雄剛，李希建，余照陽.順層鉆孔預(yù)抽突出煤層瓦斯技術(shù)研究[J].煤礦科學技術(shù)，2013，（1）.

[6] 孫新勝，王力，方有向，等.松軟煤層篩管護孔瓦斯抽采技術(shù)與裝備[J].煤礦科學技術(shù)，2013，（3）.

[7] 姚寧平，孫榮軍，葉根飛.我國煤礦井下瓦斯抽放鉆孔施工裝備與技術(shù)[J].煤礦科學技術(shù)，2008，（3）.

[8] 殷新勝，劉建林，冀前輝.松軟煤層中風壓空氣鉆進技術(shù)與裝備[J].煤礦安全，2012，（7）.