整體式柔性篩管全程快速護孔工藝在煤礦的應用研究

張士環，童 碧

（淮南礦業集團有限責任公司，安徽淮南232001）

整體式柔性篩管全程快速護孔工藝在煤礦的應用研究

張士環*，童 碧

（淮南礦業集團有限責任公司，安徽淮南232001）

全程護孔工藝可有效保證篩管下入孔底，提高瓦斯抽采效率。但是淮南礦區普遍選用的插接式篩管在實際使用過程中易脫扣、耗時長且有埋鉆風險的問題，針對這些問題，在淮南丁集礦進行了整體式篩管的試驗。通過插接式篩管和不同規格整體式篩管的對比，整體式篩管的下管時間短，提升了勞動效率，降低了埋鉆風險；退鉆時篩管不易脫節和斷裂，提高了瓦斯抽采濃度；增大篩眼孔徑和間距可一定程度上提高瓦斯抽采率，但還需進一步研究論證。

插接式篩管；整體式篩管；瓦斯抽采濃度

全程篩管護孔工藝是指在退鉆前將瓦斯抽放篩管通過鉆桿內通道下入孔底，避免退鉆過程中鉆孔塌孔導致篩管不能下入孔底，提高瓦斯抽放效率。該工藝已在淮南地區得到全面推廣。目前淮南地區使用的篩管主要為插接式和螺紋連接式2種。但這兩種篩管在實際使用過程中存在以下問題：（1）110m左右的篩管下至孔底需要30～40min的時間，由于鉆桿沒有旋轉，且沒有壓風，垮孔產生的煤塊無法及時排除，大大增加了埋鉆事故的發生幾率，導致施工成本增加，施工周期加長，影響瓦斯抽采效率；（2）起鉆時篩管容易脫扣，脫扣后的篩管跟隨鉆桿一起后退，增加了起鉆的工作量和時間；脫扣部分有時會向孔內移動，導致起鉆完畢后，在孔口看不見花管，給封孔帶來了很大的麻煩，嚴重時會導致重新補孔。針對這種問題，開發了整盤式柔性篩管下放工藝。在丁集礦通過整體式柔性篩管和插接式篩管的對比試驗，取得了良好的應用效果。

1 地質概況

1341（1）工作面位于東二11-2采區，設計走向長1312～1419.9m，斜長217m，1341（1）軌順巷道規格：5.4m×4.8m（寬×高），巷道為錨索網支護，遇斷層及破碎帶地段為架棚支護。工作面掘進范圍東至SF224斷層附近，西至東二11-2回風大巷。1341（1）軌順北鄰的1331（1）工作面，現已回采完畢。

工作面煤層底板標高為-856～-801m，總體為東高西低，煤層傾角0°～5°，平均3°，煤層傾向260°，工作面內1331（1）3-3∠65 H=1m等多個斷層發育。該區域11-2煤實見揭露厚度為0.5～1.8m，其瓦斯含量為5.2m3/t，瓦斯壓力為0.85MPa。

此處每10m設計一個順層孔，共計141個，鉆孔方位：180°，傾角：2°～3°，設計孔深：110m，孔徑：?113mm。

2 鉆具簡介

2.1 三棱螺旋鉆桿

三棱螺旋鉆桿為整體式結構，如圖1所示，鉆桿外輪廓與三棱鉆桿相似，在普通三棱鉆桿的外壁上設計了不連續的螺旋槽連通三棱平面。該鉆桿具有以下優點：(1)整體式結構，鉆桿機械強度高，使用壽命長；(2)螺旋導槽配合三棱平面結構設計使鉆桿排渣效率極大提高，有效減少卡鉆、埋鉆事故發生；(3)螺旋槽與三棱面減少了鉆桿與孔壁的接觸面積，降低了鉆桿對鉆孔孔壁的摩擦擾動，維護了孔壁的穩定性，提高了鉆孔的成孔率及鉆進效率。

圖1 三棱螺旋鉆桿

2.2 內通孔鉆頭

試驗采用?113mm內通孔開閉式鉆頭（如圖2所示），鉆頭體采用特種合金鋼加工而成，切削刀片采用高強度金剛石復合片，加上獨特的結構設計、加工工藝和焊接工藝，為鉆頭在多巖性地層中鉆進施工提供了保證；特別是在巖層中施工時，鉆頭體和橫梁不易變形，保證下管時橫梁可以靈活打開；復合片也不宜損壞，提高了鉆進效率、節約了施工成本。

2.3 篩管固定裝置

固定裝置連接在篩管的最前端。下篩管的時候，固定裝置頂開鉆頭橫梁，穿過鉆頭后，其翼抓會自動打開，抓住孔壁，從而避免了退鉆時篩管一起往后退，提高施工安全性和降低勞動強度。圖3是固定裝置照片。

固定裝置的桿體和翼爪均采用注塑工藝一次成型，至少可以承受500N的拉力。

圖2 內通孔鉆頭

圖3 篩管固定裝置

2.4 整體式柔性篩管

聚乙烯（PE）篩管外徑?32mm，篩眼直徑和間距可定制。該管采用特殊的偶聯劑對抗靜電荷阻然劑進行表面活化，使之與樹脂基體形成分子橋，阻然抗靜電性能更穩定。與現在常用的PVC管相比，PE管具有以下優點：（1）可彎曲性大，可以繞成盤狀，實現整體式下放，方便搬運；（2）抗變形強度高，PE管抗拉強度為鋼管的15倍，伸長率為鋼管的20倍，當煤、巖層垮塌時，不易破裂，可以保持瓦斯抽放通道的暢通；（3）耐腐蝕性高，使用時間更長，連續抽采能力更強，圖4是整盤式柔性篩管的產品照片。本次試驗采用了一種插接式篩管和3種整盤式篩管，篩管規格如表1所示。

圖4 整體式柔性篩管

表1 篩管規格明細

3 試驗效果分析

試驗累計施工20個鉆孔，篩管下放統計見表2、表3。

表2 下放插接式篩管鉆孔統計

表3 下放整盤式篩管鉆孔統計

3.1 篩管下放效率分析

本次試驗中，有5個鉆孔采用插接式篩管，如表2所示。有15個鉆孔采用整體式篩管，如表3所示。通過對比2種篩管下放時間可知，對110m的鉆孔而言，如果下放整體式篩管的話，下放至孔底大概需要8～10min；如果是插接式篩管，大概需要30min左右。由此可見，整盤式篩管的下放效率更高，這不僅節省了施工時間，更重要的是縮短了鉆桿在孔內的放置時間，降低了埋鉆的風險。

3.2 瓦斯抽采濃度分析

鉆孔施工結束并網聯抽后多次觀測鉆孔瓦斯濃度，不同篩管的平均瓦斯濃度統計見對比如圖5～圖7所示。

圖5 插接式篩管與整體式篩管瓦斯濃度對比

圖6 整體式篩管不同篩眼直徑瓦斯濃度對比

圖7 整體式篩管不同間距瓦斯濃度對比

圖5是插接式篩管（1#）與整盤式篩管（2#）的瓦斯濃度對比柱狀圖。由圖5可知，下放整盤式篩管鉆孔的瓦斯濃度明顯高于插接式篩管。整體式篩管的抽采濃度為插接式篩管濃度的1.5倍，抽采效果提升顯著；

圖6是篩眼直徑變化對瓦斯濃度影響柱狀圖，2#整盤式篩管的篩眼直徑是5mm,3#整盤式篩管的篩眼直徑是8mm。分析圖6可知，整盤式篩管的篩眼直徑從5mm增大至8mm后，瓦斯濃度略有提高，但升高不明顯。

圖7是篩眼間距變化對瓦斯濃度影響柱狀圖，2#整盤式篩管的篩眼間距是15mm，4#整盤式篩管的篩眼間距是10mm。由圖7可見，篩眼間距縮短之后，鉆孔的瓦斯濃度略有提高，但不明顯。

由以上分析可見，增大篩眼直徑和間距可以增大瓦斯抽采濃度，但是效果不顯著，需要做進一步研究。

4 結論

通過插接式篩管與整體式篩管，不同篩眼直徑和間距的整體式篩管在丁集礦的現場對比試驗，可得出以下結論：

（1）與插接式篩管相比，整體式篩管下放時間短，降低了勞動強度和埋鉆風險，提高工作效率；

（2）整體式篩管在退鉆過程中篩管無斷裂，保證了瓦斯抽采通道的暢通，提高了瓦斯抽采濃度；

（3）增大篩眼直徑和間距可提高瓦斯抽采濃度，但由于鉆孔數量少，效果不顯著，需要做進一步研究。

[1]郭昆明，肖麗輝，馮大鈞，李克松.新型瓦斯抽采鉆孔設備及下放篩管技術研究[J].煤炭工程，2014，46（1）：50～52.

[2]袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術[M].北京：煤炭工業出版社，2004.

[3]郭紹什.鉆探手冊[M].北京：中國地質大學出版社，1993.

[4]肖麗輝，李彥明，郭昆明，鐘沛.松軟突出煤層全孔段下放篩管瓦斯抽采技術研究[J].煤炭科學技術，2014，,42（7）：61-64.

TD712

A

1004-5716(2015)10-0025-03

2015-06-09

2015-06-12

張士環（1957-），男（漢族），山東棗莊人，教授級高級工程師，現從事煤礦安全管理工作。