三軟煤層打鉆進程的優化研究與應用

王瑞暢

【摘 ?要】煤礦在井下開采期間經常會遇到瓦斯異常問題，而施工瓦斯抽放鉆孔是重要的瓦斯治理手段。在順層鉆孔施工期間經常會遇到煤體松軟、鉆進困難、鉆孔內煤粉排粉不暢、鉆孔內瓦斯濃度大出現吸鉆或頂鉆等現象，最終導致出現鉆桿壓死情況的產生。大大降低了打鉆速度和影響打鉆效率。本文就主要針對三軟煤層打鉆期間施工遇到的問題及工藝優化進行詳細的介紹。

【關鍵詞】三軟煤層;順層鉆孔;壓鉆;施工工藝

引言

在煤礦開采中，煤礦瓦斯事故是一種普遍存在的災害。在瓦斯治理過程中，采取最主要和最有效果的方法就是施工瓦斯抽放鉆孔對煤層中的瓦斯進行抽放，降低煤層內瓦斯含量，保證工作面和掘進頭的安全生產生產。由于煤體松軟，鉆孔排粉不暢等問題經常會在鉆孔施工期間出現頂鉆或吸鉆的情況，甚至出現鉆桿壓死鉆孔報廢的現象。因此優化打鉆進程，吸取經驗教訓可以提高打鉆效率。

一、25080下巷工作面概況

觀音堂礦所采煤層二1煤層為層位穩定，結構簡單～復雜，大部分為可采的不穩定煤層，但存在煤厚變化短距離內突變。隨著開采深度的增加以及地質構造的影響，二五采區埋深達到500m以上，煤厚變化較大，局部存在高瓦斯賦存帶，當工作面推進至高瓦斯賦存帶時，存在瓦斯涌出量異常增大現象，給安全生產帶來威脅。二五采區25080工作面煤層呈層狀分布，地質條件較復雜，煤層頂、底板起伏不平，導致煤厚變化較大。煤層傾角13°～20°，平均15°，屬緩傾斜煤層;煤層厚度1.2～11米，里段（靠近原25080工作面切眼）煤層較厚，最厚達到11米以上，煤層厚度變化大，平均煤厚為5米;煤層呈粉末狀，強度較低，松軟易冒落。通過25080回采工作面回風流傳感器監測，多次出現瓦斯異常（分別發生在2018年11月7日、2019年1月11日、2019年1月13日、2019年2月15日），回風流瓦斯濃度達到最高0.61%，采煤工作面瓦斯濃度存在短時間瓦斯超限現象。

該工作面煤層呈層狀分布，外段為無煤段，里段540m---700m開始進入煤體，頂板坡度13°;前期巷道掘進坡度為+6°，進入厚煤層后，頂部漏煤難以控制，改為+10°掘進。25080煤層較厚，煤層厚度為7～10m。由于頂底板起伏波動較大瓦斯賦存異常，因此采取施工順層鉆孔進行瓦斯治理，施工過程中鉆進困難。經義安、新義、新安等多礦指導學習對三軟煤層打鉆進行原因分析，對打鉆流程優化。

二、25080工作面鉆孔施工設計

①為了做好工作面回采期間的瓦斯治理，首先在25080工作面下巷施工1號鉆場與2號鉆場施工瓦斯抽放孔，設計施工2排75個鉆孔，孔深23.7-77.4m。

②25080工作面在改造巷貫通點向外30米向下設1個鉆場、60米向下設1個鉆場，共設計兩個鉆場。每個鉆場設計瓦斯抽放鉆孔24個，共48個，鉆孔平均深度30米。在改造巷貫通點向外50米處向上開設鉆場，設計順層鉆孔39個，鉆孔平均深度40米。

③在25080工作面切眼進行瓦斯抽采，鉆孔布置在切眼煤墻側，改造巷貫通點向上布置33個孔，向下布置20個孔，總共53個孔，孔距3m、孔深20m，距離頂板1m。

三、25080工作面三軟煤層施工困難的原因

煤層鉆孔施工困難主要是由于以下幾方面的原因造成的：

（1）、系統風壓不穩。壓縮風主干管到各采區后，分成采區支于管，支干管又被分成許多分支進入各采掘工作面。這樣，一個工作面的風壓就會受到其他采區或工作面用風量的影響。施工順層煤孔過程中，當風壓大時，鉆孔排屑正常;當風壓突然減少時，鉆孔排屑不暢，造成堵孔。當孔底風壓達到一定高度后，會突然沖破堵塞鉆孔的煤粉，形成噴孔現象，將積聚在孔底的瓦斯在很短的時間內帶出鉆孔，可能造成瓦斯超限。

（2）孔內滅塵水量控制不準。采用孔口捕塵或巷道內捕塵技術，一方面會影響鉆場環境，另一方面捕塵效果不好，對人體健康有較大危害。采用孔內滅塵技術，存在一個水量控制的問題，水量小時，會排出粉塵;水量大時，鉆孔排屑不暢，造成堵孔。當孔底風壓達到一定高度后，同樣會出現噴孔，造成瓦斯超限。

（3）對鉆孔前方的應力集中區認識不清。巷道兩側及掘進工作面在一定范圍內存在一個應力集中區域，鉆孔進人該區域后，排屑量、瓦斯涌出量明顯增大，鉆孔甚至會向某個方向漂移或錯動。如果對鉆孔前方的應力集中區沒有認識或認識不清，鉆進時仍按卸壓區的工藝進行鉆進，勢必會造成夾鉆、噴孔、丟失鉆桿等問題。

（4）如果鉆機固定不牢，鉆孔施工到一定深度后，會使鉆機軸線與鉆孔中心線不在一條線上。如果開孔質量不高，剛打出的鉆孔中心線就不在鉆機軸線上，造成鉆孔扭力增大，影響鉆孔質量、鉆進深度和速度，甚至會造成丟失鉆桿、報廢鉆孔等問題。

（5）鉆桿質量不好，在加上鉆孔進入應力集中區后變形或漂移，會造成鉆孔變彎，鉆桿扭力增大。一套鉆桿用2—3次后，接頭處變形嚴重，螺母直徑變大，起鉆時，易拉脫節，丟失鉆桿。

四、創新優化思路

（1）在壓風支管上安設風包。在施工順層煤孔的工作面壓風管路上，安設裝有壓力表的風包，可以基本解決短時間風壓忽大忽小的問題，如果風壓下降時間較長，可以暫停鉆進，但要保持鉆桿旋轉，以免夾鉆。待風壓恢復后，再進行鉆進。

（2）孔內滅塵水量要調校準確。既保證孔內滅塵效果，又不會因水量過大造成鉆屑堵孔，水量的大小，主要是根據多次觀察的經驗來決定。要在孔外調校水量，因為孔內調節水量存在很大的盲目性，原則上要予以杜絕。

（3）通過觀察瓦斯涌出量、鉆屑量和鉆桿扭力的大小來確定應力集中區的范圍。當孔內瓦斯涌出量、鉆屑量和鉆桿扭力增大時，可以確定鉆孔進入了應力集中區。在應力集中區鉆進時要放慢鉆進速度，保持瓦斯涌出量、鉆屑量和鉆桿扭力與卸壓區的數值基本相等，必要時前后拉動鉆桿，直到鉆孔周圍應力基本釋放完畢、孔壁成型為止。鉆孔穿過應力集中區后，上述指標就會趨于正常，可以適當加快鉆進速度，但其速度應控制在卸壓區和應力集中區之間。

（4）鉆機固定要牢，開孔質量要提高。鉆機要有地宮盤，必要時墊上厚度不小于100 nHn的木板，保持機座平穩。鉆機前后地宮盤上要打四根單體液壓支柱，支柱初撐力一般不小于50 kN。支柱質量良好，不得漏液。開孔位置必須在立軸的軸線上，必要時采用木板或鋼板導向。開口鉆進速度要慢，直到鉆孔質量符合要求后，再加壓正常鉆進。

（5）鉆桿質量要符合有關質量標準要求，材質低劣或加工粗糙的鉆桿堅決不能使用，否則將會帶來很大的損失。

（6）提高鉆機能力。施工順層煤孔，在條件允許的情況下，盡可能選用大功率鉆機，這樣可以加大鉆孔深度，減少夾鉆、丟失鉆桿的概率。

五、現場應用效果

經過改進后，嚴格按上述六個方面的解決方法施工，不僅減少了報廢孔數，縮短了施工時間，而且促進了25080改造巷單進水平的提高，減少了打鉆工程施工時間，提高效率。由以前每兩班一個鉆孔提高到每班施工一個至一點五個鉆孔。

六、結論

瓦斯治理對礦井安全開采意義非凡，每一個鉆孔都是一個良心工程，鉆孔施工的效率直接影響瓦斯治理工程的進度。三軟煤層的打鉆施工難度較高，危險性較大，采煤企業應當制定科學合理的施工方案及設計，制定專項措施，優化施工工藝和流程，吸取打鉆期間的經驗，不斷完善施工工藝，不斷提高瓦斯治理水平。

參考文獻：

[1]王國飛.千米鉆孔打鉆防噴霧裝置在雙柳煤礦瓦斯抽采中的應用[J].能源與環保，2018，40（4）：37-39

[2]張彥啟.三軟難抽煤層瓦斯抽采濃度偏低的影響因素研究[J].能源與環保，2018，40（5）：41-45

（作者單位：三門峽觀音堂煤業有限公司）