严重喷孔松软煤层成孔工艺与装备研究

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1、264湖南科技大学学报(自然科学版)Vol．26No．42011年12月JournalofHunanUniversityofScience＆Technology(NaturalScienceEdition)Dec．2011严重喷孔松软煤层成孔工艺与装备研究①周松元1，赵军2，刘学服1，徐东方1(1．湖南省煤炭科学研究所湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心，湖南长沙410004;2．湖南省煤炭工业局，湖南长沙410001)摘要:煤与瓦斯突出矿井多松软煤层，若存在严重的喷孔现象，则会使钻孔施工过程困难重重，制约了突出矿井的瓦斯防治力度．为解决该问

2、题，本文从软煤钻孔护壁工艺和工况参数着手，研究出一套适合严重喷孔松软煤层的钻孔施工装备，并进行了现场试验．试验证明，该套装备能有效防止钻杆对钻孔壁扰动，配以风力排渣压注式封孔和拖动式下套技术，能有效增加松软喷孔煤层措施孔的长度．最后，通过理论和实际应用方面的总结分析可知，该套装备能普遍适应湖南煤与瓦斯突出矿井煤层钻孔施工条件、提高钻孔钻进深度，是目前一套最佳选择的装备．关键词:松软煤层;严重喷孔;风力排渣;成孔工艺;配套装备中图分类号:TD712文献标识码:A文章编号:1672－9102(2011)04－0011－06矿用安全和勘探钻机及

3、配套钻具是煤矿井下一切防突安全措施最基础的设备．当前国内外用于煤层钻孔的钻机，特别是大功率各类型钻机虽然很多，并且技术指标也越来越先进，但完全适用于南方松软复杂煤层，巷道空间相对窄小，且能有效防止喷孔卡钻的轻便钻机还没有．由于瓦斯抽采钻孔施工深度不能达到相应的技术规定要求，致使湖南许多乡镇煤矿投入大量资金建成的矿井瓦斯抽采系统基本成为摆设，区域和局部防突技术措施难以落实到位，尽管政府对煤矿安全监管越来越严格，但矿难还是时有发生．为解决煤与瓦斯突出矿井瓦斯抽采、瓦斯排放和构造复杂煤层地质勘探的钻孔施工难题，开展我省煤矿严重喷孔松软煤层成孔工

4、艺与装备研究具有重要的现实意义．湖南省特殊的地质构造环境使得煤层赋存以高瓦斯、低透气性、煤质松软、突出严重为主要特征，这就造成钻孔施工时常发生喷孔、垮孔、卡钻、抱钻等现象，孔深往往难以达到规定要求．经湖南煤科所和重庆煤科院专家在湘煤集团蒲溪矿井现场证实:松软煤层施工钻孔在垮孔卡钻严重时，电煤钻孔深一般只能达到6～7m，而大功率液压钻则只能达到4～5m．瓦斯抽采钻孔及防突措施钻孔施工困难是制约煤矿瓦斯综合治理水平进一步提高的技术瓶颈，因此，采用合适的软煤钻孔成孔工艺及装备，在施钻过程中顺利通过易抱钻、卡钻区段，是提高湖南煤与瓦斯突出防治水平

5、及实现煤与瓦斯共采的关键基础技术．湖南煤矿施钻困难现状软分层、软煤层、松软煤层煤层松软是一个相对的概念．参考普氏系数分11．1级标准及分级［1］和煤层特点，部分研究人员将存在普氏系数在1．5及以下的煤层称软分层，大部分学者则将普氏系数在1．0以下的煤体称软煤，而市场上的软煤钻机一般指适应普氏系数在0．5～1．0，且不存在瓦斯喷孔的煤层施钻．对湖南突出煤矿而言，:2011－09－29①收稿日期基金项目:国家科学技术部科技基金资助项目(2009EG122191)通信作者:周松元(1964－)，男，湖南涟源人，高级工程师，主要从事煤矿瓦斯防治和

6、利用．E－mail:zsy1263@sohu．com11由于地质构造密度大，其煤层硬度系数一般在0．3以下，我们通常称之为松软煤层，并且长度在20m以上的钻孔就可称长钻孔，尤以湘东南袁家矿区赋存煤层为甚，煤层硬度系数普遍在0．2以下，工作端面煤体易于出现冒涌垮塌，并存在严重的钻孔喷孔现象．软煤打钻技术一向是煤矿井下施钻的软肋．目前国内已有的软煤打钻技术只能适应于普氏硬度系数在0．5～1．5之间的无喷孔煤层，也就是说，国内现有的软煤打钻装备与技术不能很好地解决湖南松软煤层钻孔施工困难的问题．有效解决．22．1排渣方式及其工况参数排渣方式选择

7、钻孔钻进过程一般要求能完全、及时地排除孔内的钻屑．在松软煤层中钻进还需考虑减少钻具对孔壁的破坏，保持孔壁完整，在具有喷孔的突出煤层中施钻还必须考虑孔洞壁外煤与瓦斯对孔壁的破坏涌出和排放问题．常用的排渣方式主要有水排、风排、螺旋麻花排渣及采用其它介质输送的特殊排渣，但各有其适应场所．譬如水排适应范围广，易于排出钻屑，但对孔壁的冲击作用太大，加大垮孔、喷孔的严重度，更容易造成卡钻;螺旋麻花排渣则对较软煤体和浅孔钻进有其特有的优势;采用其它介质如黄泥等输渣则有利于下向长大钻孔施工，但工程造价高．风力排渣是突出松软煤层中施钻时的首选排渣方式，实践

8、证明，特别对于具有喷孔的煤层更是不可替代，它主要是能将钻具对孔壁的扰动减到最低限度，风与瓦斯的无限相溶，避免了瓦斯与输送介质的溶合冲突．1．2严重喷孔区段钻孔施工过程中喷孔严重是湖南突出煤层打