复杂地质条件下极松软煤层顺层钻孔施工工艺探究和应用

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1、复杂地质条件下极松软煤层顺层钻孔施工工艺探究和应用　　摘要：海孜煤矿地质构造较为发育，煤层赋存极不稳定，煤质极为松软，复杂的地质条件和极松软的煤层严重制约着顺层钻孔的施工进度及瓦斯治理效果，钻孔的塌孔、抱钻及频繁的见岩重新开孔也严重降低钻进效率。本文深入剖析顺层钻孔施工中存在的关键问题，并制定针对性的解决办法，顺层钻孔施工工艺的改进，降低了职工劳动强度的同时提升了钻进效率，提高了单孔施工深度，满足了瓦斯治理需要，为矿井的瓦斯治理工程赢得了时间和空间，保障了矿井的生产接替。关键词：极松软煤层顺层钻孔施工工艺研究淮北矿业股份公司海孜煤矿

2、位于安徽省淮北市濉溪县境内，属淮北煤田临海童矿区，井筒位于韩村镇，北距淮北市约40km，东距宿州市35km。矿井范围东南以大马家断层与临涣矿毗邻，西以大刘家断层为界，北至3煤层-800m水平投影线，呈一不规则三角形面积33.745km2。受断层切割，整个井田被分成两个区，即三角区（西部井）和东西区（大井），西部井作为矿井一个接替采区独立成井。6矿井共含可采煤层6层，从上至下分别是：3、4、7、8、9、10煤层，目前回采煤层为7、8、9、10四层。其中7、8、9、10煤均为突出煤层。海孜矿煤层松软，地质条件复杂，根据地质资料分析，矿井

3、自建矿以来，井巷和回采工作面先后揭露落差大于2m的断层900多条，断层的发育破坏了煤层的连续性和稳定性，导致煤层断开、变薄甚至是大面积不可采。矿井采用的瓦斯治理方案为底板岩巷进行条带抽采，抽采达标后进行施工煤巷，煤巷贯通后对工作面进行全覆盖施工顺层钻孔预抽煤层瓦斯，抽采达标后方可进行回采。根据矿井的接替计划，海孜矿的突出煤层采煤工作面较多，也就意味着有巨大的防突钻孔工程量等待着施工。复杂的地质条件和极松软的煤层严重制约着顺层钻孔的施工进度及效果，钻孔的塌孔、抱钻及频繁的见岩重新开孔也严重降低钻进效率。钻孔平均孔深很难超过50m，20

4、10年曾在Ⅱ10111外段机巷施工了一个深77.5m的孔，耗时5个圆班，清理岩粉22吨。因此，复杂地质条件下极松软煤层顺层钻孔施工工艺的研究已迫在眉睫。1施工方案1.1实验区概况本次试验选取淮北矿业股份公司海孜煤矿Ⅱ1026工作面。6海孜煤矿Ⅱ1026工作面地质条件复杂，煤质松软，实测f值最大0.26，煤层瓦斯含量大，在煤巷掘进时施工预测钻孔就经常发生塌孔、抱钻现象，钻孔施工难度极大。2009年4月25日Ⅱ1026机巷发生了煤与瓦斯突出，突出时的动力现象造成工作面里段煤层更加破碎（多呈粉沫状），致使钻孔很难成形。诸多的问题，给顺层孔

5、施工方案的制定带来了挑战。1.2钻孔设计方案Ⅱ1026工作面里段倾向长度260m，若机风巷对打的话，钻孔长度大于130m，现有的钻探工艺很难实现，因此工作面里段采用分段施工顺层钻孔的方法，尽管如此，里段机巷的顺层钻孔长度仍达到100m以上。1.3顺层钻孔施工工艺钻孔施工采用ZDY-4000S及CMS1-6200/80履带式钻机，螺旋钻杆，压风排渣，2寸封孔管，聚氨树脂封孔。1.3.1切眼段先施工切眼段顺层钻孔，两台ZDY-4000S分别由切眼上下两端开始，顺着回采方向施工，孔间距5m。1.3.2机巷段切眼段顺层钻孔施工完成后，一台Z

6、DY-4000S和一台CMS1-6200/80履带式钻机施工机巷段顺层钻孔。钻孔垂直于机巷向工作面内部施工，孔间距5m。1.3.3风巷段6风巷段顺层钻孔施工完成后，一台ZDY-4000S施工风巷段顺层钻孔。钻孔垂直于风巷向工作面内部施工，孔间距5m。2.顺层钻孔施工工存在问题及解决方案2.1问题1煤质松软，钻孔施工进程中塌孔严重，尤其是工作面里段，煤体基本呈粉沫状，钻孔成型差，塌孔抱钻严重。解决方案：采用中风压排渣技术，钻进过程中一直带着压风，能及时排出孔内钻屑，减少了孔内故障的发生。单孔实行不间断施工制度，人员现场交接班，严格做到

7、“人停钻机不停”，有效地避免了因长时间停钻造成的塌孔现象。2.2问题2钻孔施工深度较深时，钻杆承受的负荷大，易发生抱钻现象，致使断钻、掉钻事故时常发生；钻进时给进压力及旋转压力较大，造成钻机承受的负荷过大，钻机长时间工作故障率高。解决方案钻杆改用了低螺旋钻杆，避免了抱钻现象，大大地减少了因抱钻引起的断钻、掉钻事故。钻孔施工全部改用了大功率钻机，保障了钻进效率。2.3问题36钻孔终孔起钻时，时常会发生钻孔后路钻屑过多造成的起钻困难，若强行旋转起钻，会带来对钻孔成形的二次破坏，甚至会造成封孔管无法插入孔内，钻孔封孔困难。解决方案：钻孔带

8、着压风起钻，起钻时，压风将后路钻屑排掉，提高起钻效率的同时也避免了对钻孔成形的破坏。2.4问题4钻孔终孔后，孔口周围会形成一个卸压范围，若采用水泥浆等普通封孔材料，很难封堵严实，将产生漏气现象。尤其是俯角钻孔，若采用普通封孔材料会发生