松软煤层讲义.doc

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1、松软煤层钻进工艺原理及应用煤炭科学研究总院西安研究院钻探技术研究所2007年元月21松软煤层是指煤的硬度系数f小于1的煤层，它是地质构造的产物，主要是由于断层和层滑等原因所形成，所以也称松软煤层为构造煤层。松软煤层通常都与断层、褶皱、产状变化、煤层厚度变化等有共生关系。松软煤层具有强度低、瓦斯吸解速度快、瓦斯含量相对高的特征，因此它属于煤与瓦斯突出体。在分布上，松软煤层的剖面形态均呈层状、似层状、凸镜状、在平面上呈带状或面状；松软煤层在煤层中的位置通常都是沿顶、沿底、也可在松煤层中间；松软煤层厚度变化较大，多数都呈不稳定状态，其厚度可以从几厘米到整个煤层。煤矿瓦斯治理和利用

2、工作已经引起我国政府和煤矿企业的高度重视，国家在煤层气资源开发和利用方面作了大量的投入，很多煤矿企业也开始转变观念，变传统的安全性瓦斯抽放为利用性或生产性瓦斯抽放，将各种抽放技术结合起来，想方设法提高瓦斯抽放浓度和抽采率，既确保了生产安全，也有效利用了能源。但是我国目前除抚顺等少数矿区外，大多数矿井煤层透气性差，煤质松软，甚至有动力现象或突出危险性，属于松软煤层，这使本煤层预抽钻孔打钻难度极大，塌孔、卡钻严重，钻孔打不深，致使瓦斯抽放效果差，不能很好的满足生产和开发的要求，影响了煤矿生产的正常进行。所以解决松软本煤层钻进问题对于我国煤矿生产具有极其重要的意义。1松软煤层瓦斯

3、突出机理与防突途径1.1松软煤层瓦斯突出机理松软煤层中瓦斯突出是一个复杂的动力过程，瓦斯突出的动力主要是地应力和瓦斯压力，而阻碍突出的阻力是煤体抵抗破坏的能力，突出能否发生及其发生的规模主要取决于阻力和动力之间相互的作用关系。因此地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质是影响煤层瓦斯突出的三个主要因素。21地层深处的煤层，一方面由于地应力和构造应力的作用，聚集了较高的弹性变形能；另一方面，由于煤层中含有瓦斯而具有一定的瓦斯内能。地下的采掘工作往往会对煤层的应力平衡状态造成扰动。对煤层应力平衡状态的破坏，一方面降低了煤层阻碍突出发生的抵抗力，另一方面使得煤层中的弹性变形能和瓦斯内能

4、释放成为可能。在正常情况下，或由于地应力、瓦斯压力太小，或由于应力状态改变缓慢，释放的能量不足以激发煤与瓦斯突出，而在地应力和瓦斯压力较高的情况下，煤层工作面受到采掘工作的扰动，使得煤层应力状态突然改变，巨大的弹性变形能和瓦斯内能瞬间释放，引起煤体的高速破碎，同时在潜能和瓦斯压力的作用下煤体发生移动，瓦斯由已破碎的煤体中解吸、涌出，形成瓦斯流，解吸的瓦斯进一步破碎煤体，同时把破碎的煤粉抛出，发生煤与瓦斯突出。根据上面的分析，煤与瓦斯突出是地应力、煤层瓦斯以及煤的结构力学性质三者综合作用下产生的复杂动力现象。在突出过程中，地应力和瓦斯压力是发动、发展突出的主动力，煤的结构力学

5、性质是阻碍突出发生的因素。1.2松软煤层防瓦斯防突途径对于特定的煤层，煤的坚固性系数、煤的瓦斯解吸性系数、煤层中软分层厚度三个参数相对来说是难以改变的。根据上述分析可以看出，为了减少和消除煤层突出危险性，主要是降低瓦斯压力，而钻孔预抽煤层瓦斯是降低瓦斯应力的有效方法。目前钻孔预抽煤层瓦斯的方法主要有穿层钻孔预抽和顺层钻孔预抽两种方式。以往普遍采用以穿层钻孔为主的本煤层瓦斯抽采方法，即先在煤层底板岩石中施工出一条岩石巷，然后沿岩石巷施工上仰穿层孔作为瓦斯预抽放孔。这种瓦斯抽放方法有以下缺点：①底板专用瓦斯抽放道每区段有一条岩石巷道，因此掘进巷道工程量大。②钻孔的工程量大，钻孔

6、的岩石长度占比例较大，钻孔利用率低，成本较高。③工作面准备时间长，先打底板道，再打钻孔预抽瓦斯，最后掘煤巷。④穿层钻孔浅，预抽瓦斯范围受到限制，只解决了巷道掘进带防突，回采工作面瓦斯涌出并未得到解决。21而采用顺煤层钻孔抽采瓦斯则具有成本低，钻孔利用率高等优点。因此在松软煤层瓦斯抽放多采用顺层孔瓦斯抽放。顺层钻孔抽采煤层瓦斯减弱直至消除煤层突出危险的实质在于：煤层抽采钻孔的施工，造成钻孔周围煤层的局部卸压；通过抽排煤层中的瓦斯，可以使具有突出危险的煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量大幅度降低，使煤体内的瓦斯潜能得到释放并降低；由于瓦斯的排放可以引起煤层的收缩变形，使煤层的地应力下降

7、、透气性增大，煤体应力的下降也使煤层中的潜能得到释放。这些都在不同程度上降低了导致突出发生的主动力和能量。同时，煤体中的瓦斯释放以后，煤体的透气性增大，煤层应力减少，煤体强度增大，这样就增强了煤体的机械强度和稳定性，使得发生煤与瓦斯突出的阻力增大。2松软煤层顺层孔钻进的成孔工艺2.1松软煤层顺层钻孔的参数2.1.1顺层钻孔的布置在煤矿的实际生产当中，一般各矿根据本矿区瓦斯赋存量和相对涌出量、回采工作面长度等决定本煤层预抽钻孔的布置方式。目前所采用的钻孔布置方式主要有两种，一种是沿工作面走向布置的走向钻孔，钻孔的平面