煤矿顺煤层钻孔施工新工艺_陈爱和.pdf

第 42 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 42 No.5 2014 年 10 月 COAL GEOLOGY 2. Wolonghu Mine, Hengyuan Coal Power Co. , Ltd, Huaibei 235100, China Abstract Seam No.8 in Wolonghu Mine of North Anhui Coal Power Group is a seam prone to gas outburst. In order to remove the gas outburst risk from the seam, to effectively decrease the gas content and pressure in the seam, gas pre-drainage is adopted by using in-seam boreholes. According to the special requirements for drilling in-seam boreholes， multiple improvement has been pered with respect to the equipment, rod, tools required for drilling in-seam boreholes. Through great amount of field test and trial application, the drilling efficiency of in-seam borehole has been greatly improved. The frequency of blowout and attracting drill string during drilling has been reduced, decreasing drilling cost. It has good promotion prospect in similar mines. Key words in-seam borehole; technology; drill rig; drill rod 皖北煤电集团卧龙湖煤矿 8 煤层为煤与瓦斯突出 煤层，瓦斯含量高21 m3/t、压力大1.8 MPa，煤层 松软。为消除煤层瓦斯突出的危险性，有效地降低煤 层瓦斯含量和压力，采取顺煤层钻孔预抽回采区域煤 层瓦斯的措施，在工作面机、风两巷施工顺煤层长钻 孔，对工作面回采区域煤层瓦斯进行预抽[1]。 1 顺煤层钻孔施工工艺改进 1.1 更新钻探施工设备 根据防治煤与瓦斯突出规定要求， 采取顺煤层钻 孔预抽回采区域煤层瓦斯时， 钻孔要控制到整个开采 块段，矿井工作面切眼设计长度平均为 180 m，顺煤 层钻孔在工作面的机、风两巷施工；为确保钻孔的预 抽效果，要求两巷施工的钻孔要能压茬 10 m，因此， 钻孔设计孔深一般在 95 m 以上[2-3]。 采用全液压ZDY3200S 钻机配合直径73.5 mm 的大 直径螺旋钻杆施工顺煤层钻孔，替换原来的 SGZ-AⅢ型 和 ZLJ850 型钻机，缓解或解决钻孔吸钻的问题。 与 SGZ-AⅢ型和 ZLJ850 型钻机相比， ZDY3200S 钻机的扭矩为 3 200 Nm，钻杆直径为 73.5 mm，增加 了钻机和钻杆的扭矩和强度， 将钻机扭矩提高到原来的 2.5 倍。当钻孔应力增加时，钻机在大扭矩的作用下， 遇到小应力型的吸钻，钻机和钻杆可以轻松处理和解 决。 另外大直径钻杆的施工， 增加了钻杆的强度和排屑 能力，可以有效的减小丢钻的几率。 通过对比， ZDY3200S 钻机顺煤层钻孔施工的效 率比 SGZ-AⅢ型和 ZLJ850 型钻机的施工提高了 2 倍，单台钻机效率达到 2 200 m/月。 1.2 改进顺煤层钻孔施工的钻具 a. 在钻杆的后端制作一个方块台阶图 1，并加 工一个与之相配合的扳手，钻孔提钻时，用扳手卡住 方块台阶，操作 ZDY3200S 钻机反转实现钻杆自卸， ChaoXing 108 煤田地质与勘探 第 42 卷 降低了在钻孔孔内应力增加的情况下施工人员加卸 钻杆的劳动强度，且快速的加钻和提钻，使孔内煤岩 粉及瓦斯有序的排出，降低了钻孔吸钻的几率，从而 提高了钻孔的施工效率。 b. 由于钻杆的螺旋高度为 15 mm，钻机在松软 煤层中施工时，受螺旋高度的影响，钻杆排出煤粉的 能力偏低， 因此将钻杆的螺旋高度由原来的 15 mm 增 加到 21 mm 图 2，提高了钻杆排屑的能力，减少了 钻孔埋钻的几率，经现场试用，效果显著。 图 1 钻杆拆卸扳手 Fig.1 Wrench for demounting rod 图 2 增加螺旋高度后的螺旋钻杆 Fig.2 Auger stem with increased spiral height c. 钻杆的内圆直径为 14.5 mm，受此影响，当孔 内钻屑增多时，会出现钻孔排风量不足的现象，易造 成钻孔堵孔甚至吸钻。 将钻杆内圆直径由原来的 14.5 mm 扩大到 18 mm图 3，最大程度上增加了钻杆的 通风断面，增加钻孔的排风量。 图 3 增加内圆直径后的钻杆 Fig.3 Drill pipe with increased inner circular diameter d. 在钻杆连接处增加了垫圈 图 4，当钻孔孔 内应力大时，钻杆的连接部位的啮合力也随之增大， 提钻或加钻时钻杆难以拆卸，劳动强度加大，效率低 下，停留的时间长甚至会造成埋钻或吸钻。因此，在 钻杆的外螺纹处增加了一道垫圈， 以降低在受力情况 下钻杆的啮合力，达到快速拆卸钻杆的目的。 通过以上几种对钻具的改进，顺煤层钻孔施工效 率比原来增加了 1.3 倍， 单台钻机效率达到 2 800 m/月， 且在施工过程中更大的减小了钻孔吸钻的几率， 基本 杜绝了埋钻、丢钻等钻探事故的发生图 5。 2 效果评价 通过现场的应用，钻机吸钻的几率大幅降低，基本 图 4 增加垫圈的钻杆 Fig.4 Drill pipe with additional gasket 图 5 施工工艺改进前后效率对比图 Fig.5 Comparison of drilling efficiency before and after melioration 杜绝了埋钻、丢钻等现象，顺煤层钻孔的施工效率得到 显著提高，单机进尺由36 m/d 提高到73 m/d，效率提高 了2 倍，最高达到270 m/d，每月平均台效达到2 800 m。 与老工艺相比， 109 工作面顺煤层施工周期提前了2 个月 完成，为工作面的预抽提供了时间保证。 经过对顺煤层孔施工设备的更新和对钻杆、 钻具 的改进，2012 年下半年共减少麻花钻杆的损耗 280 m， 减少钻头的损耗 60 个，共节约资金 19.5 万元，全年 估算可节约 39 万元。 3 问题和建议 a. 粉尘问题 由于钻杆内圆直径增大，钻机功 率的提高，顺煤层孔钻探速度也随之增大，钻孔的排 屑量也在不断增多，造成钻机下风侧粉尘的增加，给 矿井的防尘管理造成一定压力， 需进一步着眼于钻机 孔口除尘的研究，确保钻机施工地点的环境。 b. 封孔抽采问题 大功率、大直径钻杆对钻孔 成孔、成形效果的影响比较大，松软煤层的钻孔常出 现塌孔现象， 封孔管很难下入孔内， 造成封孔效果差、 抽采浓度等问题， 需要重点做好顺煤层孔封孔抽采的 工作，确保封孔到位、抽采达标。 参考文献 [1] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局. 防治煤与 瓦斯突出规定[M]. 北京煤炭工业出版社，200926–31. [2] 李建铭. 煤与瓦斯突出防治技术手册[M]. 徐州中国矿业大学 出版社，2006309–315. [3] 程远平. 煤矿瓦斯防治理论与工程应用[M]. 徐州中国矿业大 学出版社，2010427–429. ChaoXing