松軟突出煤層順層抽放鉆孔施工及封孔技術(shù)研究

1、松軟突出煤層順層抽放鉆孔施工及封孔技術(shù)研究雷洪波,周政林,王榮超(松藻煤電公司渝陽煤礦,重慶綦江401448摘要:針對松軟突出煤層順層鉆孔預抽瓦斯中存在的鉆孔施工困難和瓦斯抽放濃度偏低等關(guān)鍵問題,介紹了渝陽煤礦在提高鉆孔深度、成孔率和封孔質(zhì)量方面所采用的新裝備、新工藝和新方法。通過選擇合適的鉆機具、鉆孔施工技術(shù)、工藝和改進鉆孔布置方式等,提高了順層孔的施工深度、成孔率、孔徑和鉆進效率,不僅解決了突出煤層采煤工作面順層預抽中存在“空白區(qū)”的難題,還提高了單孔抽放量;通過改進順層抽放孔封孔工藝,提高了封孔質(zhì)量和瓦斯抽放濃度。通過解決鉆孔施工和封孔質(zhì)量問題,有力保證了工作面預抽防突效果。關(guān)鍵詞:松軟

2、突出煤層;順層鉆孔;鉆孔施工;封孔中圖分類號:T D713文獻標志碼:C 文章編號:1008-4495(2009S1-0136-03收稿日期:2009-07-17基金項目:國家2006年煤礦瓦斯治理與利用示范工程資助作者簡介:雷洪波(1982,男,重慶涪陵人,主要從事煤與瓦斯災害治理方面的技術(shù)研究工作。E -mail:leibo0122sina .com 。采用穿層鉆孔或順層鉆孔預抽煤層瓦斯是突出煤層回采工作面一種重要的區(qū)域防突措施。對于松軟突出煤層,由于受煤層起伏、地質(zhì)構(gòu)造、煤層瓦斯、煤層力學性質(zhì)、煤層厚度、鉆機具能力、施工工藝等因素影響,在順層鉆孔施工中,鉆孔深度往往達不到設(shè)計深度,致使采

3、煤工作面經(jīng)常出現(xiàn)預抽“空白區(qū)”,給回采帶來極大的突出威脅;另外,采用常規(guī)的封孔技術(shù),由于封孔質(zhì)量難以保證,瓦斯抽放濃度一般偏低,影響瓦斯抽放和防突效果。因此,如何提高鉆孔施工深度和成孔率,消除回采工作面順層預抽“空白區(qū)”,如何提高封孔質(zhì)量、抽放效果,是松軟突出煤層亟待解決的兩個關(guān)鍵問題。筆者根據(jù)礦井瓦斯抽放實踐,介紹了提高鉆孔施工和抽放效果的新裝備、新工藝和新方法。1順層鉆孔預抽瓦斯現(xiàn)狀及問題渝陽煤礦隸屬于重慶能投集團松藻煤電公司,煤層突出危險性嚴重,除了開采保護層外,瓦斯抽放是防突的另一個重要區(qū)域性防突措施。采煤工作面順層預抽鉆孔的施工現(xiàn)狀及問題如下。1.1現(xiàn)狀順層抽放鉆孔布置于煤層軟分層煤

4、中,鉆孔均垂直于煤壁沿煤層走向施工,孔間距312m 。采用ZYG -150或MYZ -150型液壓鉆機配合80mm 螺旋鉆桿(42mm 地質(zhì)鉆桿外繞螺紋葉片施工,螺旋加壓風排粉。鉆孔孔徑86mm ,平均孔深60m 左右,個別鉆孔深度可達80m 。順層抽放鉆孔采用水泥砂漿機械封孔,設(shè)計封孔深度為10m ,但由于鉆孔孔口段容易垮塌,實際封孔深度僅為45m;另一方面水泥砂漿凝固后收縮變形,導致鉆孔封堵不嚴,抽放過程中出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象,抽放鉆孔平均抽采濃度僅為10%25%,平均單孔抽放純量為0.0097m 3/m in,抽放濃度低,抽放效果差,防突預處理時間長、效果差,直接影響礦井安全生產(chǎn)和采掘部署。1.

5、2存在的問題1由于渝陽煤礦突出煤層軟分層普遍發(fā)育且煤層瓦斯含量大,在鉆孔施工中常出現(xiàn)噴孔、塌孔現(xiàn)象,加上鉆機能力和排渣等問題,經(jīng)常產(chǎn)生卡鉆、抱鉆現(xiàn)象,致使鉆孔往往施工不到設(shè)計深度,從而給工作面中部留下預抽“空白區(qū)”。以N2707工作面為例,工作面長度為165m ,從運輸巷和回風巷雙向施工順層鉆孔,鉆孔深度必須普遍達到80m 以上,方能實現(xiàn)對整個工作面的控制。但采用原來的施工技術(shù)和裝備,平均鉆孔深度僅為60m 左右,難以滿足要求。2采用150型液壓鉆機配合80mm 螺旋鉆桿施工,由于鉆機動力頭活動范圍較大,施工過程中加上鉆桿自重影響,鉆桿擺動幅度大,導致鉆孔定向631鉆進能力差,容易跑偏。由于煤

6、層較薄,鉆孔常因進入煤層頂?shù)装宥K孔,一次成孔率較低。3由于鉆進能力、卡鉆和成孔率等問題,鉆機的鉆進效率較低,臺機月進度僅為4500m左右。4鉆孔布置于軟分層中,鉆孔施工結(jié)束后,孔口段易垮塌封閉,封孔難度大,封孔深度達不到設(shè)計要求,導致封堵不嚴,漏氣現(xiàn)象時有發(fā)生,抽放瓦斯?jié)舛鹊?效果不好。2順層鉆孔施工及封孔改進方案針對鉆孔施工和封孔中存在的主要問題,改進方案要從鉆機施工能力、排渣工藝、鉆桿強度、巷道施工條件、布孔方式、封孔材料等多方面綜合考慮,才能達到預期目的。2.1選用大功率鉆機分析認為,大部分抽放鉆孔施工不到設(shè)計深度,主要原因是原來的鉆機(ZYG-150型功率小(15k W、輸出轉(zhuǎn)距小(

7、額定輸出轉(zhuǎn)距650Nm,轉(zhuǎn)速低,一旦鉆孔出現(xiàn)垮孔,鉆機負荷加大時,鉆機旋轉(zhuǎn)較慢,易導致排粉不暢通,造成卡鉆、抱鉆現(xiàn)象。所以,鉆機的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距、推進力和轉(zhuǎn)速應大幅度增加。同時考慮到施工巷道斷面較小,且搬運距離長、環(huán)節(jié)多,又要求鉆機外形尺寸小、易搬運。鑒于這種情況,從更高的打鉆能力和適合順層鉆孔施工的要求出發(fā),采用了重慶煤科院生產(chǎn)的ZY-1250型液壓鉆機,其主要性能參數(shù)見表1。表1ZY-1250型液壓鉆機主要技術(shù)參數(shù)類別性能參數(shù)額定功率/k W22額定電壓/V380/660輸出轉(zhuǎn)速/(r/m in96/210最大輸出轉(zhuǎn)矩/(Nm650/1250最大給進力/kN60正常給進速度/(m/m in01.

8、5最大鉆進深度/m2002.2增大鉆桿直徑提高鉆桿強度,確保定向鉆進。將42mm地質(zhì)鉆桿外繞80mm螺紋葉片的鉆桿,改為50mm 地質(zhì)鉆桿外繞85mm螺紋葉片的鉆桿。這樣,一方面提高了鉆桿強度,減少鉆孔施工過程的鉆桿繞度,確保鉆孔定向鉆進;另一方面減小鉆桿折斷事故的發(fā)生。2.3改進鉆孔布置及封孔方式將順層鉆孔布置于煤層硬分層中。因硬分層煤的堅固性系數(shù)相對較大,鉆孔施工后不易造成鉆孔垮塌和堵塞,對鉆孔施工和封孔有利。另外,采用新型封孔材料馬麗散進行封孔,提高封孔質(zhì)量和減輕勞動強度。3實施情況3.1試驗地點基本情況N2707工作面為7#煤層綜采工作面,沿傾斜方向布置,仰斜開采,工作面長165m,運

9、輸巷傾斜長862m,回風巷傾斜長873m。煤層平均厚度0.90m,中間發(fā)育有0.20.4m的軟分層,煤層瓦斯含量為15.08m3/t。3.2鉆孔施工情況N2707工作面順層抽放鉆孔采用ZY-1250型鉆機配套50mm地質(zhì)鉆桿外繞85mm螺紋葉片的鉆桿施工,采用螺旋加壓風排粉,并將鉆孔布置在硬分層煤中。鉆孔布置方式:工作面切割巷以南150m范圍孔間距為3.0m,其余段孔間距為6.0m,設(shè)計孔深85m,預抽孔孔徑均為96mm。2007年8月開始施工,到2008年6月下旬全部施工完畢,工作面累計施工順層抽放鉆孔360個,其中運輸巷168個,回風巷192個,平均孔深為85.0m。工作面鉆孔施工效果見圖

10、1。圖1N2707工作面順層鉆孔施工竣工圖3.3鉆孔封孔情況順層鉆孔抽放效果歷來較差,其主要原因是布置于軟分層的鉆孔經(jīng)常發(fā)生垮塌和封閉現(xiàn)象,封孔深度和質(zhì)量達不到設(shè)計要求,導致抽放濃度低。新方案將鉆孔布置于煤層硬分層中,并采用馬麗散封孔(見圖2,封孔長度不少于1m,封孔深度6.0m 以上。圖2馬麗散封孔示意圖731 4效果與分析4.1提高了鉆孔施工深度和成孔率實施改進方案后,在N2707工作面累計施工360個順層鉆孔,最大孔深為105m(由于井下鉆桿僅有105m,平均孔深85m。在同等條件下,與采用ZYG-150C型鉆機相比較(見表2,平均孔深增加19.5m,平均增加幅度達到28%,施工鉆孔中大

11、多數(shù)鉆孔達到設(shè)計深度,一次成孔率為75%。有效地消除了工作面中部的預抽“空白帶”。表2ZY-1250和ZYG-150C型鉆機試驗對比鉆機型號ZYG-150C ZY-1250施工地點N2705運輸巷N2707運輸、回風巷鉆孔個數(shù)189246、360最大孔深/m85105(無鉆桿平均孔深/m6685孔徑/mm8696效率/(m/(月臺450075004.2提高了鉆進效率由于ZY-1250型鉆機功率較大、轉(zhuǎn)距大、轉(zhuǎn)速快,加之鉆桿內(nèi)徑加大,強度提高,鉆孔布置層位選擇得當,鉆孔平均鉆進速度達到0.40m/m in,在同等條件下,與采用ZYG-150C型鉆機相比較(見表2,平均鉆進速度提高0.05m/m

12、in。在施鉆過程中減少了卡鉆、抱鉆事故。將鉆機固定在大平板車上,鉆機移動時采用11.4k W絞車整體牽引,節(jié)省了時間,降低了勞動強度,移機時間由原來的1.5h(移6.0m,降到現(xiàn)在的0.5h(6.0m,移機時間節(jié)約1h,提高了鉆進效率;月臺機鉆尺大幅度提高,原ZYG-150C型鉆機施工順層鉆孔月臺機鉆尺為4500m,現(xiàn)ZY-1250型鉆機月臺機鉆尺達到7500m,臺機鉆尺率提高66.7%。鉆進效率的提高,不僅縮短了打鉆周期、增加了抽放時間,而且提高了工人的勞動積極性。4.3提高了抽放瓦斯?jié)舛葘嵺`證明,將鉆孔布置于硬分層中并采用馬麗散材料封孔,不僅封孔質(zhì)量明顯提高,而且減小了封孔勞動強度,對低濃

13、度鉆孔還可重新封孔,提高了封孔效果。N2707工作面的鉆孔抽放瓦斯?jié)舛让黠@提高,平均達到37%,最高達到90%。各濃度區(qū)段鉆孔統(tǒng)計見表3。表3N2707運輸、回風巷各濃度區(qū)段鉆孔統(tǒng)計濃度區(qū)段鉆孔個數(shù)所占比例/%90%9 2.550%90%22662.820%50%6116.9<20%6417.84.4單孔抽放量得到大幅度提高由于鉆孔孔徑的增大(96mm和瓦斯?jié)舛鹊奶岣?抽放純量增幅較大,平均單孔瞬時抽放量達到0.0157m3/m in,比原來提高0.006m3/m in,增幅為61.8%,抽放效果明顯提高,N2707運輸巷和回風巷的瓦斯抽放純量達2.37m3/m in和3.21m3/m

14、in。由于抽放效果的提高,可縮短抽放時間,為采掘生產(chǎn)部署贏得主動。5結(jié)語通過采用適合松軟突出煤層施工的新鉆機具、螺旋加壓風排渣施工工藝、鉆孔布置層位的合理選擇,以及新封孔材料和工藝的使用,不僅有效提高了松軟突出煤層順層鉆孔的施工深度、成孔率、鉆孔孔徑和鉆孔施工效率,消除了工作面順層抽放的“空白區(qū)”,解決了順層孔的施工難題,而且提高了單孔瓦斯抽放濃度和抽放純量,提高了瓦斯預抽效果,縮短了抽放時間,為工作面瓦斯綜合治理奠定了堅實基礎(chǔ)。通過在N2707工作面試驗,為今后松軟突出煤層回采工作面順層抽放找到了合適的抽放鉆機、鉆具及抽放工藝。參考文獻:1程遠平,俞啟香.中國煤礦區(qū)域性瓦斯治理技術(shù)的發(fā)展J.采礦與安全工程學報,2007,24(4:383-390.2徐彬,張軍,劉宏進,等.保護層上風巷穿層鉆孔抽放被保護層卸壓的試驗研究J.礦業(yè)