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大直径顺层长钻孔瓦斯抽放技术研究刘向军（长平抽放队 山西 高平 048400）摘 要大直径顺层长钻孔在长平矿四盘区本煤层预抽和掘进头瓦斯抽放中取得了较好的抽放效果，有效地解决了瓦斯超限问题。但是打钻时喷孔、顶钻、卡钻现象随孔径的增大而变得严重1，导致钻孔无法施工。长平矿通过多种途径改进打钻工艺与技术，有效地保证了进尺和抽放量。关键词 大直径钻孔；深孔；打捞钻杆技术；防喷孔装置；防突随着长平矿井往西延伸，煤层瓦斯含量与日俱增，最高达到15.09m3/t，且煤层透气性低，透气性系数为0.01160.0520 m2/（MPa2.d），钻孔瓦斯流量衰减系数分别为0.1101d-10.1147 d-1，属于较难抽放2。长平矿正处于由低瓦斯矿井向高瓦斯矿井过渡的关键时期，瓦斯抽采技术还处于探索阶段3。因此，大力采用当前先进设备与技术可以为长平矿的瓦斯抽放长远规划打下坚实基础。1大孔径顺层长钻孔在长平矿四盘区的应用瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施4，打钻是瓦斯抽放的基础和关键。目前国内顺层钻孔打钻存在两个突出问题，一是选用的钻孔孔径小，孔径小严重制约了抽放质量，主要表现在单孔抽放纯量低、抽放浓度衰减快。二是深孔钻进困难，瓦斯抽放消突时难以消除回采工作面前方的“空白带”，见图1。图 1采煤工作面空白带示意图1-空白带 2-采煤工作面开切眼 3-抽放钻孔 4-巷道大直径顺层长钻孔是长平矿提高抽放质量、防治煤与瓦斯突出的重要手段。目前长平矿在43062巷、43061巷、43141巷布置4台CMS1-6500/100型液压钻车，采用125mm钻头钻进，钻孔设计长度150米，用于本煤层瓦斯预抽和掘进头瓦斯抽放。2大直径顺层长钻孔出现的主要问题及处理大直径顺层长钻孔在施工过程中经常出现卡钻、喷孔、掉钻等现象，严重影响了抽放进尺和抽放质量。为此长平矿通风部结合抽放队及时组织科技攻关，有效地克服了这一技术难题。2.1卡钻的处理长平矿四盘区煤体松软，瓦斯压力大，卡钻现象严重。引起卡钻的因素有两种，第一种是钻孔孔底接近或打到夹矸、岩层时造成的；另一种是喷孔时间长，排碴不力，孔内积尘增多，堵孔、塌孔的范围不断扩大，破碎的煤粉迅速把钻头和钻杆箍紧，钻头无法进退，造成卡钻。卡钻是严重的打钻事故，往往可能扭断钻杆、丢失钻头。5长平矿在钻进过程中为了保证抽放质量，不盲目追求进尺，在卡钻时候往往不是立即退钻，而是通过多返煤，退钻再进钻，突破卡钻区域。具体措施有：发生卡钻时，可用钻机强力起拔使钻具松动，再适当调大钻机泵量，增加钻机扭矩，利用钻杆和钻具上的反切削合金切削钻具后的煤（岩）块，边回转边提钻，同时时刻关注给进压力的变化。抽放队科学有效地处理了多次卡钻现象，保证了深孔钻孔的成孔质量。2.2防喷孔装置的应用井下钻孔钻进过程中，如果遇到瓦斯赋存异常区域时容易发生喷孔，所喷出的瓦斯与煤尘造成巷道内瓦斯超限，粉尘超标，同时影响钻孔进度；如果发生较大喷孔还可能造成损坏设备、伤人等事故。长平矿瓦斯赋存分布极不均衡，造成井下打钻过程中喷孔不规律，最大喷孔长度达到3米以上，是严重的安全隐患。长平矿目前在四台CMS1-6500/100型液压钻车都安装了防喷孔装置，在打钻的同时通过 50mmPE管将防喷孔装置连接到抽放管路，边打钻边抽瓦斯。通过防喷孔装置的应用，有效地杜绝了喷孔造成的瓦斯超限事故，确保了作业安全。2.3钻杆打捞技术研究为了保证钻孔深度，在松软煤层打钻不可避免造成掉钻事故；同时，一些不可抗力因素（如长时间停电、钻机坏等）也会造成掉钻。2013年2月20日，长平矿43062巷迎头1#钻孔在施工过程中，由于间隔停电6小时造成掉钻杆61根，长平矿抽放队及时组织干部与有经验工人实施打捞作业，并制定了打捞钻杆作业规程，通过在掉钻周边120mm到150mm处打泄压钻孔4个，及时地进行瓦斯泄压。2月26日夜班，经过149小时的奋战，终于将61根钻杆全部取出，这是抽放队成立以来最成功的一次打捞钻杆案例，极大的鼓舞了全队职工的士气。不仅如此，抽放队仅在2013年2月份就累计打捞钻杆126根，钻杆打捞技术日趋成熟。2.4钻孔后期维护工作大直径顺层长钻孔成孔后必须立即进行预封，采用二次封孔工艺封孔，PE管联孔，经过放水器和蛇形管联接到抽放管路。抽放过程中，针对漏气多和水大的现象，抽放队采用了高压防水自粘胶带处理漏气，通过安装自动放水器提高放水效果。3大直径顺层长钻孔的抽放效果分析普通钻孔由于直径小，孔壁产生的裂隙小，抽放效果往往一般。近年来的科学研究表明，通过加大钻孔的直径和深度，提高孔口抽放负压，可以弥补抽放效果较差的不足，提高抽放效果。长平矿钻孔大直径顺层长钻孔成孔直径达到125mm，成孔长度最大达到157m，通过钻孔普查，大直径顺层长钻孔最大单孔抽放纯量达到0.86Nm3/min。大直径顺层长钻孔有效地提高了煤层瓦斯预抽率，缩短了煤层预抽期，确保了煤层瓦斯含量在较短的时间内降到8m3/t以下，抽放效果较好，同时释放了煤层的瓦斯压力，防突效益明显。4小结大直径顺层长钻孔抽放技术在长平矿试验取得成功，得益于钻机与配套设备技术，以及钻孔施工工艺水平的快速提高。通过技术改进，长平矿本煤层平均单孔深度由原来的116.2m提高到现在的130.5m，单孔抽放浓度由原来的31%提升到46%。参考文献：1 蔡成功，周革忠自动变径大直径钻孔抽放煤层瓦斯试验J.煤炭科学技术2004，32（12）：39-412李海涛，辛宪耀.长平矿井保护层开采可行性分析J.长平技术园地，2012.1:69-733 李全瑞.长平矿瓦斯抽放钻孔封孔工艺技术研究J.长平技术园地，2012.1:64-76-794 辛宪耀，李海涛，牛江江.构建“立体式抽采”模式 实