高位钻孔设计

瓦斯抽放钻孔施工设计为加强对W908工作面的瓦斯治理，防止工作面在回采时瓦斯超限，经研究决定从 W908材料巷原移动救生舱硐室开始，往工作面方向顶板处施工瓦斯抽放孔。 为确保施工期间的安全， 特编制本设计。一、概况及技术参数的确定高位钻孔瓦斯抽放是沿着工作面回风顺槽,利用专用钻机斜向预采煤体顶板钻孔,在采空区顶板裂隙带层位上布置钻孔,抽放采空区冒落带及裂隙带内的瓦斯,进而改变采空区流场分布。它的作用是,解决采空区上隅角一带瓦斯积聚和回风流瓦斯超限问题。1、瓦斯抽放参数高位钻孔瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放。 回采工作面周围的采动压力场, 在垂直方向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带, 在水平方向上形成煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙区间, 便成为瓦斯流动的通道。采空区内的瓦斯由于受瓦斯浮力和通风总负压的作用 , 主要分布在顶板裂隙带内且靠近采面回风侧。高位钻孔的抽放负压, 加速了裂隙带内瓦斯的流动 , 从而使高位钻孔能够抽出高浓度的瓦斯。1.1 钻孔有效高度范围及钻场高度根据采空区顶板岩层移动“三带”理论和采空区内瓦斯运移规律,有效的钻孔高度Hz应位于裂隙带范围,故应满足:H<Hz<H,(1)ml式中:Hm——冒落带的高度,m;lH——裂隙带的高度,m。冒落带高度为Hm=,(2)式中:M——采高,m;k——冒落岩石的平均碎胀系数;a——煤层倾角,(°)。裂隙带高度一般采用经验公式:Hl=。(3)式中a、b、c均为待定常数,可根据煤矿设计规范确定,见表1。将式(2)、(3)代入式(1), 得到钻孔有效高度:Hm=<Hz<Hl=。考虑到钻孔的有效利用 , 钻孔底应布置在冒落带上部或裂隙带下部。W908工作面采用走向长壁后退式开采,工作面长度为160m。在回采过程中,工作面因瓦斯超限而严重制约着生产能力的正常发挥,为消除瓦斯超限的影响 ,依据以上理论与方法采用高位钻孔技术进行瓦斯抽放。1.2 钻孔有效高度及钻场高度根据9#煤层赋存特征,计算过程中M、k、a分别取1.32m、2.2、5°,待定常数a、b、c分别取1.2、2.0、8.9。由此依据式(2)得到冒落带高度为1.1m;依据式(3)得到裂隙带高度为36.89m,取下限值时为27.9m。由此确定钻孔有效高度为1.1～27.9m。考虑到钻孔的稳定性及易于维护, 钻孔长度为80m时，钻孔底部高度确定为11.5m，钻孔长度为100m时，钻孔底部高度确定为 14.7m，(即钻孔位于K2灰岩内)。1.3 钻孔有效长度根据9#煤层赋存特征及技术要求 ,确定钻孔有效长度为80—100m，最里侧钻孔的终孔位置距材料巷煤壁的距离不大于 30m。1.4 钻孔的角度根据钻孔的有效长度及孔高的条件，钻孔仰角定为 14°。1.5 钻孔的数量及夹角根据实际情况钻孔初步定为 3个，在同一水平布置，水平夹角依次为为5°、10°、15°。1.6 孔口高度及间距钻孔口高度根据实际情况定位距底板 1.5m高，孔间距为800mm。1.7 钻孔沿倾向布置范围根据采动裂隙“O”形圈理论及现场实际观测 ,钻孔沿倾向布置范围确定在距材料顺槽 30m以内。1.8钻孔施工硐室规格及间距打钻施工硐室规格：宽×高×高 =3m×3m×2.3m；硐室间距为80-90m。二、架柱式液压回转钻机的性能及参数W908工作面高位钻孔使用ZYJ-1400/120L型架柱式液压回转钻机，钻机的具体参数如下：主要技术参数项目单位参数项目单位参数额定压力MPa16推进行程mm1200额定转矩N.m1400钻岩硬度f10额定转速r/min120适应钻杆mm50-63推进力kN40钻孔直径mm75-150额定流量L/min114主机重量kg375钻孔深度m400返回速度r/min5000空载推进速度r/min2500噪声声压级dB（A）92导轨长度mm2200生功率级dB（A）108钻孔速度mm/mi>120最小/最大工作高度mm2500/3500n泵站主要参数项 目 单位 参数 项目 单位 参数防爆电动机 YBK2-200L-4B35-30KW 额定流量 L/min 116电机电压 V 380/660/1140 额定压力 Mpa 20额定电流A57.2/33油箱容量L120机重KG760外形尺寸mm1600X1250X1050操作台机重KG75外形尺寸mm450X580X735三、安装操作和使用、钻机安装⑴、在钻机运到工作现场前，准备好钻凿岩洞场地，必须根据钻孔倾角及所用钻杆的长短及立柱的高度进行挑顶，起底或护帮等工作，保证顶板与底板的平行，而立柱必须垂直其平行线。⑵、根据钻孔的位置，安装好立柱后，按钻孔孔位的要求将立柱架设牢固，立柱上下两端要用硬木垫实，将钻机的大锥孔与立柱中间锁紧套上的锥轴连接到位，并调整好方位、角度后，紧固其螺母及锁紧套的螺栓。⑶、连接主机的副立柱，调整到最佳长度后，紧固副立柱的锁紧套螺栓，使其完全牢固。⑷、将水管、油管、动力线引到工作地点，注意：电机电压380/660，或是660/1140，保证电机右旋，严禁左旋，根据实际电压连接。2、管路连接泵站与操作台之间有 3条管路连接，操作台与主机之间有 10条管路连接。泵站与行走配流板有 ,6条管路连接。详见总图。注意：连接管路时应先将管路接头清理干净方可连接。内径相同的管路长度满足时可以互换并将管路排列整齐。3、钻机的操作方法⑴各操作阀的位置及功能本机设有两个操控台。一个在泵站上，有两个换向阀组成，控制泵站的行走、转弯、制动。一个主控操作台，主要有 6个手动换向阀控制、配流板、和两个单项阀组成。每个换向阀控制钻机的一项功能。每个换向阀的手柄有前、中、后三个位置。当手柄垂直时处于中位，也是非工作状态。扳动手柄向前、向后，可实现控制件的正转和反转，前进或是后退，顶紧或是松开。⑵操作台的一侧装有球阀，用来控制钻机钻孔时的水路。⑶开机前的准备各换向阀的手柄在中位。钻机主轴的钻孔角度到位。电机的线路连接完毕。①、给油箱加入足够的清洁液压油，一般用46#抗磨液压油，需油量约为120升。②、检查钻机各部位紧固体是否牢固，主机安装是否牢固。③、在需要润滑部位加注润滑油和润滑脂。④、检查各油管是否连接无误，油管、水管接头卡好 U型销。⑤、将操作台各手柄放在中间位置。⑷启动钻机开启隔爆按钮的绿色启动键，观察各管路之间有无异常，无漏油现象，泵站声音正常。运转马达15分钟、油缸，排除油路的空气，至运转平稳为止。⑸试运转按操作台上的标识，扳动各换向阀手柄，确认主轴正、反，推进缸、顶紧缸、加紧缸各动作正常。开启球阀，水路正常。工作机构的动作应与指示牌标记的方向一致，不一致应及时调换有关管路。注：主轴进给时应为正转，即右旋。只有更换钻杆，卸下钻杆时用左旋。主、副立柱顶紧阀位于操作台下层，当钻孔位置确定，固定立柱时，开启泵站，将该手柄开在前位置，即顶紧缸顶紧。后续的安装、钻孔工作即可展开。严禁在钻进过程中或依附于立柱的其他部件， 未拆卸完毕时将手柄开到后档，顶紧缸会泄压缩回，造成立柱无法固定，造成倾倒砸伤事故。钻机调整完毕后，空载操作，排除油缸、马达及油管内空气，反复控制手动阀，用节流阀控制油缸的推进速度，充分掌握其操作方法。⑹钻孔操作根据需要安装后置水便，配置专用的水便供水阀门，根据不同钻孔硬度要求选择旋转速度。2、安装钻头操作使用后置水便，变速箱退至导轨后端，松开卡盘，放入 1根钻杆在变速箱主轴内，钻杆外螺纹置于变速箱前端， 钻杆内螺纹露出变速箱后端，卡盘卡紧钻杆；松开钻钎定位器，变速箱主轴旋转并徐徐前进，当钻杆外螺纹通过钻钎器后停止旋转和前进， 将钻头旋接在钻杆上，在变速箱后面钻杆旋接后置水便，接上水便供水管。3、开孔操作修平开孔处的煤岩，保证钻头接触平稳。打开供水阀门给冷却器和水便供水，变速箱慢转，并缓慢推进，当钻进一定深度且钻机、钻具运转平稳后，用正常旋转和进给速度钻进。4、加接钻杆操作①先停止推进，再停止旋转，关闭供水阀门。②人工用管钳卸下水便。③根据变速箱后面空间大小，在变速箱后面加接一根或几根钻杆。④将水便旋接在钻杆上。⑤钻钎器加紧钻杆，松开卡盘，变速箱后退或快速后退至导轨后端。⑥卡盘加紧钻杆，松开钻钎器，打开供水阀门，向钻孔供水，待水从钻孔中流出后，再进行正常钻进。5、拆卸钻杆操作①将变速箱置于适当位置（取下水便，卡盘前进能夹住要拆卸的钻杆），关闭水便供水阀门。②钻钎器夹紧钻杆，操作进退手柄至最后位置即浮动位。变速箱反转，使钻杆与第一根钻杆分离一段距离， 将进退手柄前推 1位至后退位，使推进油缸后退。③松开卡盘，取下钻杆。④变速箱前进至能夹住钻杆处停止。⑤卡紧盘夹紧钻杆，松开钻钎器，变速箱正转（在起拔钻杆时需钻具旋转时）并后退至适当位置（即从卡盘取下第一根钻杆后，卡盘能夹住下一根钻杆），停止旋转和后退。⑥托钎器夹紧钻杆，操作进退手柄至最后位置（浮动位） ，变速箱反转，松开钻杆间连接螺纹，将进退手柄向前推 1位，使推进油缸后退。⑦松开卡盘，取下第一根钻杆。⑧再按⑤⑥⑦操作，即可卸下第二根、第三根直至卸下最后一根钻杆。6、泵站行走泵站行走系统由辅助油路上的一个长开开关控制。在钻机工作时，操作泵站行走换向阀，泵站可实现行走。当单独让泵站行走时。可关闭行走开关，油路只进入到行走系统中，实现泵站