程军- 穿层钻孔论文

突出煤层群穿层钻孔施工工艺改进报送单位:皖北煤电集团恒源股份有限公司

安徽省煤炭学会2011年通风安全专业学术研讨会报告材料突出煤层群穿层钻孔施工工艺改进程军1，刘延俊1，孙玉峰1，梁坤柱1，梁磊1，汪宏伟11.安徽卧龙湖煤矿有限责任公司，安徽淮北，中国，235100E-mail:wlhmk@163.com摘要：卧龙湖煤矿属煤与瓦斯突出矿井，地质条件复杂，构造较发育，煤层瓦斯压力大、含量高，穿层钻孔穿透多层煤层时施工困难，施工工期长，严重影响了石门揭煤时间和煤巷进入作业时间，给矿井生产接替带来不利影响。本文论述了突出煤层群条件下穿层钻孔施工工艺改进方式，提高了钻探效率，为突出矿井瓦斯治理工作积累了宝贵经验。安徽卧龙湖煤矿属煤与瓦斯突出矿井，建井至今已发生3次突出。矿井可采煤层10煤层、8煤层、7煤层、6煤层均为突出煤层。各主采煤层均受火成岩侵蚀，侵蚀区域内煤层瓦斯赋存不规律，地质条件复杂。矿井各主采煤层赋存情况如下表所示：1、引言卧龙湖煤矿各主采煤层瓦斯赋存表煤层层间距（m）煤厚（m）破坏类型最大瓦斯含量（m3/t）最大瓦斯压力（MPa）坚固性系数f透气性系数（m2/（Mpa2.d））备注61312751.1Ⅲ～Ⅳ类15.72.5（含水压）0.56——北翼采区联合开采南翼采区单独开采71.3Ⅲ～Ⅳ类19.72.3（含水压）0.514.1482.6Ⅲ～V类24.61.850.54.29102.5Ⅲ～Ⅳ类26.34.5（含水压）0.940.02矿井煤层综合柱状示意图

矿井北翼采区为多煤层联合开采，主采6、7、8煤层，三层煤层间距在10m左右，为解决煤层瓦斯突出问题，在8煤底板20m左右施工底板抽放巷道，采用圆钻杆施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯。2、突出煤层群穿层钻孔施工情况采用3200S型全液压钻机，使用圆钻杆水力排查钻进方式施工穿层钻孔，穿透8煤层时相对简单，即使不返水仍然可以强行穿透。由于8煤层瓦斯含量大，透气性系数高，瓦斯解吸速度快，煤层松软（f＜0.5），继续向上穿透7、6煤层群时，出现煤体跨落堵塞钻孔后路，造成瓦斯积聚，钻孔不返水，孔内瓦斯压力和水压升高，当压力达到一定值时，后路堵塞物突破，出现喷孔。在处理不返水时需要反复提钻、穿钻，容易造成孔内事故。钻探效率低下，钻孔提钻后还会发生憋孔喷孔现象，致使瓦斯管理工作困难，带来安全隐患，抑制了施工进度。

例如：我矿北一采区四区段8煤底抽巷在2011年1月-6月期间，共安排5台钻机施工，该巷道配风2500m3/min，2月11日4#钻机提钻后出现喷孔，钻机瓦斯传感器瞬间达到4%（低浓瓦斯传感器），通过北翼总回风巷风量及瓦斯浓度计算喷出瓦斯量达270m3，喷出煤量1.1t。3、突出煤层群穿层钻孔施工工艺改进3.1传统打钻工艺（1）73mm圆钻杆、108mm钻头，水力排渣方式;（2）采用增大孔径比的方式：先用￠127mm钻头打到8煤，立即停止钻进，退出钻杆，改用￠94mm复合片钻头水力（风力）排渣钻进。通过对几种打钻工艺进行分析比较，存在问题主要有：（1）钻机效率低，单台工效基本在30m/天；（2）不能解决“塌孔—堵孔—喷孔”瓦斯问题，有时为了解决瓦斯问题，四台机组不能同时作业；（3）工人劳动强度大，需要反复提钻、穿钻；（4）钻头磨损严重，抱钻、埋钻、丢钻具现象普遍。针对传统施工方法所存在的问题，决定对钻机快速高效穿透多层煤层技术进行研究，解决钻探效率低下，“塌孔—堵孔—喷孔”瓦斯问题。3.2突出煤层群钻探工艺改进方式探索（1）三角钻杆试验：引进三角钻杆，理论上三角钻杆比圆钻杆释放的空间大，通过相应增加孔径比更利于排渣。由于3200型钻机卡瓦抱不住钻杆，无法自卸，同时卡瓦与钻杆接触面小，对钻杆损坏严重，故试验失败。

三角钻杆（2）在圆钻杆上缠绕盘圆进行试验：

在第一节钻杆上焊接2个铁片，同时使用螺丝帽用来固定盘圆，钻孔见8煤层后，立即退出钻杆，利用钻机旋转向前输送盘圆，通过人为创造摩擦力给煤岩粉一个向下排渣的通道。通过试验发现钻杆在进入8煤后可以改善煤粉排渣，堵孔现象有所缓解，由于是人工控制缠绕进度，其缠绕密度无法精确控制，导致后期试验失败。但受此启发，决定定制浅螺纹钻具。

圆钻杆缠绕盘圆

（3）改造钻具（双螺旋自接式麻花钻杆）主要技术参数：在￠63.5mm圆钻杆外焊接钢带，外径￠73.5mm，钢带宽200mm，螺纹间距25mm，每根钻杆约20圈螺纹，钻杆长1000mm。使用浅螺纹钻杆（双螺旋自接式麻花钻杆），配套108mm钻头，水力排渣钻进方式施工。浅螺纹钻杆

浅螺纹钻杆工作原理

钻头进入煤层后，通过外接螺纹旋转带动使煤岩粉直接向孔外排出，因螺纹搅动作用，使煤岩钻屑会持续向孔外排出，保证了孔内畅通，杜绝了煤岩粉积聚堵塞钻孔，瓦斯连续排出孔外，解决了因钻孔施工造成的喷孔、瓦斯超限等难题，保证了钻孔施工安全。4、改进效果与存在问题4.1改进效果分析：⑴2011年1月—2月圆钻杆施工单机平均进尺30米/天，3月-5月使用浅螺纹钻杆工艺施工单机平均进尺135米/天，单机日进尺最高达到316.5米，平均单机效率提高4～5倍，月度单机最高达3760米/月且钻孔成孔好；四区段8煤底抽巷瓦斯治理工程提前13.3个月完工，为瓦斯抽采赢得了时间，保证了矿井生产接替；⑵浅螺纹钻杆工艺施工过程中杜绝了抱钻、埋钻、丢钻等事故。此项施工工艺的改进每年可以节约人工工资135万元，节约材料费用258万元，年累计节约393万元；⑶通过改进施工工艺缓解了钻孔喷孔强度，由高强度喷孔状态转变到孔内瓦斯气体持续释放状态，减少了因喷孔而导致的煤岩粉喷出伤人事故。4.2存在问题：⑴浅螺纹钻杆和卡瓦接触面较小，螺纹磨损较快，卡瓦也易损坏；