顺层钻孔下筛管技术在八矿戊组煤的应用

顺层钻孔下筛管技术在八矿戊组煤的应用

朱林 1 王娟 2 李迎旭 2

1.中国平煤神马能源化工集团通风处，河南 平顶山 467000； 2. 平顶山天安煤业股份有限公司八矿，河南 平顶山 467012

摘 要:为了解决松软低透气性煤层顺层钻孔塌孔难题，八矿在戊_9.10-12080机巷进行了顺层钻孔下筛管高效抽采瓦斯技术试验。通过对比下筛管本煤层顺层钻孔和传统本煤层顺层钻孔的抽采浓度、抽采纯量数据，采用下筛管技术的单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量比对比孔提高1倍以上，由钻孔塌孔引起的瓦斯抽采困难、浓度低的问题得到治理，瓦斯浓度和纯量显著提高。确保了矿井安全高效生产。

关键词：煤与瓦斯突出;松软低透气性煤层;瓦斯抽采;筛管;顺层钻孔;抽采浓度

八矿戊组煤层普遍存在煤层松软、地质构造多，瓦斯压力增大等问题，使用传统的瓦斯抽采钻孔施工过程中，钻机受松软煤层影响，易塌孔，排渣困难，喷孔、塌孔现象突出。为了解决这一难题，在戊_9.10-14160机巷试验了顺层钻孔钻孔护壁技术，该技术是防止松软煤层抽采钻孔塌孔的有效手段。当前，护孔装置及方法有多种形式。目前筛管护孔技术具有施工工艺简单，经济投入少，护孔效果好等优点。

1. 巷道概况

戊_9.10-12080工作面位于戊二下延采区，西部为新西二风井保护煤柱，东至采区下山，北临戊9.10-12121采面，南邻戊_9.10-12101采面。根据钻孔及相邻采面揭露戊_9.10煤层资料，该采面煤厚在4.0～4.8米左右，平均按4.2米，构造区域有变薄情况。煤层倾角平均为11°。等高线总体趋势平稳，该煤层为半光亮至半暗型煤。工作面标高为-372～-423.2米,地面标高+120～170米，埋深492～543.2米。

2. 技术原理及试验装备

2.1技术原理

顺层钻孔下筛管高效抽采瓦斯技术原理为利用ZDY系列全液压坑道钻机，配套大通孔宽翼片螺旋钻杆和内芯可开闭型PGC钻头，采用中风压回转钻进成孔。成孔后不提钻，从大通孔宽叶片螺旋钻杆内部下入带有筛眼的PVC抽放管，利用孔底悬挂装置进行固定，然后起出钻杆，将PVC抽放护孔筛管留置在孔内，形成永久瓦斯抽采通道。

2.2试验装备

2.2.1钻机

根据实验要求，结合施工地点地质条件，本次戊9.10-12080机巷打钻选用ZDY3200S 型钻机。

ZDY3200S 型钻机: 电机额定功率37KW，扭矩3200N·m,配备φ73mm三棱钻杆，φ113钻头，最大钻进深度300米，能够满足钻孔设计要求。

2.2.2钻具

（1）钻杆

钻孔施工钻杆普遍使用圆钻杆、螺旋钻杆与三棱钻杆。在八矿目前的煤层地质条件状态下，选择使用三棱钻杆，比较而言三棱钻杆具有机械强度高、耐磨性好、成孔整体通径大、导风导水能力强、排粉能力增强等特点，能有效解决塌孔、钻屑大量涌出造成的夹钻等问题。与螺旋形钻杆、圆形钻杆相比，三棱钻杆钻进速度快效率高、成孔深度较深、排渣效果好、成孔率高，更适合八矿戊组煤层条件。

（2）筛管

护孔管材选用具有抗静电阻燃性的聚氯乙烯管，简称PVC管。根据GB 50471—2008，钻孔封孔管直径d与管路内的混合瓦斯流量Q及流速V有以下关系:d=0.1457(Q/V)0.5(其中:V可取经济流速5～12m/s)，则突出矿井可选封孔管直径为10～30mm，经计算，抽采2个月后，直径13mm的封孔管即可满足抽采要求。试验筛管选择40mm和32mm，满足抽采要求。筛管设计参数:筛眼直径10mm，孔间距200mm，4排，展开后孔眼呈梅花型，筛管单根长度为1．5m。有丝扣和插接2种连接方式，满足护孔以及下管时在强力扭转挤压时而不被破坏。

（3）悬挂装置

悬挂装置可以单个使用，也可以多个串接使用。2 个或 2 个以上多个串接使用时，悬挂装置的翼片在装配时要形成一定夹角，目的是退钻时，使悬挂装置弹片容易楔入孔壁，呈均布状态悬挂，增大与钻孔摩阻力，从而固定住整套筛管，或由于钻孔自然坍塌，将悬挂装置及弹开翼片埋住形成握裹状，依靠固定装置产生的握裹力将整套筛管牢固地安设在钻孔内。

3现场实验及分析 3.1 实验情况

在戊_9，10-12080机巷里程88至300米区域，分别施工倾角8-11度、孔径113mm、设计孔深100米，部分数据如表1所示。

表1 下筛管钻孔参数表

3.2 瓦斯抽采效果分析

3.2.1 瓦斯抽采浓度效果分析

抽采48h后的瓦斯抽采浓度后观察，全程下筛管的钻孔瓦斯抽采浓度总体大于未下筛管的钻孔瓦斯抽采浓度。下筛管的31组实验钻孔中，瓦斯抽采浓度高于60%的钻孔有6个，低于30%的仅有1个，48h浓度达到50%以上的占到60%；而未下筛管的31组对比钻孔中，瓦斯抽采浓度高于60%的几乎没有，低于30%的达到5个，48h浓度达到50%的仅占17%。由此可见，下筛管之后的钻孔瓦斯抽采效果远远优于未下筛管的钻孔。

3.2.2 瓦斯抽采流量效果分析

分别选取21组下筛管和未下筛管钻孔的瓦斯抽采纯流量做对比，全程下筛管的钻孔瓦斯抽采纯流量明显大于未下筛管的钻孔瓦斯抽采纯流量。全程下筛管的实验钻孔的稳定抽采纯流量在0.02～0.077m³/min之间，平均抽采纯量在0.035～0.04m³/min之间；未下筛管的对比钻孔的稳定抽采纯流量在0.004～0.028m³/min之间，平均抽采纯量在0.015～0.02m³/min之间。相对来说全程下筛管的纯流量是未下筛管的2～3倍，效果明显更好。由此可见，采取全程下筛管措施后，单孔抽采纯流量在一定程度上较普通钻孔有所提升，减少了因钻孔塌孔而造成的瓦斯抽采纯流量降低现象。

3. 结论

1.松软破碎煤层顺层钻孔全程快速下筛管技术通过钻孔成孔后不退钻直接下入筛管护孔，既解决了松软煤层钻孔塌孔问题，又解决了退钻后筛管下入深度浅和裸孔下筛管效率低的问题，保证了钻孔瓦斯抽采通道的有效深度。

2.效果分析：采用全程快速下筛管技术后，瓦斯抽采浓度和抽采纯量均能成倍增高，效果明显好于未下筛管钻孔。

作者简介：朱林（1983-），男，研究生，工程师，现从事一通三防管理工作。