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大扭矩深孔鉆車施工本煤層鉆孔工藝技術研究與應用

2012-12-31 00:00:00閔瑞
科技資訊 2012年36期

摘 要:本文介紹了在高瓦斯壓力、高地應力和松軟煤層等地質環(huán)境惡劣條件下采用大扭矩鉆機施工順層鉆孔的技術優(yōu)點。聚隆公司引進的CMS1-6200/80型大扭矩深孔鉆車在該礦進行了井下現(xiàn)場試驗,取得的了較好效果。

關鍵詞:瓦斯突出 深孔鉆車 鉆孔工藝

中圖分類號:TD712 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)12(c)-0073-01

1 問題的提出

聚隆礦業(yè)公司為煤與瓦斯突出礦井,主采2#煤層為突出煤層,平均煤厚3.89 m左右,頂、底板為細砂巖,瓦斯含量大、壓力高。井田內斷層、褶曲比較多,局部地區(qū)有火成巖侵入。

在施工本煤層鉆孔過程中,由于地應力大、煤層瓦斯壓力大,煤體酥脆,打鉆形成的煤粉多為顆粒狀,排渣困難。使用原小扭矩鉆機、螺旋鉆桿鉆進到10~20 m后易出現(xiàn)鉆孔卡鉆、吸鉆、塌孔、噴孔等現(xiàn)象;另外,原使用的鉆機本身存在著不易固定牢固的缺陷,一旦出現(xiàn)鉆孔卡鉆、吸鉆現(xiàn)象,鉆機機身就出現(xiàn)晃動和位移,造成斷桿現(xiàn)象。由于以上原因造成抽放鉆孔的成孔困難,鉆孔深度大多在35~40 m之間。

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求,在進行采掘作業(yè)前必須采取區(qū)域防突措施,要求我們必須施工深度不小于60 m的鉆孔,為此,選擇適合聚隆礦業(yè)公司井下實際情況、滿足區(qū)域綜合防突措施要求的鉆機,研究改進鉆進工藝,實現(xiàn)鉆進深度的突破和鉆進速度的提高,為區(qū)域預抽瓦斯措施的落實提供技術支持是十分必要的。

2 大扭矩鉆機鉆孔工藝技術研究

煤層尤其是突出煤層順層鉆孔施工的最大障礙是打鉆過程中的噴孔、塌孔。而發(fā)生噴孔、塌孔的原因就是在高瓦斯壓力、高地應力或松軟煤層等條件下鉆進,鉆屑的產生量大于排出量,造成鉆孔堵塞,形成卡鉆、吸鉆,當鉆孔內聚積的瓦斯壓力足以克服鉆屑的阻力時便形成了噴孔、塌孔??刹扇∫韵路桨附鉀Q這一問題。

(1)使用風力排渣,減輕鉆孔的噴孔和塌孔。理論和實踐都證明,風力排渣能夠減弱噴孔和塌孔,是突出煤層施工順層長鉆孔的最佳排渣方式。但是風力排渣的基本條件是鉆孔內的風速應能夠吹動孔內的大煤塊,并且吹出鉆屑的能力大于鉆孔鉆進時鉆屑的產生量。為此,可根據(jù)鉆屑的粒度、打鉆速度等,運用氣力輸送理論計算出風力排渣的合理風速,以確保足夠的排渣能力。

(2)為達到要求的風速,需要足夠的風量和風壓。目前礦井的井下壓風管道風壓在0.6 MPa以上,能滿足鉆進正常作業(yè)要求。

(3)設計采用滿足風力排渣和長鉆孔施工的大扭矩鉆桿。由于壓風的壓力最高為0.7 MPa,要在一定的壓力下提高孔內的風速(或風量),就只有降低壓風的沿程阻力損失,這就要適當擴大輸送壓風的鉆桿內孔直徑。同時,順層長鉆孔的長度大,孔壁、鉆屑與鉆桿之間的摩擦阻力也大,應適當增加鉆桿強度。所以,根據(jù)供風參數(shù)和不同鉆孔施工長度的要求,鉆桿的外徑和內徑都有不同程度地增大,并在鉆桿結構上考慮了降阻問題。鉆桿直徑大了,通過的風量和鉆桿強度等也相應提高,更有利于順層長鉆孔的施工。

(4)采用較大能力并適合順層鉆孔施工條件的鉆機。盡管順層長鉆孔成孔的關鍵是打鉆排渣工藝技術,但足夠能力的鉆機是施工長鉆孔的基礎。原來使用的鉆機顯然從鉆機結構到扭矩、推力都不能很好地滿足要求,因而需使用大扭矩鉆機。

(5)采用多級組合鉆頭,利用前端小直徑鉆頭的超前卸壓作用減輕鉆孔的噴孔程度,同時提高鉆孔的定向鉆進效果。

(6)當出現(xiàn)夾鉆時,如果瓦斯?jié)舛鹊蛻⒓赐V褂蔑L,改用水,已提高煤粉的塑性,鉆頭附近的煤給沖走,使卡鉆現(xiàn)象減弱,然后慢慢的退出鉆桿;如果瓦斯?jié)舛雀咄oL用水可能會沖開煤層中的游離瓦斯,使瓦斯壓力增高,瓦斯排不出去,導致頂鉆,在這種情況下應讓風和水配合用,既能提高煤粉的塑性,又不影響瓦斯的排放,同時也能讓卡鉆現(xiàn)象減弱。

3 大扭矩鉆機在本煤層鉆孔施工中的應用效果

2010年以來,我們在聚隆礦業(yè)公司2118運巷、風巷使用江蘇中煤礦山設備有限公司生產的CMS1-6200/80型煤礦用深孔鉆車,配備Ф98 mm中空螺旋鉆桿,Ф113 mm的合金鋼復合片鉆頭。

平均鉆進深度達到100 m以上,最深達到141 m。而且鉆進速度明顯增加,由原來的日鉆進60 m提高到了班鉆進60 m以上。充分證明了該鉆機適合聚隆礦業(yè)公司礦井的實際情況,為區(qū)域防突措施的落實提供了設備保障。(如圖1)。

參考文獻

[1]滑東.煤層氣多分支水平井的摩阻扭矩分析和應用[J].中國石油和化工標準與質量,2012(2).

[2]馮文賓.薄煤層采煤機行走機構扭矩軸的強度分析[J].科技創(chuàng)新導報,2012(9).

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