李曉輝

摘要：文章針對二號煤礦底板抽放鉆孔施工工藝，從壓風排渣、孔口除塵、鉆孔護孔、安全事項等方面進行分析，闡述了提高底板抽放鉆孔成孔率和利用率的有效手段，對于底板鉆孔施工具有借鑒意義。

關鍵詞：壓風排渣；底板抽放；孔口除塵；鉆孔護孔；煤礦生產(chǎn) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）30-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.071

陜西黃陵二號煤礦是一座年生產(chǎn)能力為800萬t的大型現(xiàn)代化礦井，礦井為高瓦斯礦井。目前，礦井生產(chǎn)格局為“一井兩區(qū)、一區(qū)一面”及北一二盤區(qū)和北二四盤區(qū)。根據(jù)目前兩盤區(qū)掘進及回采情況，結合煤層瓦斯含量測定結果可以看出：四盤區(qū)煤層瓦斯含量整體較高，平均達到4m3/t，且底板存在油型氣賦存現(xiàn)象；二盤區(qū)煤層瓦斯含量低，在0.42～0.82m3/t之間，但底板存在油型氣富集現(xiàn)象，施工底板抽采鉆孔是二盤區(qū)瓦斯治理的重點工作。此外，四盤區(qū)在回采時，也需要進行底板油型氣的探測工作，所以礦井需要施工大量的底板鉆孔來保證瓦斯的有效治理。

1 二號煤礦底板地質(zhì)情況

根據(jù)二號煤礦鉆孔柱狀圖可以看出，2#煤底部存在1.23～3.8m之間的泥巖層，部分甚至大于3.8m。根據(jù)二號煤礦鉆孔施工需要，鉆孔施工至2#煤下部10～15m范圍內(nèi)，必須穿過泥巖層，終孔點位置落至泥巖層下部砂巖層，方能滿足抽采需求。

施工底板鉆孔采用傳統(tǒng)的水力排渣，存在以下四個問題：（1）鉆孔在穿越底板以下泥巖層時，易發(fā)生鉆頭堵塞現(xiàn)象，導致鉆孔排水不暢，難以施工；（2）鉆孔施工完畢后，泥巖層遇水易膨脹，導致鉆孔使用周期短；（3）鉆孔內(nèi)易積水，影響底板鉆孔抽采效果；（4）采用水力排渣難以施工100m以上的底板鉆孔。所以采用水力排渣，鉆孔成孔率和利用率均較低，必須進行改進。

2 風力排渣技術的應用

2.1 成孔原理和基本條件

壓風排渣的基本原理是利用壓風機的壓縮空氣，經(jīng)過鉆桿后部注水器，經(jīng)鉆桿內(nèi)孔、鉆頭進入鉆孔孔底，在孔內(nèi)形成高速風流，將鉆屑吹向孔口，從而實現(xiàn)排渣并冷卻鉆頭。

在成孔過程中，一般鉆進過程要求能完全、及時地排出孔內(nèi)的鉆屑，避免鉆屑的積聚，這就要求有足夠的排渣能力。其與孔內(nèi)的風速、鉆孔傾角、鉆屑粒徑、鉆桿直徑等有關，風速越大鉆孔傾角越大，粒徑越小排渣越容易，反之就困難。此外，隨著鉆孔深度的增加，摩擦阻力也隨之增加，所需的壓風壓力也相應提高。

2.2 設備的選擇

根據(jù)風力排渣成孔基本條件，黃陵二號礦主要采用MKD-（5S）3200鉆機和ZRJ25-400/250乳化液鉆機進行施工，其鉆桿為Φ73mm和Φ50mm，施工長底板鉆孔主要采用MKD-（5S）3200鉆機。其Φ73mm的鉆桿，一方面強度大；另一方面由于鉆桿通風孔的摩擦阻力在總的壓風阻力中所占的比重較大，該鉆桿可以減少鉆桿內(nèi)部的壓風阻力，有利于增加成孔時所需的供風量及風壓。移動壓風機選用21.5m3螺桿空氣壓縮機，其壓力可達到0.8MPa，完全可以滿足底板鉆孔施工需求。

2.3 壓風排渣的優(yōu)點

采用壓風排渣施工底板鉆孔具有以下四個優(yōu)點：（1）對孔壁沖擊小，不易破壞孔壁產(chǎn)生垮孔；（2）在鉆進過程中產(chǎn)生的瓦斯氣體與壓縮空氣混合更有利于鉆屑的排出；（3）鉆孔施工完畢后，孔內(nèi)無積水，泥巖層不易堵塞鉆孔，且有利于鉆孔的抽采；（4）可滿足長距離底板鉆孔的施工。

礦井在采用風力排渣改進鉆孔施工工藝后，底板鉆孔成孔率達到100%，克服了水力排渣穿不過泥巖層和成孔時間長的問題，成孔效率比以往提高了近3倍，黃陵二號礦在201工作面成功施工底板鉆孔20000余m，最長鉆孔施工達到196m。

3 壓風排渣除塵技術應用

壓風排渣成孔不同于傳統(tǒng)的水力排渣成孔方式。它采用壓縮氣體排渣，在鉆進時壓縮空氣與鉆屑混合后排出孔口，產(chǎn)生大量的粉塵，必須要對這些粉塵進行控制處理。濕式孔口除塵裝置共由四部分組成：集塵罩、軟風筒、控制臺、除塵器。其工作原理是以壓縮空氣為動力將含塵氣體引射至除塵器內(nèi)，同時供水噴霧在除塵器內(nèi)噴霧，使粉塵與水霧碰撞變成濕潤的水和粉塵混合物，污水在重力作用下分離，凈化后的空氣從除塵器的出口排出。采用該技術后，打鉆的粉塵經(jīng)過濕式孔口除塵裝置，除塵效果達到90%以上。

4 底板鉆孔護孔技術應用

底板鉆孔施工完成后，在使用時間較長時，存在鉆孔易塌孔現(xiàn)象，且由于巷道的積水，容易造成鉆孔內(nèi)滲入大量的水，難以發(fā)揮底板鉆孔的抽采作用，影響礦井底板油型氣的抽采工作。所以為了較好地發(fā)揮底板鉆孔的作用，必須進行鉆孔護孔技術研究。護孔方式如下：護孔花管為每節(jié)長2m、直徑1.5寸的鋼管，管壁加工直徑16mm的小孔，均勻布置，花管兩頭帶絲扣，管節(jié)連接，前端收口封閉。花管送入鉆孔前用紗網(wǎng)包裹，扎帶扎緊，并準備直徑15mm壓風排水管。

鉆孔施工到位后，在最短時間內(nèi)對鉆孔全程下花管護孔，護孔花管和壓風排水管同長，并固定同時送入孔內(nèi)，壓風排水管接壓風系統(tǒng)，利用壓風定期清理孔內(nèi)積水。封孔采用注漿泵注封孔劑，保證封孔長度不小于10m。如圖1所示。

通過護孔、排水裝置的應用，鉆孔未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，底板鉆孔全部得到有效的利用，底板油型氣抽采效果明顯提升。

5 底板鉆孔施工注意事項

底板鉆孔采用壓風排渣施工，全程下護孔管護孔等是一項新的技術和工藝，通過現(xiàn)場應用、實踐，總結出一些經(jīng)驗和需要注意的事項：（1）采用壓風排渣時，為防止孔內(nèi)瓦斯燃燒或爆炸，當發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)返出的壓風很小時，應立即停止鉆進。否則鉆頭在無風或微風情況下鉆進，沒有散熱條件，溫度升高，極易引起孔內(nèi)瓦斯燃燒事故。（2）壓風排渣打鉆時應密切注意返風、排渣情況，當發(fā)現(xiàn)風量小、排渣少時，不要急于進鉆。每加一根鉆桿重新開風后，應先吹一下，等壓風完全到達鉆頭后再開動鉆機鉆進。鉆桿進完后，也要前后推拉一下鉆桿，待煤渣基本排凈后再關掉壓風，加接第二根鉆桿；（3）護孔花管下入鉆孔時，封孔段下方側一節(jié)護孔管不采用花管，防止封孔時，封孔料堵塞鉆孔；（4）孔口除塵裝置使用時，必須將瓦斯抽采系統(tǒng)連接除塵裝置口的防噴孔裝置，可以保證底板鉆孔噴孔或瓦斯?jié)舛容^大時，及時連接抽放；（5）每個鉆孔開孔到結束，應盡量連續(xù)鉆進，避免停鉆時間長，造成鉆孔孔徑縮小或孔內(nèi)滲水，影響鉆進。

6 現(xiàn)場實踐分析

二號煤礦采用壓風排渣施工鉆孔后，鉆孔成孔效率提高了3倍，先后在二盤區(qū)201工作面施工底板鉆孔2.6萬m，鉆孔施工長度最長達到196m；采用鉆孔護孔及排水裝置后，鉆孔抽放效果和利用率得到明顯提升，鉆孔在接近回采工作面時，受采動影響的采空區(qū)底板鉆孔未堵塞，瓦斯仍可以通過鉆孔進行抽采，提高了抽采量。

7 結語

底板鉆孔施工是二號煤礦瓦斯治理的一項重要措施，底板鉆孔施工的質(zhì)量及其能否達到利用效果直接關系到瓦斯災害治理的成敗，二號煤礦在改進底板鉆孔施工工藝后，鉆孔成果和利用效果得到明顯提高：（1）利用壓風排渣技術施工底板鉆孔，更有利于鉆孔鉆屑的排出，減少發(fā)生梗阻，不易在鉆進過程中造成垮孔、抱鉆等現(xiàn)象，從而提高了抽放鉆孔的成孔長度、成孔速度和成孔質(zhì)量；（2）鉆孔施工中孔口濕式除塵器的應用，不僅解決了壓風排渣造成的粉塵濃度高的問題，且通過連接抽放系統(tǒng)，解決了鉆孔瓦斯?jié)舛雀吆蛧娍椎膯栴}，保證了鉆孔的安全施工和人員的人身安全；（3）鉆孔護孔及排水裝置的應用，提高了鉆孔的利用效果和利用時間，壓風排水裝置可以有效地清除鉆孔內(nèi)的積水，提高瓦斯抽采效果。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）endprint