松软煤层顺层钻孔成孔工艺技术
设计为走向长壁、综采工作面,巷道长度:风巷725m,机巷614m,倾斜宽为115m。工作面东部为Ⅱ6111采空区,南部靠近DF117断层,工作面西部和北部是二水平南翼运输大巷和二水平南翼轨道大巷。工作面里段略跨过宽缓的小城背斜,工作面内六煤层形态受小城背斜控制。Ⅱ6113切眼位于小城背斜的西翼,工作面机巷标高在596.2~-579.0m之间,风巷标高在598.2m--563.0m之间,切眼标高为一579.0m~-569.2m。
采煤方法:该面采用走向长壁采煤法回采,全部跨落法管理顶板。
通风方式:该面采用“u”型通风方式,上行通风,工作面设计风量800msup>3/min。
1.2煤层赋存情况
Ⅱ6113工作面内六煤层形态受小城背斜及丁河向斜控制。煤岩层倾角平缓,一般为2°~10°。受断层影响,局部煤层倾角较大,达到20°左右;Ⅱ6113工作面周围中小型断层较发育,煤层的原生构造受到一定的破坏,从周围钻孔资料和现有的地质资料判断;Ⅱ6113工作面煤厚在2.60m~2.95m之间,平均煤厚为2.81m,煤层可采性指数为1,煤厚变异系数为8%,煤层结构简单,无夹矸,Ⅱ6113工作面煤层属于结构简单、稳定的中厚煤层。
1.3可能影响钻孔施工的地质构造
Ⅱ6113工作面存在的地质构造主要有以下方面:背斜构造、断层构造和层滑构造。其中主要影响钻孔施工的地质构造为断层构造和层滑构造。Ⅱ6113切眼的DFll7断层落差达到0~20m,对钻孔施工位置的煤层产生拉升和牵引作用,导致煤层产状发生变化,不利于钻孔跟层效果。
层滑构造影响附近的煤层起伏较大,常表现为煤层顶底板穿刺、“椅状”断层、顶底板出现揉皱等类型,此类构造对钻孔施工也有较大影响,容易造成钻孔穿入煤层底板或者顶板,影响跟层率。
2钻探工程设计方案
Ⅱ6113切眼煤层瓦斯含量达到12.03m3/t,瓦斯涌出量增大,因此需要采取预抽煤层瓦斯的区域防突措施。工作面瓦斯涌出量主要为本煤层瓦斯涌出,采取顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的防突措施,即在工作面迎头向工作面前方煤体布置瓦斯预抽钻孔和在Ⅱ6113切眼右帮DFll7断层侧施工顺层钻孔预抽煤层瓦斯(钻孔布置见图1)。
3钻探设备选型及钻孔参数
3.1设备选型
采用ZDYl900S钻机,钻机最大回转速度50-175r/min,最大进力102kN,最大起拔力70kN,回转扭矩3200n/m,电机功率37kW,使用63.5mm深螺纹钻杆。
3.2钻孔参数
设计钻孔26个,孔径均为108mm,使用高强度复合片钻头,总设计钻探工程量958.4m。具体数据见表1。
4相关技术要求
(1)为施工使用ZDY1900S型钻机,采用Ф63.5mm深螺纹钻杆+Ф108m刮刀钻头组合施工,采用风作为排屑介质;瓦斯探放钻孔施工采用压风排钻屑法钻进。(2)钻孔施工过程中控制钻进速度,防止钻孔偏斜不能达到施工设计位置。(3)开机前,先开风后钻进,先停机后停风。开始钻进时,要减压慢钻,待钻头全部钻进岩层中工作平稳后,压力再逐渐增大至合适压力为止。(4)适当控制钻进速度,保证钻孔孔口排渣正常,确保钻孔后路畅通,防止孔内瓦斯积聚造成噴孔。若排渣不畅、进尺缓慢,需调整转速时应有记录。(5)钻孔终孔后必须用压风冲洗钻孔3-5min,钻杆保持正转,待孔内无明显返渣后方可撤钻。起钻过程中必须全程使用压风,确保孔内通畅。(6)安装钻杆应不堵塞、不弯曲、丝口无磨损。连接钻杆时,对准丝口,不歪斜、不漏风。
5施工过程中存在问题
本次施工的所有钻孔中,补2孔,3#孔,5#孔,9#孔,10#孔,12#孔,13#孔,14#孔,19#孔,23#孔,26#孔均出现吸钻现象,吸钻的主要原因:由于煤层松软或者瓦斯涌出量突然增大,造成孔内压力不平衡,煤屑不能及时返出。以9#孔为例,9#孔为全煤孔,采用Ф108mm钻头+Ф63.5mm深螺纹钻杆施工,钻孔实际倾向140°,实际倾角4°,钻孔孔深40.6m。施工过程中28~31m吸钻,31~40m塌孔。施工至32m处出现塌孔情况,起出钻杆后扫孔钻进,在施工至37.5m处又出现塌孔现象。频繁塌孔复注浆导致钻探效率低。
6解决方案
(1)优化钻孔设计参数,保证钻孔倾角大于0度,避免钻孔斜长大于60m。(2)钻进过程中使用井下压风代替水作为介质排除煤屑。(3)使用深螺纹钻杆代替平钻杆,煤屑通过旋转的深螺纹从钻孔中排出。(4)使用四翼内凹式钻头,钻进过程中轻压慢钻,确保钻孔孔壁四周稳定。(5)本次预抽钻孔施工过程中,每次成孔后起钻后迅速下放孔口管,有效的杜绝了塌孔现象。
7应用效果
(1)钻孔在煤中钻进时,采用水作为介质排出煤粉,由于煤层较为松软,且高角度裂隙较为发育,钻孔揭露处煤壁容易受潮塌孔。采用压风为介质排出煤粉可保证钻孔揭露处煤壁完整,减少塌孔情况出现。(2)使用深螺纹钻杆代替平钻杆,煤屑在钻杆自转时通过深螺纹排出。(3)钻孔角度尽量设计为仰角孔,这样更能便于煤屑通过压风排出。钻孔斜长在设计时候考虑到风压大小予以更改,便于压风能正常排出煤屑。(4)使用四翼钻头,增加钻头与煤层的接触面积,并轻压慢钻,降低钻进过程中对煤层的破坏程度。(5)在起钻结束后及时下入抽放管,避免起钻后钻孔塌孔。
8结论
本次钻探工程实际施工钻孔29个,实际总钻探工程量847.4m。煤层钻进过程中由于靠近老塘,煤壁受潮,极易出现塌孔情况。单纯采用压风为介质排出煤屑的措施预防塌孔往往效果不好。施工煤层中钻进的钻孔施工前,首先要根据井下风压情况对钻孔设计参数及钻具组合进行优化,在起钻后及时下入抽放管,才能有效的预防塌孔。