王瑞畅

【摘  要】煤矿在井下开采期间经常会遇到瓦斯异常问题，而施工瓦斯抽放钻孔是重要的瓦斯治理手段。在顺层钻孔施工期间经常会遇到煤体松软、钻进困难、钻孔内煤粉排粉不畅、钻孔内瓦斯浓度大出现吸钻或顶钻等现象，最终导致出现钻杆压死情况的产生。大大降低了打钻速度和影响打钻效率。本文就主要针对三软煤层打钻期间施工遇到的问题及工艺优化进行详细的介绍。

【关键词】三软煤层;顺层钻孔;压钻;施工工艺

引言

在煤矿开采中，煤矿瓦斯事故是一种普遍存在的灾害。在瓦斯治理过程中，采取最主要和最有效果的方法就是施工瓦斯抽放钻孔对煤层中的瓦斯进行抽放，降低煤层内瓦斯含量，保证工作面和掘进头的安全生产生产。由于煤体松软，钻孔排粉不畅等问题经常会在钻孔施工期间出现顶钻或吸钻的情况，甚至出现钻杆压死钻孔报废的现象。因此优化打钻进程，吸取经验教训可以提高打钻效率。

一、25080下巷工作面概况

观音堂矿所采煤层二1煤层为层位稳定，结构简单～复杂，大部分为可采的不稳定煤层，但存在煤厚变化短距离内突变。随着开采深度的增加以及地质构造的影响，二五采区埋深达到500m以上，煤厚变化较大，局部存在高瓦斯赋存带，当工作面推进至高瓦斯赋存带时，存在瓦斯涌出量异常增大现象，给安全生产带来威胁。二五采区25080工作面煤层呈层状分布，地质条件较复杂，煤层顶、底板起伏不平，导致煤厚变化较大。煤层倾角13°～20°，平均15°，属缓倾斜煤层;煤层厚度1.2～11米，里段（靠近原25080工作面切眼）煤层较厚，最厚达到11米以上，煤层厚度变化大，平均煤厚为5米;煤层呈粉末状，强度较低，松软易冒落。通过25080回采工作面回风流传感器监测，多次出現瓦斯异常（分别发生在2018年11月7日、2019年1月11日、2019年1月13日、2019年2月15日），回风流瓦斯浓度达到最高0.61%，采煤工作面瓦斯浓度存在短时间瓦斯超限现象。

该工作面煤层呈层状分布，外段为无煤段，里段540m---700m开始进入煤体，顶板坡度13°;前期巷道掘进坡度为+6°，进入厚煤层后，顶部漏煤难以控制，改为+10°掘进。25080煤层较厚，煤层厚度为7～10m。由于顶底板起伏波动较大瓦斯赋存异常，因此采取施工顺层钻孔进行瓦斯治理，施工过程中钻进困难。经义安、新义、新安等多矿指导学习对三软煤层打钻进行原因分析，对打钻流程优化。

二、25080工作面钻孔施工设计

①为了做好工作面回采期间的瓦斯治理，首先在25080工作面下巷施工1号钻场与2号钻场施工瓦斯抽放孔，设计施工2排75个钻孔，孔深23.7-77.4m。

②25080工作面在改造巷贯通点向外30米向下设1个钻场、60米向下设1个钻场，共设计两个钻场。每个钻场设计瓦斯抽放钻孔24个，共48个，钻孔平均深度30米。在改造巷贯通点向外50米处向上开设钻场，设计顺层钻孔39个，钻孔平均深度40米。

③在25080工作面切眼进行瓦斯抽采，钻孔布置在切眼煤墙侧，改造巷贯通点向上布置33个孔，向下布置20个孔，总共53个孔，孔距3m、孔深20m，距离顶板1m。

三、25080工作面三软煤层施工困难的原因

煤层钻孔施工困难主要是由于以下几方面的原因造成的：

（1）、系统风压不稳。压缩风主干管到各采区后，分成采区支于管，支干管又被分成许多分支进入各采掘工作面。这样，一个工作面的风压就会受到其他采区或工作面用风量的影响。施工顺层煤孔过程中，当风压大时，钻孔排屑正常;当风压突然减少时，钻孔排屑不畅，造成堵孔。当孔底风压达到一定高度后，会突然冲破堵塞钻孔的煤粉，形成喷孔现象，将积聚在孔底的瓦斯在很短的时间内带出钻孔，可能造成瓦斯超限。

（2）孔内灭尘水量控制不准。采用孔口捕尘或巷道内捕尘技术，一方面会影响钻场环境，另一方面捕尘效果不好，对人体健康有较大危害。采用孔内灭尘技术，存在一个水量控制的问题，水量小时，会排出粉尘;水量大时，钻孔排屑不畅，造成堵孔。当孔底风压达到一定高度后，同样会出现喷孔，造成瓦斯超限。

（3）对钻孔前方的应力集中区认识不清。巷道两侧及掘进工作面在一定范围内存在一个应力集中区域，钻孔进人该区域后，排屑量、瓦斯涌出量明显增大，钻孔甚至会向某个方向漂移或错动。如果对钻孔前方的应力集中区没有认识或认识不清，钻进时仍按卸压区的工艺进行钻进，势必会造成夹钻、喷孔、丢失钻杆等问题。

（4）如果钻机固定不牢，钻孔施工到一定深度后，会使钻机轴线与钻孔中心线不在一条线上。如果开孔质量不高，刚打出的钻孔中心线就不在钻机轴线上，造成钻孔扭力增大，影响钻孔质量、钻进深度和速度，甚至会造成丢失钻杆、报废钻孔等问题。

（5）钻杆质量不好，在加上钻孔进入应力集中区后变形或漂移，会造成钻孔变弯，钻杆扭力增大。一套钻杆用2—3次后，接头处变形严重，螺母直径变大，起钻时，易拉脱节，丢失钻杆。

四、创新优化思路

（1）在压风支管上安设风包。在施工顺层煤孔的工作面压风管路上，安设装有压力表的风包，可以基本解决短时间风压忽大忽小的问题，如果风压下降时间较长，可以暂停钻进，但要保持钻杆旋转，以免夹钻。待风压恢复后，再进行钻进。

（2）孔内灭尘水量要调校准确。既保证孔内灭尘效果，又不会因水量过大造成钻屑堵孔，水量的大小，主要是根据多次观察的经验来决定。要在孔外调校水量，因为孔内调节水量存在很大的盲目性，原则上要予以杜绝。

（3）通过观察瓦斯涌出量、钻屑量和钻杆扭力的大小来确定应力集中区的范围。当孔内瓦斯涌出量、钻屑量和钻杆扭力增大时，可以确定钻孔进入了应力集中区。在应力集中区钻进时要放慢钻进速度，保持瓦斯涌出量、钻屑量和钻杆扭力与卸压区的数值基本相等，必要时前后拉动钻杆，直到钻孔周围应力基本释放完毕、孔壁成型为止。钻孔穿过应力集中区后，上述指标就会趋于正常，可以适当加快钻进速度，但其速度应控制在卸压区和应力集中区之间。

（4）钻机固定要牢，开孔质量要提高。钻机要有地宫盘，必要时垫上厚度不小于100 nHn的木板，保持机座平稳。钻机前后地宫盘上要打四根单体液压支柱，支柱初撑力一般不小于50 kN。支柱质量良好，不得漏液。开孔位置必须在立轴的轴线上，必要时采用木板或钢板导向。开口钻进速度要慢，直到钻孔质量符合要求后，再加压正常钻进。

（5）钻杆质量要符合有关质量标准要求，材质低劣或加工粗糙的钻杆坚决不能使用，否则将会带来很大的损失。

（6）提高钻机能力。施工顺层煤孔，在条件允许的情况下，尽可能选用大功率钻机，这样可以加大钻孔深度，减少夹钻、丢失钻杆的概率。

五、现场应用效果

经过改进后，严格按上述六个方面的解决方法施工，不仅减少了报废孔数，缩短了施工时间，而且促进了25080改造巷单进水平的提高，减少了打钻工程施工时间，提高效率。由以前每两班一个钻孔提高到每班施工一个至一点五个钻孔。

六、结论

瓦斯治理对矿井安全开采意义非凡，每一个钻孔都是一个良心工程，钻孔施工的效率直接影响瓦斯治理工程的进度。三软煤层的打钻施工难度较高，危险性较大，采煤企业应当制定科学合理的施工方案及设计，制定专项措施，优化施工工艺和流程，吸取打钻期间的经验，不断完善施工工艺，不断提高瓦斯治理水平。

参考文献：

[1]王国飞.千米钻孔打钻防喷雾装置在双柳煤矿瓦斯抽采中的应用[J].能源与环保，2018，40（4）：37-39

[2]张彦啟.三软难抽煤层瓦斯抽采浓度偏低的影响因素研究[J].能源与环保，2018，40（5）：41-45

（作者单位：三门峡观音堂煤业有限公司）