煤矿井下钻探主要危险因素辨识及防治措施

巨朝晖

摘要：井下钻探作为煤矿企业保障安全生产的常用方法，容易受到一些因素影响而导致直接事故、连带事故的发生，严重威胁煤矿的安全生产。文中分析了煤矿井下钻探作业时易出现的危险因素，并结合煤矿生产实际给出防治措施。

关键词：煤矿企业；井下钻探；危险因素；防治措施

我国煤田地质条件复杂，瓦斯、水害和高地应力等自然灾害严重制约着煤矿安全生产。煤矿井下钻探施工是进行瓦斯综合治理、矿井水害防治、隐蔽致灾因素探测、冲击地压防治等最为有效、直接的手段，是煤矿安全高效开采重要的地质保障技术。

1、煤矿井下钻探施工现状

目前，煤矿井下钻探装备已由单一的分体式结构发展到履带式、定向钻机等多种类型，并且钻进能力已发展到超过2000m；钻进装备配套钻具的规格和品种也不断增加，产品性能稳步提高。

传统回转钻进钻机配套稳定组合钻具的钻进工艺技术存在钻孔方向控制难度大、深度有限、钻孔利用率低等缺点，导致钻孔工程量大、钻孔覆盖存在盲区，而且不能实施长距离超前钻孔，不能有效地解决采掘接替矛盾，实现高效综采，即便如此，常规回转钻进钻机依然是大多数煤矿进行瓦斯抽采、探放水和消突防突等施工的主要钻进装备。随着钻探技术的不断发展和煤矿井下对煤矿地质异常体探测、瓦斯抽采、水害防治等施工钻孔轨迹控制准确度的要求不断提高，煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备作为一项新成果得到了广泛推广与应用，其具有钻进效率高、钻孔深度大、钻孔轨迹可测控、一孔多分支、单孔抽采瓦斯浓度高、钻孔瓦斯抽采区域面积大等优点，现已成为煤矿井下钻孔高效施工的新手段，钻孔深度记录也不断刷新。

2、煤矿井下钻探危险因素辨识

2.1 孔内事故因素

（a）未选择适宜的钻进参数，这是导致事故发生的主观因素。通常钻进参数主要包括钻压、钻速和冲洗液参数等。当钻机作业进入软岩层或断层破碎带时，尤其是施工上斜孔时，孔壁十分容易发生坍塌并对钻杆施加一定挤压力，这时若作业人员未发觉孔壁坍塌并继续对钻杆施加钻压，在复合力的影响下，钻速未减缓，钻杆便会发生弯曲断裂。此外，当钻具发生堵塞而冲洗液无法正常循环时，钻头往往无法及时冷却，继续钻进时便容易引起烧钻事故；（b）地质条件复杂多变。主要是指钻探作业通过断层破碎带、岩层蚀变段、岩溶等复杂多变的构造发育段时，钻孔孔壁十分容易坍塌，继而诱发卡埋钻或烧钻事故；（c）钻探设备老化，所用管材质量不达标；（d）钻探作业人员违规操作。操作人员未严格按照操作规范进行施工，或施工作业时注意力不集中，未及时发现钻探中的异常现象从而导致最佳处理期的延误。

2.2 地压危害因素

地压危害是煤矿井下钻探作业中必须高度重视的安全问题之一，作业人员在作业时必须严格遵守操作流程，不断提升作业水平并积极探索各类钻探新工艺，在合理选择各钻进参数的基础上配合矿山地压管理，总结井下地压的发生规律，进而采取针对性的防范举措，降低安全事故发生概率。

考虑到岩层发生蚀变后强度降低显著，在该区域进行钻探作业，钻杆的旋转会对岩层造成一定扰动，再加上节理裂隙发育显著，一旦局部支护不到位，则岩层应力集中便会得到释放，导致巷道变形的同时对钻探作业造成威胁。井下作业中出现地压危害的条件：（a）地压应力的释放要有一定的高差与时间，提前会发生围岩的变形并发出异响；（b）地压危害出现时钻探人员正在危险区内施工作业。注意对这两点的观测可有效地发现危险并能及时撤出危险区。

2.3 井下水害因素

井下钻探作业在富水区域进行施工时，受到地质条件等多种因素的影响，钻探人员往往会面临采空区突水、构造裂隙水等威胁。主要类型如下：（a）老采空区水害。部分矿区周边存在众多以往小煤窑开采遗留的采空区，这些采空区因为历史原因，数量与分布均不清楚，在水源的长时间补给下多积存有大量积水，对矿井的正常回采作业威胁巨大，也是井下鉆探中的主要危险因素之一；（b）构造裂隙水。受矿床构造影响，矿井的奥灰含水层岩溶发育且裂隙较多，含有大量构造裂隙水，因此对钻探施工安全有着一定威胁；水害是威胁井下钻探施工的主要危险因素，根据以往的生产实践，针对水害的辨识主要包括两点：围岩出现异响且周围水汽含量增大；钻具钻进时发生钻杆迅速进尺且压力突然增大的情况，钻孔内有“臭鸡蛋”味飘出。

3、煤矿井下钻探危险因素的应对

3.1 孔内事故防治

（a）井下作业时施工现场必须配设公母锥、导向器、吊锤、反丝钻具等专用事故处理装备；

（b）增强对钻探设备的安全检查，及时处置设备故障，有效杜绝违规超负荷运行的发生；

（c）对钻探作业人员进行定期业务培训，加强经验交流。同时，结合矿井实际，编制针对性的安全知识汇编材料；

（d）构建严格的奖惩措施，提升作业人员的责任心，要求其对钻进的每个环节做到全面掌握。在交接班时，要对钻孔内情况进行翔实交接。

3.2 地压危险防治

（a）井下钻探时必须增强对作业现场的围岩管理，及时捡敲浮石，并对异常现象及时甄别处理；

（b）做好矿压监测工作，构建完善的矿压监测体系，同时根据地压活动规律增强对钻探管理人员的针对性培训，并采用有效方式对地压危害进行预防。

3.3 水害防治分析

针对矿区水害特征，制订相应预案，并在超前探水期间做好孔口装置的管理，孔口安装要求如下：

（a）在孔口四周呈三角形布设 3根锚杆，用于固定孔口管；

（b）使用108mm钻头开口，钻进5m深后，安装长5.2 m、直径91mm、壁厚4mm的孔口管，孔口内长5m，外露长0.2 m；

（c）使用膨胀橡胶缠绕孔口管，缠绕长度5m；

（d）孔口安装孔口阀门及压力表。完成孔口管的安装后必须全面进行质量检测，其抗压强度不能小于4MPa。钻探作业必须在孔口装置中进行，一旦遭遇水量或压力的突然增大，应及时关闭阀门并待查明原因后继续钻进。

3.4 钻孔注意事项

首先，在施工过程中技术人员应做好以下准备工作：沿途应确保流水通畅，且做好排水沟的清理与维护工作，有效清除巷道中的浮煤。同时还应保证最大排水量不小于100m3/h。期间应注意做好流水线路巷道的加固工作，尤其应连锁加固沿途的十字头以及丁字口等处，确保巷道坡度大于5°，对于不沿底的路段应利用编织袋装煤的方法进行铺底。其次，煤矿还应指派专业人员定期检查打钻地点的甲烷以及二氧化碳等气体的含量，并在施工地点安装便携仪检测瓦斯浓度。当瓦斯浓度超标时，打钻人员应立即停止作业，切断电源，并及时报告矿调度室，以便及时处理。再次，打钻期间若发现异常问题，应及时向矿调度室汇报，听候处理指示。技术人员应与矿地测量技术人员充分协商后，方可根据煤矿开采实际情况调整钻孔参数。在施工场地中工作人员应摆放整齐钻杆与其他钻具，安装及拆卸过程中必须轻拿轻放，不能使用铁器敲打钻杆，并及时码放好拆卸后的钻杆。另一方面，技术人员操作钻机时应将操作手柄处于空挡位置，之后启动电机，检查电机回转以及升降情况，以便及时发现问题及时进行调整。

4、结语

总之，钻探作业作为井下生产中不可缺少的作业类别，其对矿井生产的安全持续开展影响重大，矿井管理者应重视相关问题，在生产中组织专业技术力量，对钻孔作业中的主要危险因素加以有效辨识，并针对性开展防治，从而为矿井生产的安全进行提供有力指导。

参考文献

[1]苗葳，丁荣飞.煤矿井下深孔定向超前钻探技术研究与应用[J].中国高新技术企业，2017（10）：216-217.

[2]赵庆华.探讨钻探技术在煤矿井下防治水中的应用[J].科技展望，2016，26（13）：77.

[3]豆旭谦，魏宏超，王林杰，曹建明，石会田.煤矿井下坑道钻探常见钻孔事故分析与处理方法探讨[J].西部探矿工程，2015，27（08）：21-23.

（作者单位：中煤科工集团西安研究院有限公司）