大直径钻机在杜儿坪矿的应用
2018-09-18李晓明
李晓明
（西山煤电（集团）有限责任公司， 山西 太原 030053）
引言
杜儿坪矿为高瓦斯矿井。由于回采工作面生产强度大，多煤层联合开采的瓦斯涌出量大的特点，以及回采工作面“U”型通风方式缺陷，导致回采过程中瓦斯问题仍然困扰着工作面的安全回采，尤其是上隅角瓦斯治理更是尤为困难。采用大直径钻孔替代联络巷埋管抽采治理回采工作面现采空区瓦斯，是一种有效治理回采工作面瓦斯的手段，间接缓解了矿井的采掘接续，减少了联络巷的施工[1,2]。大直径钻机钻大直径钻孔替代联络巷埋管技术也已经在72909巷成功应用，效果明显。
1 72909工作面概况
72909工作面位于杜儿坪矿南九2号盘区，回采2号煤，东邻72908工作面（已采），西邻72910工作面（已掘未采），南邻杜儿坪矿断层保护煤柱相距30 m，北邻南九2号煤盘区回风巷，工作面设计可采走向长度1 595 m，倾斜长240 m，煤层为中厚煤层，煤层厚度1.7～3.6 m，平均3.2 m。
工作面通风方式为“U型”通风（即工作面采用72909机轨合一巷进风，72909回风巷回风），采煤方法为：走向长壁后退一次采全高全部垮落法。
2 大直径钻机参数
本次施工采用煤科集团沈阳研究院自主研发的ZLJ11300L型煤矿用履带式坑道钻机（见图1）。
3 大直径抽采钻孔施工工艺
3.1 大直径钻孔的施工位置
大直径钻孔施工在72909瓦斯治理巷进行，由该巷道向72909工作面回风巷施工大直径钻孔，每隔30 m布置一个钻孔。
3.2 大直径抽采钻孔参数
大直径钻孔管径为650 mm，垂直于保护煤柱施工，开孔高度为1 100 mm。具体钻孔参数见表1，钻孔剖面图如图2所示。
图1 钻机尺寸图（单位：mm）
表1 大直径钻孔参数表
图2 钻孔剖面图（单位：mm）
3.3 钻孔护管的参数及施工方法
3.3.1 护管具体加工方式（见下页图3）
3.3.2 护管施工的方法
钻孔施工到位后，退钻，卸下钻头后利用钻机的推力将护管顶入钻孔内，具体方法如下：
1）将护管运至72909工作面邻近巷道大直径钻孔钻透地点，退钻后将首节护管安装护管尖头（插接式连接，并用螺栓固定，具体见下页图4），利用钻机吊装设备将首节护管水平吊至钻孔内，贴近钻杆位置并调整护管平整度，与钻杆成直线。
图3 护管总装配示意图（长度根据现场确定）
2）无关人员退至安全距离。
3）安装工人开始安装第一根护管，通知钻机司机开动钻机，利用钻机推力将护管顶入钻孔中，待护管推入指定位置后（不要将护管连接头推入钻孔），通知钻机司机退钻，连接下一根护管，依次循环，直至护管安装完毕（护管连接为插接式，利用螺栓固定，具体见图4），护管安装示意图见图4。
图4 护管安装示意图
3.4 钻孔封孔工艺
钻孔采用聚氨酯封孔，封孔长度6 m（钻孔两端分别封3 m），封孔就是将护管周围的空隙填堵，将护管先连接到支管上，然后连接到干管上，再连接到主管上，最后到瓦斯抽采系统。为了避免护管内因碰撞晃动而影响封孔质量，降低抽采效果，孔口尚需用水泥砂浆将护管固定牢固或用木楔塞紧[3-4]。
4 抽采管路及敷设
利用变径通过软管将支管与Φ426 mm护管连接，并入抽放系统，连接方式见图5。
图5 连接方式示意图
附属装置主要为放水器、计量装置、排渣器等。其中放水器可以采用自动放水器或是加工人工放水器，必要时连接装置上也可设放水阀门。计量装置用于观测抽放钻孔及管路的抽放浓度、抽放压力、抽放流量等参数，计量装置可采用原有管路的孔板流量计[5]。
5 大直径钻孔替代联络巷埋管比较
5.1 从经济上进行比较
72909工作面顺槽长度1 362 m，共设计44个大直径钻孔，单孔长度26 m，共计1 144 m；联络巷埋管共需施工44个联络巷，单个联络巷（横穿）26 m，共计1 144 m。费用明细如下表2所示：
表2 费用明细表
5.2 从时间上进行比较（见表3）
表3 施工时间对比表
5.3 从安全上进行比较
钻孔层位在邻近工作面顺槽施工联络巷，密闭后进行埋管需投入大量的财力和人力，这种抽采方法不仅要大量的施工联络巷和密闭，同时贯通过程中需要调风，且由于联络巷处于应力集中区煤柱中，在回采过程中联络巷和密闭管理维护困难，增加安全成本，而大直径钻孔代替联络巷可从根本上解决上述问题，确保安全。
6 推广与应用
目前，72909工作面大直径钻机钻孔埋管替代联络巷埋管技术应用尚属首次，下一步将在北五2号煤盘区及南九中组煤盘区推广，以解决工作面上隅角瓦斯问题。
大直径钻机钻孔埋管替代联络巷埋管技术的应用，解决了杜儿坪矿以往治理回采工作面现采空区瓦斯施工联络巷施工工期长、费用投入大等问题，同时缓解了矿井的采掘接续，减少了联络巷的施工费用，对杜儿坪矿回采工作面采空区瓦斯治理方式的改进有良好的借鉴意义及推广应用价值。
