筛管护孔技术在松软煤层中的应用

张 飞

(山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西 晋中 032600)

钻孔护壁技术是防止松软煤层抽采钻孔塌孔的有效手段。当前，护孔装置及方法有多种形式[1-4]。目前筛管护孔技术具有施工工艺简单，经济投入少，护孔效果好等优点。

1 下筛管使用的设备

1.1 使用的钻机及专用钻杆类型

宏远矿采用ZDY-1900S钻机，配套专用的宽叶片螺旋摩擦钻杆，钻杆外径Φ73mm，长度为1.5m。此钻杆排渣能力强，在软煤区施工预抽钻孔时，能防止煤渣过多堵塞钻孔，造成夹钻。钻杆内设下筛管孔隙，孔径为35mm，外径32mm筛管方可通过钻杆内部进入孔底，如图1所示。

1.2 孔底筛管固定装置

按照设计孔深施工到位后，停止钻进，将孔底固定装置固定在筛管的前段，之后增加每根筛管，直至将筛管送到钻孔最底部，固定装置上的弹簧抓自动打开，将筛管固定在孔底，防止在退钻时由于摩擦力的作用将筛管从孔内带出。

图1 钻头及筛管

1.3 专用的开闭式PDC钻头

使用Φ94mm中间有一字形切削片，当施工下筛管固定装置送至PDC钻头处，将一字形切削片一碰顶随即打开，打施工预抽钻孔期间，钻头通过前方水力和煤渣的阻力，开闭式钻孔处于常闭状态，就这样重复使用。

2 通过钻杆下筛管的工艺

传统的钻孔封孔下筛管工艺为在完成钻孔设计孔深时，退出钻杆，再下入封孔的筛管，现在是施工完每个钻孔时停止退钻，通过钻杆内部孔隙下入筛管。跟传统的下筛管对比，在钻杆内下筛管防止了塌孔，避免了在下筛管的过程中煤粉堵塞筛管堵头，增加了抽采量，缩短了预抽时间。

3 下筛管防塌孔技术的应用

3.1 抽采钻孔施工的参数布置

本次在宏远煤矿二采区的150202运输顺槽工作面进行试验。150202运输顺槽巷道设计长度750m，巷道断面为4.5m，巷道高度为3.2m，此次在150202运输顺槽正前设计16个预抽钻孔，钻孔孔径为94mm，钻孔设计孔深为60～80m，钻孔布置共2排，每排布置8个钻孔，排间距为1.0m，钻孔呈扇形均匀布置，钻孔的开孔间距为0.55m，钻孔的终孔间距为3m，钻孔布置在距巷道两帮轮廓线15m范围内，巷道倾角根据煤层实际揭露煤层的倾角进行施工。如图2所示：

图2 钻孔布置图

3.2 下筛管防塌孔抽采工艺效果对比

3.2.1 全程下筛管与未下筛管封孔抽采效果对比

150202运输顺槽工作面预抽钻孔分2组进行封孔抽采，每组8个钻孔，共计施工钻孔16个。第1组施工8个钻孔，8个钻孔未下筛管，采用“两堵一注”封孔工艺进行预抽瓦斯，深度为60m。对2组抽采工艺不同的钻孔进行观测和抽采效果跟踪，抽采28天后，第1组预抽钻孔瓦斯抽采管路的平均浓度为24%，平均纯流量约0.62m³/min。第2组施工8个钻孔，8个钻孔全程下筛管，下筛管深度为60～80m，其中1#、3#、5#、7#下筛管孔深为60m，9#、11#、13#、15#下筛管孔深为80m。抽采28天，定期对抽采钻孔抽采浓度和混量进行测定。第2组瓦斯抽采管路的平均浓度为44%，平均纯流量约1.65m³/min。第二组下筛管预抽钻孔瓦斯浓度比第1组预抽钻孔抽放浓度提高了20%。具体瓦斯抽采参数如图3～图6所示：

图3 未下筛管前瓦斯流量变化图

图4 未下筛管前瓦斯浓度变化图

图6 下筛管后瓦斯流量变化图

3.2.2 下筛管不同深度的抽采效果对比

第2组下筛管的1#钻孔和9#钻孔进行预抽达标时间对比，其中1#钻孔下Φ32mm筛管长度为60m，9#钻孔下筛管Φ32mm长度80m，1#和9#钻孔瓦斯抽采纯量随抽采时间的变化。如图6所示。

通过以上图中可以看出，

（1）下筛管比未下筛管抽采的效果更好，有效抽采了煤层的游离瓦斯。

（2）下筛管的深度越长，钻孔预抽达标时间越短，预抽时间有效地缩短了一半天数。

4 结论

4.1 增加了下筛管的深度，提高钻孔下筛管的成功率

下筛管技术在宏远煤矿的应用，证明了宏远煤矿通过钻杆内下筛管能够解决瓦斯抽放筛管从钻孔内下至钻孔底部，实现了“打多深、管多深、抽多深”，下筛管的深度可以达到设计孔深的86%以上，防止了松软煤层塌孔现象，保持了预抽瓦斯通道的畅通，提高了下筛管的成功率。

4.2 提高钻孔瓦斯抽采浓度，缩短预抽达标时间

通过对比可知，下筛管技术解决了松软透气性低的煤层抽采浓度低及衰减速度较快的问题，有效地保证了煤层的抽采效果和安全生产。