松软煤层顺层钻孔成孔工艺技术

王坤

摘要：恒源煤矿6煤层煤质松软，垂直裂隙较发育，抽放钻孔在煤层钻进施工过程中成孔率低，极易塌孔埋钻。塌孔后频繁起钻处理钻具费工费时。根据恒源煤矿诸多特殊情况，在瓦斯抽放钻进施工过程中优化钻孔参数及钻具组合，使用风为排除岩粉介质，杜绝了塌孔现象，缩短了钻孔施工工期。

关键词：煤层;抽放孔;塌孔

中图分类号：TD712 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0098-02

1概况

1.1工作面概况

Ⅱ61采区位于恒源煤矿北部。浅部从400m北翼运输大巷保护煤柱线和BF4断层相隔与六二采区相接，深部至六煤层600底板等高线，左、右分别为孟口断层和DF5断层及6煤层工广保护煤柱线。

恒源煤矿Ⅱ6113工作面位于Ⅱ61采区右侧下部，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。