EH260 型高转速液压螺旋钻机在新元矿的应用

李晓林

(山西新元煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000)

1 工程背景

新元煤矿9108工作面标高550～685 m，开采9号煤层，煤层平均厚度3.4 m，煤层倾角2～4°，平均3°，工作面走向长1 550 m，倾斜长240 m，设计停采线距9号煤回风大巷(北)395 m，见图1所示。

图1 9108工作面采掘平面(m)

9号煤为中灰分-中高灰、特低硫、低磷分、极难选的贫煤、贫瘦煤、无烟煤，煤层以亮煤为主，内生裂隙发育，煤层中含2～3层泥质夹矸，厚度一般为0.20～1.00 m。9号煤层煤质坚硬，裂隙发育情况较好，瓦斯含量为6.96～14.32 m3/t，瓦斯压力为0.36～1.64 MPa，煤层透气性系数为33×10-4～22.08×10-2mD，普氏系数为0.41～0.93，破坏类型为III，瓦斯放散初速度ΔP为2.77～12.57 mL/s，属于易抽放煤层。工作面开采前需要提前布置顺层区段预抽钻孔对工作面瓦斯进行预抽[1-2]，预抽钻孔要控制被掩护巷道掘进轮廓线外侧不小于15 m。为了使顺层钻孔成孔深度覆盖240 m长采煤工作面，达到9108工作面进风巷掩护9108工作面回风巷的预抽瓦斯，实现区域消突目的和工作面之间贯通钻孔要求，加上9108工作面回风巷的宽度5 m，则至少需要的成孔深度为260 m。为了改变本煤层瓦斯抽采“短掘短抽”达标困难、掘抽相互干扰的状况，引进了德国EH260型钻机，该钻机施工260～300 m 钻孔，可以覆盖一个回采面及下一条巷道规定的保护范围，提前进行预抽，真正实现了递进式区域抽采[3-4]。

2 钻探设备及关键技术

2.1 EH260型钻机设备简介

EH260型液压钻机是德国哈泽玛格公司按欧盟ATEX94/9/EC防爆指引开发的强力液压钻机系统，专供本煤层抽放，尤其适合软及特软煤层的大功率作业，钻孔深度可以达到300 m左右，其主要技术参数见表1所示。

表1 EH260钻机主要参数

2.2 EH260型钻机关键技术

1) 高转速动力头。动力头属于钻机的核心关键部件，其齿轮传动选用一级减速，当扭矩为700 N·m时，输出的转速可达到1 000 r/min，从而实现高速螺旋钻进，同时可以将钻孔内破碎的煤渣快速排出，对于松软突出煤层而言有很好的适应性。

2) 大行程推进机构。EH260型钻机可保证有效推进行程在1 500 mm前提下，使得机架长度最短，方便井下施工。

3) 负载敏感液压系统。松软突出煤层地质条件复杂，施工困难，钻机钻进所承受的负载处于动态变化中，采用液压系统对钻机工作过程中的转矩变化进行动态监测，通过对扭矩的控制来对钻进速度进行控制，从而保证钻机在允许的负载范围内正常运转，最大限度地防止了卡钻、抱钻等现象的发生，钻孔的成孔率得到保证，钻进深度也得到了提高，该液压系统原理如图2所示。

图2 自适应自动钻进液压系统原理

4) 大直径六角接头螺旋钻杆。钻机选用螺旋钻杆，而选择的钻杆参数应与工作面煤层条件相适应，针对新元矿松软突出煤层的地质条件，选用D112 mm×1 500 mm的大直径六角接头麻花钻杆。选用特殊材质制作的正阶梯三翼钻头，可高速切削松软煤层。

3 现场应用效果评价

3.1 顺层长钻孔施工现场评价

布置大功率EH260钻机，施工本煤层顺层预抽钻孔，由工作面单侧布孔，孔间距2 m，钻头直径127 mm，钻孔深度施工至待掘巷道9108回风巷西帮巷道轮廓线15 m处，最大孔深不超过300 m。试验期间当钻孔深度达到300 m时，停止钻进。其钻孔深度和下筛管长度见图3。

图3 钻孔深度和下筛管长度统计

从图3可以看出：采用EH260钻机统计工作钻孔数150个，钻孔累计进尺39 589.4 m，其中打成超过260 m钻孔129个，成孔率86%。钻孔最大孔深300 m(停止钻进)，最小孔深92.4 m，平均孔深263.9 m；下筛管最长270 m，最小69 m，平均234.2 m；达到了掩护9108工作面及回风巷的掘进要求。

另外，EH260钻机功率大、转速高，是国内钻机的2～3倍，实现了快速钻进；钻机工作期间稳定性好，各种保护齐全，设备事故率少，保证了钻孔质量；钻机配有专门的搬家车，保证了钻机的快速移动，钻进效率高。经统计，原来1个圆班(3个小班)，同等钻孔参数条件下，130 m长的孔最多只能施工3个，采用EH260钻机后平均每个小班就能施工1个260 m深的孔，其效率提高1倍。

3.2 顺层区段预抽瓦斯效果评价

采用EH260钻机钻孔与原钻机钻孔瓦斯抽采参数平均值(平均抽采浓度和百米钻孔瓦斯抽采纯量)进行对比，见表2所示。由表2可以看出，通过临近区域不同钻孔抽采效果对比，发现本次顺层长钻孔瓦斯抽采效果非常理想，充分体现了EH260钻机大直径顺层长钻孔技术的优越性。

表2 EH260钻机钻孔与普通钻机钻孔瓦斯抽采效果对比

3.3 递进掩护巷道快速掘进分析

在9108进风巷实施的顺层区段预抽钻孔的掩护下，9108回风巷安全掘进800余m。掘进期间，未发生一次煤与瓦斯突出。9108回风巷掘进期间最快270 m/月，平均达到160 m/月；掘进期间效检306次，超标0次。顺层区段预抽区域防突措施起到了十分明显的消除被掩护煤巷煤与瓦斯突出危险，控制掘进期间瓦斯涌出，实现了9108回风巷快速掘进的目的。

4 结 语

1) 针对松软突出煤层的地质条件，为实现区域消突目的和工作面之间贯通钻孔要求，引进德国EH260 型高转速液压螺旋钻进钻机，该钻机具有钻进速度快、不需准备钻场、机械化自动快速搬家、自动保护设计合理、稳定性好、排渣效果好等优点。

2) 采用EH260钻机统计试验工作钻孔数150个，钻孔累计进尺39 589.4 m，其中打成超过260 m钻孔129个，成孔率86%。钻孔最大孔深300 m(停止钻进)，最小孔深92.4 m，平均孔深263.9 m；下筛管最长270 m，最小69 m，平均234.2 m；基本达到了掩护9108工作面及回风巷的掘进要求。并且实现了快速钻进，平均每个小班就能施工1个260 m以上深孔，其效率与国产钻机相比提高1倍。

3) 9108回风巷掘进期间最快270 m/月，平均达到160 m/月，掘进期间统计效检306次，超标0次。表明了EH260 型钻机的良好应用效果。