程军- 穿层钻孔论文.ppt

突出煤层群穿层钻孔施工工艺改进 报送单位: 皖北煤电集团恒源股份有限公司 安徽卧龙湖煤矿属煤与瓦斯突出矿井，建井至今已发生3次突出。 矿井可采煤层10煤层、8煤层、7煤层、6煤层均为突出煤层。 各主采煤层均受火成岩侵蚀，侵蚀区域内煤层瓦斯赋存不规律，地质条件复杂。 矿井各主采煤层赋存情况如下表所示： 卧龙湖煤矿各主采煤层瓦斯赋存表 采用3200S型全液压钻机，使用圆钻杆水力排查钻进方式施工穿层钻孔，穿透8煤层时相对简单，即使不返水仍然可以强行穿透。 由于8煤层瓦斯含量大，透气性系数高，瓦斯解吸速度快，煤层松软（f＜0.5），继续向上穿透7、6煤层群时，出现煤体跨落堵塞钻孔后路，造成瓦斯积聚，钻孔不返水，孔内瓦斯压力和水压升高，当压力达到一定值时，后路堵塞物突破，出现喷孔。 在处理不返水时需要反复提钻、穿钻，容易造成孔内事故。钻探效率低下，钻孔提钻后还会发生憋孔喷孔现象，致使瓦斯管理工作困难，带来安全隐患，抑制了施工进度。 例如： 我矿北一采区四区段8煤底抽巷在2011年1月-6月期间，共安排5台钻机施工，该巷道配风2500m3/min，2月11日4#钻机提钻后出现喷孔，钻机瓦斯传感器瞬间达到4%（低浓瓦斯传感器），通过北翼总回风巷风量及瓦斯浓度计算喷出瓦斯量达270m3，喷出煤量1.1t。 3、突出煤层群穿层钻孔施工工艺改进 3.1 传统打钻工艺 （1）73mm圆钻杆、108mm钻头，水力排渣方式; （2）采用增大孔径比的方式：先用￠127mm钻头打到8煤，立即停止钻进，退出钻杆，改用￠94mm复合片钻头水力（风力）排渣钻进。 通过对几种打钻工艺进行分析比较，存在问题主要有： （1）钻机效率低，单台工效基本在30m/天； （2）不能解决“塌孔—堵孔—喷孔”瓦斯问题，有时为了解决瓦斯问题，四台机组不能同时作业； （3）工人劳动强度大，需要反复提钻、穿钻； （4）钻头磨损严重，抱钻、埋钻、丢钻具现象普遍。 针对传统施工方法所存在的问题，决定对钻机快速高效穿透多层煤层技术进行研究，解决钻探效率低下，“塌孔—堵孔—喷孔”瓦斯问题。 3.2突出煤层群钻探工艺改进方式探索 （1）三角钻杆试验： 引进三角钻杆，理论上三角钻杆比圆钻杆释放的空间大，通过相应增加孔径比更利于排渣。 由于3200型钻机卡瓦抱不住钻杆，无法自卸，同时卡瓦与钻杆接触面小，对钻杆损坏严重，故试验失败。 （2）在圆钻杆上缠绕盘圆进行试验： 在第一节钻杆上焊接2个铁片，同时使用螺丝帽用来固定盘圆，钻孔见8煤层后，立即退出钻杆，利用钻机旋转向前输送盘圆，通过人为创造摩擦力给煤岩粉一个向下排渣的通道。 通过试验发现钻杆在进入8煤后可以改善煤粉排渣，堵孔现象有所缓解，由于是人工控制缠绕进度，其缠绕密度无法精确控制，导致后期试验失败。但受此启发，决定定制浅螺纹钻具。 （3）改造钻具（双螺旋自接式麻花钻杆）主要技术参数： 在￠63.5mm圆钻杆外焊接钢带，外径￠73.5mm，钢带宽200mm，螺纹间距25mm，每根钻杆约20圈螺纹，钻杆长1000mm。 使用浅螺纹钻杆（双螺旋自接式麻花钻杆），配套108mm钻头，水力排渣钻进方式施工。 浅螺纹钻杆工作原理 钻头进入煤层后，通过外接螺纹旋转带动使煤岩粉直接向孔外排出，因螺纹搅动作用，使煤岩钻屑会持续向孔外排出，保证了孔内畅通，杜绝了煤岩粉积聚堵塞钻孔，瓦斯连续排出孔外，解决了因钻孔施工造成的喷孔、瓦斯超限等难题，保证了钻孔施工安全。 4、改进效果与存在问题 4.1改进效果分析： ⑴ 2011年1月—2月圆钻杆施工单机平均进尺30米/天，3月-5月使用浅螺纹钻杆工艺施工单机平均进尺135米/天，单机日进尺最高达到316.5米，平均单机效率提高4～5倍，月度单机最高达3760米/月且钻孔成孔好； 四区段8煤底抽巷瓦斯治理工程提前13.3个月完工，为瓦斯抽采赢得了时间，保证了矿井生产接替； ⑵浅螺纹钻杆工艺施工过程中杜绝了抱钻、埋钻、丢钻等事故。此项施工工艺的改进每年可以节约人工工资135万元，节约材料费用258万元，年累计节约393万元； ⑶通过改进施工工艺缓解了钻孔喷孔强度，由高强度喷孔状态转变到孔内瓦斯气体持续释放状态，减少了因喷孔而导致的煤岩粉喷出伤人事故。 4.2存在问题： ⑴浅螺纹钻杆和卡瓦接触面较小，螺纹磨损较快，卡瓦也易损坏； ⑵由于8煤层较软，钻孔终孔提钻后，孔内仍然存在塌孔现象；停钻时间长时也存在喷孔现象。 实践证明，通过使用浅螺纹钻杆能够很好的穿透突出煤层群，技术经济效益显著，施工安全等优点，对类似矿井具有很好的推广应用价值。 谢 谢! * * 安徽省煤炭学会 2011年通风安全专业学术研讨会 报告材料 突出煤层