張士環(huán)，童 碧

（淮南礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽淮南232001）

整體式柔性篩管全程快速護(hù)孔工藝在煤礦的應(yīng)用研究

張士環(huán)*，童 碧

（淮南礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽淮南232001）

全程護(hù)孔工藝可有效保證篩管下入孔底，提高瓦斯抽采效率。但是淮南礦區(qū)普遍選用的插接式篩管在實(shí)際使用過程中易脫扣、耗時(shí)長且有埋鉆風(fēng)險(xiǎn)的問題，針對這些問題，在淮南丁集礦進(jìn)行了整體式篩管的試驗(yàn)。通過插接式篩管和不同規(guī)格整體式篩管的對比，整體式篩管的下管時(shí)間短，提升了勞動(dòng)效率，降低了埋鉆風(fēng)險(xiǎn)；退鉆時(shí)篩管不易脫節(jié)和斷裂，提高了瓦斯抽采濃度；增大篩眼孔徑和間距可一定程度上提高瓦斯抽采率，但還需進(jìn)一步研究論證。

插接式篩管；整體式篩管；瓦斯抽采濃度

全程篩管護(hù)孔工藝是指在退鉆前將瓦斯抽放篩管通過鉆桿內(nèi)通道下入孔底，避免退鉆過程中鉆孔塌孔導(dǎo)致篩管不能下入孔底，提高瓦斯抽放效率。該工藝已在淮南地區(qū)得到全面推廣。目前淮南地區(qū)使用的篩管主要為插接式和螺紋連接式2種。但這兩種篩管在實(shí)際使用過程中存在以下問題：（1）110m左右的篩管下至孔底需要30～40min的時(shí)間，由于鉆桿沒有旋轉(zhuǎn)，且沒有壓風(fēng)，垮孔產(chǎn)生的煤塊無法及時(shí)排除，大大增加了埋鉆事故的發(fā)生幾率，導(dǎo)致施工成本增加，施工周期加長，影響瓦斯抽采效率；（2）起鉆時(shí)篩管容易脫扣，脫扣后的篩管跟隨鉆桿一起后退，增加了起鉆的工作量和時(shí)間；脫扣部分有時(shí)會(huì)向孔內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)致起鉆完畢后，在孔口看不見花管，給封孔帶來了很大的麻煩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致重新補(bǔ)孔。針對這種問題，開發(fā)了整盤式柔性篩管下放工藝。在丁集礦通過整體式柔性篩管和插接式篩管的對比試驗(yàn)，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 地質(zhì)概況

1341（1）工作面位于東二11-2采區(qū)，設(shè)計(jì)走向長1312～1419.9m，斜長217m，1341（1）軌順巷道規(guī)格：5.4m×4.8m（寬×高），巷道為錨索網(wǎng)支護(hù)，遇斷層及破碎帶地段為架棚支護(hù)。工作面掘進(jìn)范圍東至SF224斷層附近，西至東二11-2回風(fēng)大巷。1341（1）軌順北鄰的1331（1）工作面，現(xiàn)已回采完畢。

工作面煤層底板標(biāo)高為-856～-801m，總體為東高西低，煤層傾角0°～5°，平均3°，煤層傾向260°，工作面內(nèi)1331（1）3-3∠65 H=1m等多個(gè)斷層發(fā)育。該區(qū)域11-2煤實(shí)見揭露厚度為0.5～1.8m，其瓦斯含量為5.2m3/t，瓦斯壓力為0.85MPa。

此處每10m設(shè)計(jì)一個(gè)順層孔，共計(jì)141個(gè)，鉆孔方位：180°，傾角：2°～3°，設(shè)計(jì)孔深：110m，孔徑：?113mm。

2 鉆具簡介

2.1 三棱螺旋鉆桿

三棱螺旋鉆桿為整體式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，鉆桿外輪廓與三棱鉆桿相似，在普通三棱鉆桿的外壁上設(shè)計(jì)了不連續(xù)的螺旋槽連通三棱平面。該鉆桿具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)整體式結(jié)構(gòu)，鉆桿機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長；(2)螺旋導(dǎo)槽配合三棱平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使鉆桿排渣效率極大提高，有效減少卡鉆、埋鉆事故發(fā)生；(3)螺旋槽與三棱面減少了鉆桿與孔壁的接觸面積，降低了鉆桿對鉆孔孔壁的摩擦擾動(dòng)，維護(hù)了孔壁的穩(wěn)定性，提高了鉆孔的成孔率及鉆進(jìn)效率。

圖1 三棱螺旋鉆桿

2.2 內(nèi)通孔鉆頭

試驗(yàn)采用?113mm內(nèi)通孔開閉式鉆頭（如圖2所示），鉆頭體采用特種合金鋼加工而成，切削刀片采用高強(qiáng)度金剛石復(fù)合片，加上獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝和焊接工藝，為鉆頭在多巖性地層中鉆進(jìn)施工提供了保證；特別是在巖層中施工時(shí)，鉆頭體和橫梁不易變形，保證下管時(shí)橫梁可以靈活打開；復(fù)合片也不宜損壞，提高了鉆進(jìn)效率、節(jié)約了施工成本。

2.3 篩管固定裝置

固定裝置連接在篩管的最前端。下篩管的時(shí)候，固定裝置頂開鉆頭橫梁，穿過鉆頭后，其翼抓會(huì)自動(dòng)打開，抓住孔壁，從而避免了退鉆時(shí)篩管一起往后退，提高施工安全性和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。圖3是固定裝置照片。

固定裝置的桿體和翼爪均采用注塑工藝一次成型，至少可以承受500N的拉力。

圖2 內(nèi)通孔鉆頭

圖3 篩管固定裝置

2.4 整體式柔性篩管

聚乙烯（PE）篩管外徑?32mm，篩眼直徑和間距可定制。該管采用特殊的偶聯(lián)劑對抗靜電荷阻然劑進(jìn)行表面活化，使之與樹脂基體形成分子橋，阻然抗靜電性能更穩(wěn)定。與現(xiàn)在常用的PVC管相比，PE管具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可彎曲性大，可以繞成盤狀，實(shí)現(xiàn)整體式下放，方便搬運(yùn)；（2）抗變形強(qiáng)度高，PE管抗拉強(qiáng)度為鋼管的15倍，伸長率為鋼管的20倍，當(dāng)煤、巖層垮塌時(shí)，不易破裂，可以保持瓦斯抽放通道的暢通；（3）耐腐蝕性高，使用時(shí)間更長，連續(xù)抽采能力更強(qiáng)，圖4是整盤式柔性篩管的產(chǎn)品照片。本次試驗(yàn)采用了一種插接式篩管和3種整盤式篩管，篩管規(guī)格如表1所示。

圖4 整體式柔性篩管

表1 篩管規(guī)格明細(xì)

3 試驗(yàn)效果分析

試驗(yàn)累計(jì)施工20個(gè)鉆孔，篩管下放統(tǒng)計(jì)見表2、表3。

表2 下放插接式篩管鉆孔統(tǒng)計(jì)

表3 下放整盤式篩管鉆孔統(tǒng)計(jì)

3.1 篩管下放效率分析

本次試驗(yàn)中，有5個(gè)鉆孔采用插接式篩管，如表2所示。有15個(gè)鉆孔采用整體式篩管，如表3所示。通過對比2種篩管下放時(shí)間可知，對110m的鉆孔而言，如果下放整體式篩管的話，下放至孔底大概需要8～10min；如果是插接式篩管，大概需要30min左右。由此可見，整盤式篩管的下放效率更高，這不僅節(jié)省了施工時(shí)間，更重要的是縮短了鉆桿在孔內(nèi)的放置時(shí)間，降低了埋鉆的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 瓦斯抽采濃度分析

鉆孔施工結(jié)束并網(wǎng)聯(lián)抽后多次觀測鉆孔瓦斯?jié)舛龋煌Y管的平均瓦斯?jié)舛冉y(tǒng)計(jì)見對比如圖5～圖7所示。

圖5 插接式篩管與整體式篩管瓦斯?jié)舛葘Ρ?/p>

圖6 整體式篩管不同篩眼直徑瓦斯?jié)舛葘Ρ?/p>

圖7 整體式篩管不同間距瓦斯?jié)舛葘Ρ?/p>

圖5是插接式篩管（1#）與整盤式篩管（2#）的瓦斯?jié)舛葘Ρ戎鶢顖D。由圖5可知，下放整盤式篩管鉆孔的瓦斯?jié)舛让黠@高于插接式篩管。整體式篩管的抽采濃度為插接式篩管濃度的1.5倍，抽采效果提升顯著；

圖6是篩眼直徑變化對瓦斯?jié)舛扔绊懼鶢顖D，2#整盤式篩管的篩眼直徑是5mm,3#整盤式篩管的篩眼直徑是8mm。分析圖6可知，整盤式篩管的篩眼直徑從5mm增大至8mm后，瓦斯?jié)舛嚷杂刑岣撸卟幻黠@。

圖7是篩眼間距變化對瓦斯?jié)舛扔绊懼鶢顖D，2#整盤式篩管的篩眼間距是15mm，4#整盤式篩管的篩眼間距是10mm。由圖7可見，篩眼間距縮短之后，鉆孔的瓦斯?jié)舛嚷杂刑岣撸幻黠@。

由以上分析可見，增大篩眼直徑和間距可以增大瓦斯抽采濃度，但是效果不顯著，需要做進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

通過插接式篩管與整體式篩管，不同篩眼直徑和間距的整體式篩管在丁集礦的現(xiàn)場對比試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：

（1）與插接式篩管相比，整體式篩管下放時(shí)間短，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和埋鉆風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率；

（2）整體式篩管在退鉆過程中篩管無斷裂，保證了瓦斯抽采通道的暢通，提高了瓦斯抽采濃度；

（3）增大篩眼直徑和間距可提高瓦斯抽采濃度，但由于鉆孔數(shù)量少，效果不顯著，需要做進(jìn)一步研究。

[1]郭昆明，肖麗輝，馮大鈞，李克松.新型瓦斯抽采鉆孔設(shè)備及下放篩管技術(shù)研究[J].煤炭工程，2014，46（1）：50～52.

[2]袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[3]郭紹什.鉆探手冊[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993.

[4]肖麗輝，李彥明，郭昆明，鐘沛.松軟突出煤層全孔段下放篩管瓦斯抽采技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，,42（7）：61-64.

TD712

A

1004-5716(2015)10-0025-03

2015-06-09

2015-06-12

張士環(huán)（1957-），男（漢族），山東棗莊人，教授級高級工程師，現(xiàn)從事煤礦安全管理工作。