張 飛

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600)

鉆孔護(hù)壁技術(shù)是防止松軟煤層抽采鉆孔塌孔的有效手段。當(dāng)前，護(hù)孔裝置及方法有多種形式[1-4]。目前篩管護(hù)孔技術(shù)具有施工工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)投入少，護(hù)孔效果好等優(yōu)點(diǎn)。

1 下篩管使用的設(shè)備

1.1 使用的鉆機(jī)及專用鉆桿類型

宏遠(yuǎn)礦采用ZDY-1900S鉆機(jī)，配套專用的寬葉片螺旋摩擦鉆桿，鉆桿外徑Φ73mm，長(zhǎng)度為1.5m。此鉆桿排渣能力強(qiáng)，在軟煤區(qū)施工預(yù)抽鉆孔時(shí)，能防止煤渣過多堵塞鉆孔，造成夾鉆。鉆桿內(nèi)設(shè)下篩管孔隙，孔徑為35mm，外徑32mm篩管方可通過鉆桿內(nèi)部進(jìn)入孔底，如圖1所示。

1.2 孔底篩管固定裝置

按照設(shè)計(jì)孔深施工到位后，停止鉆進(jìn)，將孔底固定裝置固定在篩管的前段，之后增加每根篩管，直至將篩管送到鉆孔最底部，固定裝置上的彈簧抓自動(dòng)打開，將篩管固定在孔底，防止在退鉆時(shí)由于摩擦力的作用將篩管從孔內(nèi)帶出。

圖1 鉆頭及篩管

1.3 專用的開閉式PDC鉆頭

使用Φ94mm中間有一字形切削片，當(dāng)施工下篩管固定裝置送至PDC鉆頭處，將一字形切削片一碰頂隨即打開，打施工預(yù)抽鉆孔期間，鉆頭通過前方水力和煤渣的阻力，開閉式鉆孔處于常閉狀態(tài)，就這樣重復(fù)使用。

2 通過鉆桿下篩管的工藝

傳統(tǒng)的鉆孔封孔下篩管工藝為在完成鉆孔設(shè)計(jì)孔深時(shí)，退出鉆桿，再下入封孔的篩管，現(xiàn)在是施工完每個(gè)鉆孔時(shí)停止退鉆，通過鉆桿內(nèi)部孔隙下入篩管。跟傳統(tǒng)的下篩管對(duì)比，在鉆桿內(nèi)下篩管防止了塌孔，避免了在下篩管的過程中煤粉堵塞篩管堵頭，增加了抽采量，縮短了預(yù)抽時(shí)間。

3 下篩管防塌孔技術(shù)的應(yīng)用

3.1 抽采鉆孔施工的參數(shù)布置

本次在宏遠(yuǎn)煤礦二采區(qū)的150202運(yùn)輸順槽工作面進(jìn)行試驗(yàn)。150202運(yùn)輸順槽巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度750m，巷道斷面為4.5m，巷道高度為3.2m，此次在150202運(yùn)輸順槽正前設(shè)計(jì)16個(gè)預(yù)抽鉆孔，鉆孔孔徑為94mm，鉆孔設(shè)計(jì)孔深為60～80m，鉆孔布置共2排，每排布置8個(gè)鉆孔，排間距為1.0m，鉆孔呈扇形均勻布置，鉆孔的開孔間距為0.55m，鉆孔的終孔間距為3m，鉆孔布置在距巷道兩幫輪廓線15m范圍內(nèi)，巷道傾角根據(jù)煤層實(shí)際揭露煤層的傾角進(jìn)行施工。如圖2所示：

圖2 鉆孔布置圖

3.2 下篩管防塌孔抽采工藝效果對(duì)比

3.2.1 全程下篩管與未下篩管封孔抽采效果對(duì)比

150202運(yùn)輸順槽工作面預(yù)抽鉆孔分2組進(jìn)行封孔抽采，每組8個(gè)鉆孔，共計(jì)施工鉆孔16個(gè)。第1組施工8個(gè)鉆孔，8個(gè)鉆孔未下篩管，采用“兩堵一注”封孔工藝進(jìn)行預(yù)抽瓦斯，深度為60m。對(duì)2組抽采工藝不同的鉆孔進(jìn)行觀測(cè)和抽采效果跟蹤，抽采28天后，第1組預(yù)抽鉆孔瓦斯抽采管路的平均濃度為24%，平均純流量約0.62m3/min。第2組施工8個(gè)鉆孔，8個(gè)鉆孔全程下篩管，下篩管深度為60～80m，其中1#、3#、5#、7#下篩管孔深為60m，9#、11#、13#、15#下篩管孔深為80m。抽采28天，定期對(duì)抽采鉆孔抽采濃度和混量進(jìn)行測(cè)定。第2組瓦斯抽采管路的平均濃度為44%，平均純流量約1.65m3/min。第二組下篩管預(yù)抽鉆孔瓦斯?jié)舛缺鹊?組預(yù)抽鉆孔抽放濃度提高了20%。具體瓦斯抽采參數(shù)如圖3～圖6所示：

圖3 未下篩管前瓦斯流量變化圖

圖4 未下篩管前瓦斯?jié)舛茸兓瘓D

圖6 下篩管后瓦斯流量變化圖

3.2.2 下篩管不同深度的抽采效果對(duì)比

第2組下篩管的1#鉆孔和9#鉆孔進(jìn)行預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間對(duì)比，其中1#鉆孔下Φ32mm篩管長(zhǎng)度為60m，9#鉆孔下篩管Φ32mm長(zhǎng)度80m，1#和9#鉆孔瓦斯抽采純量隨抽采時(shí)間的變化。如圖6所示。

通過以上圖中可以看出，

（1）下篩管比未下篩管抽采的效果更好，有效抽采了煤層的游離瓦斯。

（2）下篩管的深度越長(zhǎng)，鉆孔預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間越短，預(yù)抽時(shí)間有效地縮短了一半天數(shù)。

4 結(jié)論

4.1 增加了下篩管的深度，提高鉆孔下篩管的成功率

下篩管技術(shù)在宏遠(yuǎn)煤礦的應(yīng)用，證明了宏遠(yuǎn)煤礦通過鉆桿內(nèi)下篩管能夠解決瓦斯抽放篩管從鉆孔內(nèi)下至鉆孔底部，實(shí)現(xiàn)了“打多深、管多深、抽多深”，下篩管的深度可以達(dá)到設(shè)計(jì)孔深的86%以上，防止了松軟煤層塌孔現(xiàn)象，保持了預(yù)抽瓦斯通道的暢通，提高了下篩管的成功率。

4.2 提高鉆孔瓦斯抽采濃度，縮短預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間

通過對(duì)比可知，下篩管技術(shù)解決了松軟透氣性低的煤層抽采濃度低及衰減速度較快的問題，有效地保證了煤層的抽采效果和安全生產(chǎn)。