大扭矩深孔钻车施工本煤层钻孔工艺技术研究与应用

摘 要：本文介绍了在高瓦斯压力、高地应力和松软煤层等地质环境恶劣条件下采用大扭矩钻机施工顺层钻孔的技术优点。聚隆公司引进的CMS1-6200/80型大扭矩深孔钻车在该矿进行了井下现场试验，取得的了较好效果。

关键词：瓦斯突出 深孔钻车 钻孔工艺

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0073-01

1 问题的提出

聚隆矿业公司为煤与瓦斯突出矿井，主采2#煤层为突出煤层，平均煤厚3.89 m左右，顶、底板为细砂岩，瓦斯含量大、压力高。井田内断层、褶曲比较多，局部地区有火成岩侵入。

在施工本煤层钻孔过程中，由于地应力大、煤层瓦斯压力大，煤体酥脆，打钻形成的煤粉多为颗粒状，排渣困难。使用原小扭矩钻机、螺旋钻杆钻进到10～20 m后易出现钻孔卡钻、吸钻、塌孔、喷孔等现象；另外，原使用的钻机本身存在着不易固定牢固的缺陷，一旦出现钻孔卡钻、吸钻现象，钻机机身就出现晃动和位移，造成断杆现象。由于以上原因造成抽放钻孔的成孔困难，钻孔深度大多在35～40 m之间。

根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，在进行采掘作业前必须采取区域防突措施，要求我们必须施工深度不小于60 m的钻孔，为此，选择适合聚隆矿业公司井下实际情况、满足区域综合防突措施要求的钻机，研究改进钻进工艺，实现钻进深度的突破和钻进速度的提高，为区域预抽瓦斯措施的落实提供技术支持是十分必要的。

2 大扭矩钻机钻孔工艺技术研究

煤层尤其是突出煤层顺层钻孔施工的最大障碍是打钻过程中的喷孔、塌孔。而发生喷孔、塌孔的原因就是在高瓦斯压力、高地应力或松软煤层等条件下钻进，钻屑的产生量大于排出量，造成钻孔堵塞，形成卡钻、吸钻，当钻孔内聚积的瓦斯压力足以克服钻屑的阻力时便形成了喷孔、塌孔。可采取以下方案解决这一问题。

（1）使用风力排渣，减轻钻孔的喷孔和塌孔。理论和实践都证明，风力排渣能够减弱喷孔和塌孔，是突出煤层施工顺层长钻孔的最佳排渣方式。但是风力排渣的基本条件是钻孔内的风速应能够吹动孔内的大煤块，并且吹出钻屑的能力大于钻孔钻进时钻屑的产生量。为此，可根据钻屑的粒度、打钻速度等，运用气力输送理论计算出风力排渣的合理风速，以确保足够的排渣能力。

（2）为达到要求的风速，需要足够的风量和风压。目前矿井的井下压风管道风压在0.6 MPa以上，能满足钻进正常作业要求。

（3）设计采用满足风力排渣和长钻孔施工的大扭矩钻杆。由于压风的压力最高为0.7 MPa，要在一定的压力下提高孔内的风速（或风量），就只有降低压风的沿程阻力损失，这就要适当扩大输送压风的钻杆内孔直径。同时，顺层长钻孔的长度大，孔壁、钻屑与钻杆之间的摩擦阻力也大，应适当增加钻杆强度。所以，根据供风参数和不同钻孔施工长度的要求，钻杆的外径和内径都有不同程度地增大，并在钻杆结构上考虑了降阻问题。钻杆直径大了，通过的风量和钻杆强度等也相应提高，更有利于顺层长钻孔的施工。

（4）采用较大能力并适合顺层钻孔施工条件的钻机。尽管顺层长钻孔成孔的关键是打钻排渣工艺技术，但足够能力的钻机是施工长钻孔的基础。原来使用的钻机显然从钻机结构到扭矩、推力都不能很好地满足要求，因而需使用大扭矩钻机。

（5）采用多级组合钻头，利用前端小直径钻头的超前卸压作用减轻钻孔的喷孔程度，同时提高钻孔的定向钻进效果。

（6）当出现夹钻时，如果瓦斯浓度低应立即停止用风，改用水，已提高煤粉的塑性，钻头附近的煤给冲走，使卡钻现象减弱，然后慢慢的退出钻杆；如果瓦斯浓度高停风用水可能会冲开煤层中的游离瓦斯，使瓦斯压力增高，瓦斯排不出去，导致顶钻，在这种情况下应让风和水配合用，既能提高煤粉的塑性，又不影响瓦斯的排放，同时也能让卡钻现象减弱。

3 大扭矩钻机在本煤层钻孔施工中的应用效果

2010年以来，我们在聚隆矿业公司2118运巷、风巷使用江苏中煤矿山设备有限公司生产的CMS1-6200/80型煤矿用深孔钻车，配备Ф98 mm中空螺旋钻杆，Ф113 mm的合金钢复合片钻头。

平均钻进深度达到100 m以上，最深达到141 m。而且钻进速度明显增加，由原来的日钻进60 m提高到了班钻进60 m以上。充分证明了该钻机适合聚隆矿业公司矿井的实际情况，为区域防突措施的落实提供了设备保障。（如图1）。

参考文献

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[2] 冯文宾.薄煤层采煤机行走机构扭矩轴的强度分析[J].科技创新导报，2012（9）.