突出煤层深钻孔施工技术探讨

摘 要：通过对突出煤层打钻的主要难点分析，从钻孔施工前的稳钻、施工过程的排渣、给进压力和钻进速度以及施工效果等方面详细介绍了突出煤层深钻孔施工技术。

关键词：突出煤层 钻孔 施工技术

一、工作面概况

11011工作面位于11采区南翼，西南部为F301断层保护煤柱，北部是11采区三条上山，东部为11031工作面采空区。走向长度为220m，倾斜长度为106m,标高为-140~-150m，本工作面开采为二迭系山西组二1大煤，煤质属优质无烟煤，主要用做工业用煤，同时也是上好的民用煤。呈黑色块状，玻璃光泽，性脆，贝壳状断口为主，平均厚度5.7m，视密度为1.36~1.72t/m3。在煤层下部有一层夹矸，厚约0.2~0.3m大煤位于山西组底部，上距鲕状铝土质泥岩70~92米，下距野青灰岩（C3L8）约40米。大煤伪底顶不发育，直接顶板一般为泥岩和砂质泥岩，厚度0.09~3.24米，平均为2.5米，根据区内CK11钻孔柱状显示，直接顶板为中粒砂岩，即是老顶砂岩，厚度为21~30米，平均为25米，属于2~3级顶板。直接底板为泥岩，泥质胶结为主，平均厚度4.8米。大煤底板80米之内岩层大部为泥岩，含小煤两层，灰岩三层（C3Ls6-8），工作面面积1.95万平方米，储量16.2万吨，工作面受F303的影响，派生小断层较多，产状变化较大，煤层以构造煤为主，III、IV类煤普遍发育，煤层软而瓦斯大，抽放钻孔施工比较困难。

二、突出煤层打钻的主要难点

突出煤层往往是松软煤层，打钻的主要难点是喷孔、塌孔、堵孔和卡钻，这些现在松软煤层中打钻经常出现，甚至是频繁出现，致使无法打深孔，最严重的是卡钻，出现卡钻时，不仅不能继续钻进，还有可能丢失钻杆，造成打捞困难，甚至无法打捞，给生产造成影响。

1.喷孔和卡钻原因分析

钻孔喷孔是钻孔中出现的动力现象，这种现象的出现类似煤与瓦斯突出，主要是高压瓦斯、应力集中和软煤3个因素综和因素作用的结果。

当钻孔进入软煤分层时，钻头的切削旋转对软煤产生一种冲击和破碎力，这种力使煤体破碎、粉碎，破碎和粉碎了的煤体顿时产生瓦斯解吸，钻孔周边煤体快速的瓦斯解吸，使流入钻孔中的瓦斯增加到正常瓦斯涌出的几倍到几十倍，此时钻孔前方与后方出现了较大的瓦斯梯度，因而出现了明显的瓦斯激流，承压的瓦斯激流对破坏的煤粒起着边运边送粉化的作用，同时还继续先向钻孔周边扩大影响范围，由于钻孔孔径小和钻孔出现堵孔，瓦斯激流和分粉化了的煤颗粒难以顺利的向孔口外流，形成喷孔。另一种 喷孔是由于煤层中含水，钻头切削时煤粉难以顺利排出造成孔内堵塞，在钻孔的浅部10~20m范围内 出现堵孔，或是打钻风量和风压不够，排渣不力，出现堵孔。堵孔造成钻孔前方和周边的瓦斯无法排出，孔内瓦斯不断涌出，孔内与孔外形成较大的压力梯度，达到某个极限时，发生喷孔。

卡钻是与喷孔相联系和同时发生的一种现象，喷孔时未能及时退出钻杆，破碎的媒体将钻杆和钻头箍紧，或是孔内出现塌孔、堵孔时，排渣不力，孔内积尘增多，此时仍然钻进，使堵孔、塌孔的范围不断扩大，造成钻杆和钻头箍紧，钻头无法进退。

2.突出煤层中深钻孔施工技术

2.1稳固钻机。 首先要根据钻孔设计固定钻机，钻机底部用垫木垫在实底上，要用立柱牢固控制钻机的位置，防止钻机在钻进过程中震动。钻机震动将会造成钻杆在钻进过程中摆动或闪动，形成钻孔偏离中心，孔壁不平直，增加阻力，削弱前进能力，或孔壁受钻杆摆动影响而破坏，增加塌孔、堵孔的形成条件，这是打钻前的重要环节。

2.2钻孔充分排渣。 排渣通畅与否，直接关系到钻孔的成败，它会造成堵孔、卡钻，而且会摩擦发热产生高温，带来安全隐患。

钻孔排渣依托2个条件：①打钻的风压和风量；②规范操作。11011工作面抽放钻孔施工中，要求测定风压0.3~0.4MPa、风量2~3m3/min。因井上压风满足不了要求，安装了井下压风机来解决，对顺利打钻起到了决定作用。钻进过程中注意观察排渣情况，及时采取退钻措施，在排渣不顺的情况下部强拔硬进，有时先停止进退，送风排渣，使钻杆活动后再进或再退。当孔内煤粉变成煤泥或煤泥团，单纯送风无法充分排渣时，采用多退钻，反复退的办法来解决。

2.3掌握给进压力和钻进速度。钻机给进压力的极限是固定的，不同层段要掌握不同的给进压力，当给进压力突然升高时必须采取果断措施：①停止钻进，进行压风排渣；②撤钻退钻。钻进速度必须保持适当，软煤分层中钻进主要是降速，通过降速充分排渣，减少沉渣，同时也起到降低给进压力的作用。所以软煤钻进速度要比硬煤慢，记录钻进速度可用每根钻杆钻进所用的时间。在11011打钻时一般掌握每根钻杆约3min，给进压力5MPa以下。3 突出煤层深钻孔施工效果

在11011工作面应用该技术前，单孔最大深度约40m，平均30m。通过研究应用突出煤层深钻孔施工技术，单孔最大深度达80m，平均深度60m，为提高瓦斯抽放率，消除工作面的突出危险，实现工作面的安全开采创造了条件。

五、结束语

通过11011工作面的打钻试验，摸索出了一条在突出煤层中提高钻孔施工深度的突径，掌握了具体的操作技巧，得出了一些施工参数，为突出煤层瓦斯抽放工作奠定了基础。

参考文献：

[1]《深部煤层气钻孔施工技术》 曾铁军.

[2]《龙山煤矿开发利用方案》 河南煤田地质三队.

[3]《龙山煤矿11采区地质说明书》龙山煤矿地测组.

作者简介：杨小永，男，1977年生，助理工程师，2007年毕业于河南工程学院工程环境工程系，现在安阳鑫龙煤业集团龙山煤矿生产技术部从事安全生产技术管理工作。