圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆在杨柳矿的应用

【摘 要】杨柳煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，煤层瓦斯含量高，瓦斯治理难度大，原有的钻孔施工技术存在钻孔打不深、钻孔密度小，工作面沿走向中部煤体内存在钻孔空白带得不到有效抽排等问题。采用圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆后，提高了钻孔施工效率，减少了钻进施工事故，封孔更加严密，抽放效果更明显，有力促进了矿井瓦斯治理工作。

【关键词】圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆；松软煤层；瓦斯治理

杨柳矿从2012年8月份开始使用圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆，解决了原使用圆杆钻杆以及螺旋钻杆施工顺层钻孔时，易出现的塌孔、抱钻现象，钻孔施工速度快、效率高，提高了瓦斯治理的效果，生产工艺的变化凸显科技创新的力量。

1 早期顺层孔施工情况及存在的问题

建矿初期，杨柳煤矿在施工顺层孔时使用的主体钻机为江苏中煤矿山设备有限公司生产的CMS1-6200/80钻机，配备螺旋钻杆，每根钻杆长度为1.5米，钻杆连接采用六方插接，钻头利用与钻杆相配径的金刚石钻头。先后在10414、10416工作面施工了大量的顺层钻孔，从实际施工的情况和后期抽放的情况看，瓦斯治理的效果并不太好，经常出现上隅角瓦斯达到临界值的状态，多次造成工作面停止正常采煤，对产量影响较大。而煤体瓦斯释放效果不好的原因其一是本煤层瓦斯抽放钻孔打不深、钻孔密度小，工作面沿走向中部煤体内存在钻孔空白带得不到有效抽排。这些得不到抽排的原始煤体在采煤过程释放大量瓦斯，对采煤工作面的安全生产构成极大威胁。

2 原因分析

2.1 钻孔排粉不畅通，大量切割下的和喷孔产生的煤粉不能及时被排到孔外而积压在孔内，造成压钻、卡钻等异常现象，导致钻孔打不快、打不深，钻杆被压在孔内丢失严重。

2.2 钻孔偏斜，在薄煤层及煤层顶板有起伏的区域内施工钻孔要求钻孔直线性要好，否则钻孔打不到预计深度就遇见顶底板而终孔。

2.3 钻杆磨擦力大，钻杆磨擦力增大导致钻机负荷升高和钻不快，钻孔越长钻机负荷增加越快，负荷达到一定程度就会造成压钻、抱钻。

3 解决方案

3.1 优选钻具

（1）钻机：选用江苏中煤矿山设备有限公司生产的CMS1-6200/80钻机，煤炭科学研究总院西安分院生产的ZDY3200S型、ZDY3200L型、ZDY4000LF型钻机。

（2）钻杆：钻杆选用Φ89mm、Φ73mm圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆，Φ89mm钻杆适用于CMS1-6200/80钻机，Φ73mm钻杆适用于ZDY3200S型、ZDY3200L型、ZDY4000LF型钻机。钻杆公、母头为42CrMo合金钢，中间钢管为R780地质钢管，经热装配焊接而成，单根长度1m。该产品设计为三个圆弧形凸棱结构，杆体的横截面每个角为圆弧形的正三角形，钻杆杆体上圆弧面位于该钻杆中心轴线的同一个圆周面上。该钻杆的连接采用锥型丝扣设计，执行MT/T392-2011标准，强度高，便于装卸，该钻杆的三个直边在钻杆施工旋转时可使钻屑处于动态，在压风及钻杆旋转的作用下，使钻屑顺利排出，从而实现了在钻机输出较小扭矩的情况下，即可顺利钻进。该钻杆采用了“圆弧形凸棱”设计，高扭曲和抗弯曲能力强，钻孔直线性好。

（3）钻头：根据钻机类型配套使用Φ75mm、Φ94mm、Φ113mm复合片金刚石钻头施工。

3.2 现场实施

先后在10416风巷、10412风、机巷、1061机、风巷等巷道中施工顺层孔。这些区域的瓦斯含量大，地质构造复杂，采用传统螺旋钻具施工进度慢，使用圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆以后，钻孔深度可达100米以上，钻进速度明显加快，装卸钻杆方便（仅需半分钟），解决了钻不进、卡死钻等问题。多处地点已经累计施工顺层孔达16万多米，通过施工地点使用圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆前后进尺情况统计，结果表明，使用圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆后，顺层孔施工效率大幅度增加，尤其对高应力、松软煤层、破碎地层钻进，效果明显。

4 使用效果

4.1 工作效率提高

该钻杆在杨柳煤矿应用以来，排渣容易，钻进速度快，成孔深，钻孔直线性好，施工钻孔平均孔深在90m左右，每班平均纯进尺在50m以上，平均每月机组进尺达3000米，最高施工记录4600米。该钻杆使用能使工作效率在螺旋钻杆的基础上提高一倍。

4.2 施工事故减少

采用风排渣措施，排渣顺畅，孔内残留煤粉较少，很少发生顶钻、卡钻及抱钻等问题。另外钻杆接头采用摩擦焊接，丝扣加粗使钻杆强度提高，抗扭曲能力强，钻杆事故率明显下降。从根本上解决了成孔率低、成孔深度浅等阻碍钻孔施工的瓶颈问题。

4.3 操作更为方便

与圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆配套的夹持器卡瓦使用合理，通用性好，质量过关，操作方便。使该钻具使用效果可以与其他同类产品相媲美，优势明显。

4.4 钻孔成型更好

利用风排渣扫孔，更利于钻孔封孔，保证了封孔的长度、质量，为提高瓦斯抽采效果奠定了基础。

5 结论

圆弧形凸棱瓦斯抽放钻杆是一套适合高瓦斯、强地应力、松软煤层钻孔的先进设备，能够提高钻孔施工的效率，具有较为广阔的应用前景。但是由于采用风排渣技术，钻进施工时大量产尘，需要同步解决消尘、除尘问题，创造一个良好的施工环境。