煤礦鉆孔施工工藝優(yōu)化及應(yīng)用

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摘要：煤礦防突是防治煤與瓦斯突出而制定的相關(guān)規(guī)定。本文針對(duì)煤礦鉆孔施工工藝存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析，通過(guò)升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)備、改進(jìn)鉆桿和鉆頭、增加供水流量等優(yōu)化措施，以期提高鉆孔施工效率，提升煤礦防突鉆孔施工的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煤礦；鉆孔施工工藝；基礎(chǔ)設(shè)備

引言

煤礦鉆孔施工的效率直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，而防突工作消除了鉆孔掘進(jìn)期間的危險(xiǎn)性，使得鉆機(jī)能夠向著礦井深處平穩(wěn)進(jìn)行掘進(jìn)，提升了鉆機(jī)掘進(jìn)速度，提高了鉆機(jī)工作效率，以促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)。

1.煤礦鉆孔施工工藝存在的問(wèn)題

首先，在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，一般選用的設(shè)備是ZDY1900型液壓鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔操作，該機(jī)型鉆機(jī)受到礦井深度和地應(yīng)力等因素影響，減小了鉆機(jī)的推進(jìn)功率、推進(jìn)力和起拔力，導(dǎo)致鉆機(jī)在推進(jìn)時(shí)速度較慢，延長(zhǎng)了鉆孔時(shí)間，而且在鉆進(jìn)的過(guò)程中，傳統(tǒng)深孔鉆車的排渣能力較弱，大量煤屑堵塞鉆孔，造成卡鉆或埋鉆現(xiàn)象，影響施工效率。其次，傳統(tǒng)鉆桿在進(jìn)行鉆孔時(shí)，打孔深度超過(guò)六十米后，周邊煤體的松軟度和硬度造成鉆孔形狀較差，而且鉆進(jìn)扭矩和鉆桿受力增大，容易出現(xiàn)斷桿或者埋鉆現(xiàn)象發(fā)生，使得煤層瓦斯不能及時(shí)進(jìn)行抽放，增加施工時(shí)間，拖延了施工進(jìn)度。最后，煤礦礦井開(kāi)采過(guò)程中，用水量相對(duì)較大，一般是采用單頭水壓進(jìn)行用水點(diǎn)供給，但隨著礦井深度的增加，用水點(diǎn)增多，單水水壓不能滿足鉆頭的排渣要求，造成煤屑堆積過(guò)多堵塞鉆孔，出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象無(wú)法按照預(yù)期完成掘進(jìn)指標(biāo)。

2.煤礦防突鉆孔施工工藝優(yōu)化和應(yīng)用

(1)升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)備是煤礦鉆孔施工的重要保障，提升基礎(chǔ)設(shè)備的性能，能夠加快工程施工進(jìn)度，降低鉆孔施工過(guò)程中的安全隱患。傳統(tǒng)鉆孔施工設(shè)備為了減少施工成本，采用一些較為落后的鉆孔設(shè)備，增加了煤礦鉆孔難度。將傳統(tǒng)設(shè)備和新型設(shè)備結(jié)合運(yùn)用，一方面可以加快鉆孔的工作進(jìn)度，另一方面可以增加操作安全系數(shù)，降低瓦斯突出危險(xiǎn)。例如江蘇某煤礦在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，在前期鉆孔的施工過(guò)程中，仍舊可以采用ZDY1900型液壓鉆機(jī)進(jìn)行工作，以減少鉆車能源的消耗，節(jié)約煤礦生產(chǎn)成本。實(shí)時(shí)跟蹤液壓鉆車掘進(jìn)的工作情況，當(dāng)掘進(jìn)深度超過(guò)該機(jī)型鉆機(jī)的工作承載力時(shí)，替換功率較強(qiáng)的深孔鉆車?yán)^續(xù)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，一般可以選用功率較大的CMS1-6200/80型深孔鉆車，當(dāng)掘進(jìn)深度增加時(shí)可以適當(dāng)更換鉆車上的動(dòng)力馬達(dá)，更換成可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的變量馬達(dá)，使鉆車能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中的突發(fā)情況，在掘進(jìn)順利階段將馬達(dá)轉(zhuǎn)速提升至800r/min，如果遇到掘進(jìn)困難或其他問(wèn)題可以將轉(zhuǎn)速適當(dāng)調(diào)低，避免鉆速過(guò)高引起周邊煤體坍塌，造成埋鉆現(xiàn)象。圖1為升級(jí)過(guò)后的基礎(chǔ)設(shè)備。

(2)改進(jìn)鉆桿和鉆頭傳統(tǒng)鉆機(jī)的鉆頭一般采用三翼鉆頭，切割面相對(duì)較小，容易受到周邊煤體的影響造成鉆孔坍塌或鉆孔不成形，延緩煤層瓦斯的釋放速度，影響工作進(jìn)度，將鉆頭更改為四翼鉆頭，增加了孔內(nèi)切割面，使鉆孔成形更快，降低周邊煤體的影響。傳統(tǒng)肋骨鉆桿在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔掘進(jìn)深度的增加，增加了鉆桿的受力和扭矩，容易造成斷桿現(xiàn)象，引進(jìn)新型三棱鉆桿能夠有效減少斷桿的情況。如表1所示，三棱鉆桿的不同規(guī)格能夠承受不同的掘進(jìn)壓力，錐螺旋的連接模式應(yīng)用范圍較廣，使用成本較低。例如河南某煤礦在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)選用QHE-16型三棱鉆桿，鉆桿長(zhǎng)1000mm，直徑73mm，采用錐螺紋接頭方式，在進(jìn)行鉆孔掘進(jìn)的過(guò)程中，單桿所受到的扭力為4700N/m，小于該類型三棱鉆桿6500N/m的扭力上限，進(jìn)行鉆孔操作的過(guò)程中能夠減少斷桿的情況發(fā)生。如圖2顯示，在進(jìn)行鉆孔作業(yè)的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到一些松軟煤體，造成鉆孔坍塌，形成堵孔的現(xiàn)象。三棱鉆桿工作時(shí)，鉆桿壁會(huì)不停擾動(dòng)鉆孔內(nèi)落下的煤屑，避免煤屑大量堆積堵塞鉆孔的排風(fēng)通道，隨著鉆桿的不停轉(zhuǎn)動(dòng)，使得排渣通道及時(shí)打通，有效避免了卡鉆情況，實(shí)現(xiàn)較軟煤體的深孔鉆進(jìn)。通過(guò)更換鉆桿，一方面能夠減少掘進(jìn)時(shí)鉆桿折斷，另一方面能夠提升排渣量，減少夾鉆的情況發(fā)生。

(3)增加供水流量隨著煤礦礦井的掘進(jìn)深度增加，煤礦各節(jié)點(diǎn)的用水量逐步上漲，如果不能及時(shí)供應(yīng)，容易造成煤層瓦斯突出，延緩鉆孔施工進(jìn)度。在礦井深度增加的同時(shí)加大供水流量，有效推動(dòng)施工進(jìn)度，減少煤礦工作的危險(xiǎn)系數(shù)。例如河南某礦井在1080米深度繼續(xù)向下掘進(jìn)的過(guò)程中，因?yàn)橛盟c(diǎn)增多，增加了一臺(tái)循環(huán)加壓泵，選擇100L/min的循環(huán)加壓泵提高供水流量，考慮到實(shí)際所處位置的深度，工作人員將循環(huán)加壓泵的壓力調(diào)整至了8MPa，而且考慮礦井深度增加后煤屑較多，工作人員將供水管道直徑從十毫米調(diào)整至了十五毫米，使得管道排渣效率提高，加快鉆孔施工的工作進(jìn)度。增加供水流量不僅可以有效解決礦井生產(chǎn)過(guò)程中單頭水壓不足的問(wèn)題，而且供水管道直徑增加，能夠有效減少煤屑擁堵鉆孔，減少卡鉆、埋鉆的事故發(fā)生。圖3為某位施工人員有效地增加煤礦供水流量。

3.結(jié)論

綜上所述，升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)備可以加快鉆孔施工進(jìn)度，確保施工質(zhì)量，改進(jìn)鉆桿和鉆頭能夠減少鉆孔過(guò)程斷桿、夾鉆的情況發(fā)生，增加供水流量能夠有效減少煤屑擁堵鉆孔，降低事故發(fā)生率。通過(guò)鉆孔施工工藝優(yōu)化一方面可以提高煤礦工作效率，另一方面可以降低煤礦工作危險(xiǎn)系數(shù)。

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作者：趙志杰 單位：山西陽(yáng)煤集團(tuán)登茂通公司