煤矿防突钻孔施工工艺优化及应用

2023-02-08

引言

煤矿钻孔施工的效率直接影响企业的经济增长速度,而防突工作消除了钻孔掘进期间的危险性,使得钻机能够向着矿井深处平稳进行掘进,提升了钻机掘进速度,提高了钻机工作效率,以促进煤矿产业经济稳定增长。

1.煤矿钻孔施工工艺存在的问题

首先,在进行钻孔施工时,一般选用的设备是ZDY1900型液压钻机进行钻孔操作,该机型钻机受到矿井深度和地应力等因素影响,减小了钻机的推进功率、推进力和起拔力,导致钻机在推进时速度较慢,延长了钻孔时间,而且在钻进的过程中,传统深孔钻车的排渣能力较弱,大量煤屑堵塞钻孔,造成卡钻或埋钻现象,影响施工效率。

其次,传统钻杆在进行钻孔时,打孔深度超过六十米后,周边煤体的松软度和硬度造成钻孔形状较差,而且钻进扭矩和钻杆受力增大,容易出现断杆或者埋钻现象发生,使得煤层瓦斯不能及时进行抽放,增加施工时间,拖延了施工进度。

最后,煤矿矿井开采过程中,用水量相对较大,一般是采用单头水压进行用水点供给,但随着矿井深度的增加,用水点增多,单水水压不能满足钻头的排渣要求,造成煤屑堆积过多堵塞钻孔,出现卡钻现象无法按照预期完成掘进指标。

2.煤矿防突钻孔施工工艺优化和应用

(1)升级基础设备

基础设备是煤矿钻孔施工的重要保障,提升基础设备的性能,能够加快工程施工进度,降低钻孔施工过程中的安全隐患。传统钻孔施工设备为了减少施工成本,采用一些较为落后的钻孔设备,增加了煤矿钻孔难度。将传统设备和新型设备结合运用,一方面可以加快钻孔的工作进度,另一方面可以增加操作安全系数,降低瓦斯突出危险。例如江苏某煤矿在进行钻孔施工时,在前期钻孔的施工过程中,仍旧可以采用ZDY1900型液压钻机进行工作,以减少钻车能源的消耗,节约煤矿生产成本。实时跟踪液压钻车掘进的工作情况,当掘进深度超过该机型钻机的工作承载力时,替换功率较强的深孔钻车继续进行钻孔作业,一般可以选用功率较大的CMS1-6200/80型深孔钻车,当掘进深度增加时可以适当更换钻车上的动力马达,更换成可调节转速的变量马达,使钻车能够及时应对掘进过程中的突发情况,在掘进顺利阶段将马达转速提升至800r/min,如果遇到掘进困难或其他问题可以将转速适当调低,避免钻速过高引起周边煤体坍塌,造成埋钻现象。图1为升级过后的基础设备。

(2)改进钻杆和钻头

传统钻机的钻头一般采用三翼钻头,切割面相对较小,容易受到周边煤体的影响造成钻孔坍塌或钻孔不成形,延缓煤层瓦斯的释放速度,影响工作进度,将钻头更改为四翼钻头,增加了孔内切割面,使钻孔成形更快,降低周边煤体的影响。

传统肋骨钻杆在进行钻孔作业时,钻孔掘进深度的增加,增加了钻杆的受力和扭矩,容易造成断杆现象,引进新型三棱钻杆能够有效减少断杆的情况。

如表1所示,三棱钻杆的不同规格能够承受不同的掘进压力,锥螺旋的连接模式应用范围较广,使用成本较低。例如河南某煤矿在进行钻孔施工时选用QHE-16型三棱钻杆,钻杆长1000mm,直径73mm,采用锥螺纹接头方式,在进行钻孔掘进的过程中,单杆所受到的扭力为4700N/m,小于该类型三棱钻杆6500N/m的扭力上限,进行钻孔操作的过程中能够减少断杆的情况发生。

如图2显示,在进行钻孔作业的过程中,有时会遇到一些松软煤体,造成钻孔坍塌,形成堵孔的现象。三棱钻杆工作时,钻杆壁会不停扰动钻孔内落下的煤屑,避免煤屑大量堆积堵塞钻孔的排风通道,随着钻杆的不停转动,使得排渣通道及时打通,有效避免了卡钻情况,实现较软煤体的深孔钻进。通过更换钻杆,一方面能够减少掘进时钻杆折断,另一方面能够提升排渣量,减少夹钻的情况发生。

(3)增加供水流量

随着煤矿矿井的掘进深度增加,煤矿各节点的用水量逐步上涨,如果不能及时供应,容易造成煤层瓦斯突出,延缓钻孔施工进度。在矿井深度增加的同时加大供水流量,有效推动施工进度,减少煤矿工作的危险系数。例如河南某矿井在1080米深度继续向下掘进的过程中,因为用水点增多,增加了一台循环加压泵,选择100L/min的循环加压泵提高供水流量,考虑到实际所处位置的深度,工作人员将循环加压泵的压力调整至了8MPa,而且考虑矿井深度增加后煤屑较多,工作人员将供水管道直径从十毫米调整至了十五毫米,使得管道排渣效率提高,加快钻孔施工的工作进度。增加供水流量不仅可以有效解决矿井生产过程中单头水压不足的问题,而且供水管道直径增加,能够有效减少煤屑拥堵钻孔,减少卡钻、埋钻的事故发生。图3为某位施工人员有效地增加煤矿供水流量。