三软厚煤层区域消突钻孔施工技术

裴沟煤矿是郑煤集团公司主力矿井之一， 原设 计生产能力 0. 6 Mt / a， 后经 2 次改扩建和技术改造， 目前， 矿井核定生产能力 2. 05 Mt / a。2007 年 10 月 7 日 32031 瓦 斯 抽 采 巷 掘 进 期 间 发 生 瓦 斯 突 出 事 故， 矿井被鉴定为突出矿井， 消突打钻工作成为该矿 瓦斯治理的必要手段。裴沟煤矿开采二叠系山西组 透气性系数低， 属典型的三软不稳定厚煤 二1 煤层， 层。随着矿井向深部开采， 煤体瓦斯含量和瓦斯压 打钻消突工作任务量大。 进行打 力均不断增大 ， 钻消突期间， 由于煤层松软、 钻机设备落后、 塌孔、 排 粉不畅、 瓦斯压力大等原因， 消突钻孔很难达到设计 ， 深度 制约着消突工程的顺利开展。因此， 提高三软 厚 煤层区域消突打钻技术水平 ， 对瓦斯防治工作具
2012 年第 8 期
中州煤炭
总第 200 期
三软厚煤层区域消突钻孔施工技术
刘团委
（ 郑煤集团公司 裴沟煤矿， 河南 新密 452382 ）
Hale Waihona Puke Baidu
摘要： 针对矿井地质条件， 郑煤集团公司裴沟煤矿提出了采取注浆加固钻孔 、 施工浅孔消突、 更新打钻设备等 措施， 以解决消突过程中成孔率低 、 成孔深度受限、 煤层透气性差带来的一系列问题 。该措施的实施提高了 瓦斯抽放效果， 降低了经济损失， 加快了巷道施工进度。 关键词： 三软厚煤层； 区域消突钻孔； 煤层注浆 中图分类号： TD713． 32 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0506 （ 2012 ） 08 － 0119 － 02
总第 200 期
（ 2 ） 裴沟煤矿目前使用 ZY150 型防突钻机， 体 积小， 搬运方便， 对现场施工条件要求不高， 但由于 受自身能力的限制， 钻孔施工速度慢， 钻孔施工深度 ， ， 浅 钻孔直径小 不能满足消突打钻的要求， 消突工 程进展缓慢。
两种钻机参数对比
ZY150 200 50 14 14 210 1. 5 60 45 22 20 63. 6 2 000 ZDY4000 400 73 16 14 1 480 1. 5 60 45 55 28. 5 100 2 000
2012 年第 8 期
中州煤炭
粉能力强。两种钻机参数对比见表 1 。
表1
钻机型号 钻进深度 / m 钻杆直径 / mm 旋转压力 / MPa 推进压力 / MPa min － 1 ） 输出转速 / （ r· min － 1 ） 正常推进速度 / （ m· 最大给进力 / kN 最大起拔力 / kN 电动机功率 / kW 油泵最高压力 / MPa min － 1 ） 油泵排量 / （ mL· 整机质量 / kg
图1
31071 综采工作面布置
（ 1 ） 裴沟煤矿开采二叠系山西组二1 煤层， 属典
收稿日期： 2012 － 02 － 29 2008 年 作者简介： 刘团委（ 1983 —） ， 男， 河南周口人， 助理工程师， 毕业于河南理工大学， 现从事矿井通风与安全工作 。
型的三软不稳定厚煤层， 该煤层具有以下特点： ①煤 地应力大， 瓦斯压力大； ②煤质软， 消突钻 层埋藏深， 孔易喷孔、 夹钻、 塌孔， 成孔深度受限； ③ 透气性差， 瓦斯难抽采， 抽采效果差。 · 119·
［1 ］
有重要意义。2009 年 12 月， 该矿购进 ZDY4000 型 大功率钻机设备， 对 31 采区首采 31071 综采工作面 两巷采取煤层注浆等措施， 进行区域消突钻孔施工， 取得了明显效果。
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应用区域概况分析
31071 工作面位于 31 回风上山东侧， 可采走向 长 1 280 m， 倾斜宽 130 m。该工作面整体地质构造 西部以向斜为主。 工作面东侧有多条 以单斜为主， 断层存在， 断层可能西延至工作面内， 工作面煤厚 4. 0 ～ 13. 5 m， 平均厚 8. 5 m， 煤层倾角 4° ～ 22° ， 平 17° ， ， 均 该工作面煤层较厚 且位于突出危险区域内 （ 图 1） 。
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施工方案
针对裴沟煤矿的实际情况， 改变煤层松软性、 增 强煤层稳固性、 淘汰旧的钻机设备、 购进大功率钻 机， 是在三软厚煤层中实施区域消突钻孔中提高钻 进速度、 钻孔质量和瓦斯抽采浓度的关键 。 （ 1 ） 进行煤层注浆， 提高煤层稳定性系数。 为 了改变三软厚煤层松软性质， 采取注浆加固的措施 进行处理， 利用小钻头对煤体破坏小、 易钻进的特 点， 采用50 mm 的小钻头在煤层中打钻， 用深部副 井地面注浆设备向煤层内注入黄泥浆， 对煤层进行 加快孔内泥浆的凝固速度， 加固。为提高注浆效果， 在黄泥浆中加入适量速凝剂等特效材料， 以提高注 ， 。 浆效果 达到增强煤层稳固性的目的 ① 浆液比例 按黄土∶ 水 = 1∶ 3 。②注浆压力是浆液在煤体裂隙中 扩散的动力， 直接影响注浆加固质量及效果。 根据 注浆经验， 最终确定注浆压力为 1 ～ 2 MPa， 注浆过 程中必须加强观察， 严禁高压浆液破坏煤层原生性 质。③由于煤体裂隙、 松动范围不均匀性等， 煤体吃 浆量存在差别， 要注意压力表的变化、 煤体是否有浆 液流出。 ［2 ］ （ 2 ） 施工小孔径、 浅钻孔预抽瓦斯 。 在施工 深孔消突钻孔期间， 由于煤层瓦斯含量高、 压力大， 出现顶钻、 夹钻、 喷孔， 导致钻孔不能达到设计要求， 造成钻孔报废现象， 在施工区域消突深孔地段先施 90 型架 工小孔径、 深度浅的消突钻孔。 利用 ZQSJ柱支撑气动手持式风动钻机， 施工直径为 75 mm、 深 12 m 的钻孔， ， 对煤层进行预抽 降低煤层瓦斯含量 和压力。 ［3 ］ （ 3 ） 淘汰落后钻机， 购进大功率钻机 。 使用 ZY150 型钻机在施工区域消突钻孔各个环节进行 现场资料收集， 经分析研究， 该类型钻机由于受钻进 速度慢、 旋转压力小、 起拔压力小、 电动机功率小等 因素影响， 在遇到钻孔塌孔、 喷孔、 夹钻、 顶钻等情况 时， 不能正常运转， 钻孔往往达不到设计深度而报 废， 严重影响消突工程进度。为此， 经矿相关业务部 门及矿领导研究决定， 购进大功率钻机， 将钻机更换 排 为 ZDY4000 型钻机。该类型钻机使用麻花钻杆， · 120·