低螺旋钻杆在局部松软煤层顺层瓦斯钻孔施工中的应用.pdf

实用技术
恳第189親
doi:10.3969/.isn.1005-2798.2015.05.016
低螺旋钻杆在局部松软蝶层顺层
瓦斯钻孔施工中的应用
段照武
(晋城牒业集团寺河媒矿二号井,山西晋城048019)
摘要:针对松软煤层钴孔施工成孔率低、钻孔施工深度浅等技术问题,以寺河二号井为例,分析光圆钻杆
和低螺旋钴杆在井下施工中的优缺点。通过对松软煤层中两种钻杆的钻进特性分析,同时进行两种钻杆
排渣原理研究并进行现场实践分析,得出使用低螺旋钻杆钻进的优点,为后续松软煤层钻孔施工提供参
关键词:低螺旋钴杆;顺层平行钻孔;钻孔深度;光圆钴杆;排渣原理
中图分类号:'D421
文献标识码:B
文章编号:1005-2798(2015)05-0042·02
在我国,开采煤层中松软煤层的比例占到场位于晋城市泽州县川底乡和村西北部,属于沁水
60%~-80%,松软煤层的主要特点是煤层破碎、稳定煤田。现主要开采煤层为9号、15号煤层,矿井属于
性差,煤层瓦斯压力大』。随着近些年来各大矿高瓦斯矿井。现开采的15号位于太原组一段顶部,
井煤炭开采深度的加深,矿井瓦斯事故发生的概率K石灰岩为直接顶板。目前生产的151303工作面
不断增高,根据煤矿娑全规程的规定,高瓦斯及煤与位于矿井15号煤一盘区,埋菠深度265~470m,媒层
瓦斯突出煤层,按照“先抽后采”的开采原则,为了倾角2-6°,煤厚1.8-2.50m,平均2.31m。该工作
减小煤层瓦斯事故发生的概率,必须对突出煤层进面倾斜长为180m,走向长为1491m,开采方法为走
行预抽放瓦斯,释放瓦斯压力3-4。进行煤层瓦斯向长壁后退式、次采全高、综合机械化采煤
预抽的前提是施工煤层瓦斯抽放钻孔,决定瓦斯抽2工作面软煤分布及对钻孔施工的影响
采效果的关键是钴孔深度,相比在其他各种煤层施
工钻孔,在松软突出煤层中进行钻孔施工难度最大。
工作面软煤分布极不规则,主要以小块状、条带
松软煤层钻孔一直是闲扰煤井下施工的难题,在状存在于媒展内,厚度不均
松软煤质的条件下,煤层透气性差,吸附性强,煤质
由于软煤的存在在使用光圆钻杆施工顺层钻孔
松软并时常会伴有动力现象或突出危险性,现场施阿经常出现喷孔、塌孔、堵孔和卡钻现象,严重影响
工过程中钻孔在地应力、瓦斯压力及钻杆扰动力共∫钻孔施工深度及本煤层瓦斯抽放效果。钴孔喷孔
是钴孔中的一种动力现象,类似于煤与瓦斯突出,主
同作用下,钻孔极易发生变形、場孔、卡钻、丢钻现要是高压瓦斯、应力集中和软媒三个因素综合的结
象,导致钻孔无法正常施工,成孔效率低,钻孔深度
不够,从而影响斯抽放效果。所以,松软媒层钻孔生一种冲击和被碎力导致煤体破裂、粉碎:钴孔塌孔
施工技术是我国煤矿生产面临的重要问题5。
是钴孔发生垮塌的现象,其中煤层松软是造成塌孔
低螺旋钻杆是一种专为解决松软突出媒层钻进的主要原因:钻孔堵孔是钻进过程中钻孔被煤粉煤
难题而发明的一种新型钻杆。文章通过对比光圆钻渣充实而无法顺利排渣的现象;卡钻是钻头既不能
杆和低螺旋钻杄在松软煤层中的钴进特性,分析在前进也不能后退的一种状态,主要由于喷孔时未能
松软煤层条件下两种钴杆排渣能力、两种钴杆现场及时拔出钻杆,钻杆和钻头被破碎的煤体箍紧、以及
施工钴孔成孔深度的大小及两种钻杆钻迸软煤深度排渣不力、孔内积尘增多,从而造成卡钴,钻杆无法
L与F的关系。
进退6-?。
工作面基本情况
工作面钻孔深度设计
寺河矿二号井位于寺河井田东部,矿井工业广
在工作面回风巷垂直煤壁施工顺层平行抽放钻
收稿日期:20150205
作者简介:段照武(1982-),男,四川盐亭人,助理工程师,从事通风技术工作。
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2015?5凤
段照武:低螺旋钻杅在局部松软媟层层瓦斯钻孔施工中的应用
第24第5
孔,孔径为94mm,错孔间距为5m,钻孔设计长度出。在这一过程中水压力f水从正常供水压力f正
为155m。平行钻孔设计长度计算如下:
常不断增大到泥浆泵的最大供水压力。;随着软
L=Lo-d1=180-25=155m
煤层的不断垮塌垮塌物阻力F也不断增加。现场
式中:L。为平行钴孔长度,m;の为工作面长表现:孔口返水或大或小或间断停水;钻孔排渣量增
度,取180m;d1为巷道预排瓦斯宽度,取25m
加;泥浆泵活塞摩擦声越来越大。
4两种钴杆应用效果对比分析
2)当/水≤F眼时,压力水无法将垮塌物冲出。
这时钻孔内压力水中的悬浮钻屑沉淀,继续卡、抱钻
4.1试验所用钻杆参数
杆,最后将钻杆抱死。
在实验过程中,光圆钴杆所用型号为D73mm
在尔>F这一过程中,F不断增大主要是垮
1500mm;低螺旋钻杄参数为:主杆D63.5mm,塌物中无法排出的颗粒较大的岩、煤块越来越多造
螺旋叶片宽10mm,高5mm,叶片螺旋开角30°,钻成的(如图3所示)。光圆钻杆遇到上述情况时,主
杆长度1500mm。所配钻头直径均为94mm。钻要靠反复提拔钻杄挤碎垮塌物,然后用压力水将垮
杆参数如图1所示。
塌物排出。光圆钻杆这一能力有限,块状垮塌物越
积越多。低螺旋钻杅遇到上述情况时,在螺旋叶片
低螺旋钻杄
1500mm
的作用下将颗粒较大的岩、煤块的挤碎,然后靠螺旋
門いいいて叶片和压力水将螺物排出。根据现场排出的钻屑
63.5mm
来看,光圆钻杆现场排出的钻屑颗粒大、量小;低螺
光圆钻杆
1500mm
旋钻杄排出的钴屑基本为粉末、量大。
图1钻杆参数
崎塌区域
央状垮塌物
4.2钴杆排渣原理
1)光圆钴杄排渣原理:光圆钴杆使用的是水
排渣技术。在钻进过程中使用泥浆泵向钻孔供水,
图zDy400结机
压力水经钻杆从钻头射出携带钻屑从钴杄与钻孔缝
隙中冲出孔外,完成排渣过程。
2)低螺旋钴杄排渣原理:低螺旋钴杄使用的
图3垮塌物堵塞钻孔示意
是螺旋叶片和水共同排渣技术。在钻进过程中,纸4.4同一区域两种钴杆钴孔施工深度对比分析
在151303工作面使用光圆钻杆施工20个钻
螺旋与钴孔壁挤碎孔内粒径较大的钴屑然后靠螺旋
孔,由于在距离回风巷40m处遇见软煤层,大部分
叶片和泥浆泵水压排出,完成排渣过程。
4.3两种钴杆软煤层施工钴孔排渣过程分析
钻孔施工深度仅为40m左右,无法满足本煤层抽放
当钻进软煤层时,煤层开始垮塌,随着钴孔不断
的需要。为了提高瓦斯抽放效果,又在这一区域钻孔
钻进垮塌物不断增加,最终垮塌物堵塞钴孔与钻杆
与钻孔中间使用低螺旋钴杄进行补孔,同样施工20
个钻孔,其中有14个钻孔达到155m。两种钻杆在同
间的缝隙,压力水无法返出失去排渣能力,最后将钻
一区域同型号钻机上施工钻孔深度对比图如图4所
杆抱死。用表示压力水的压力,F表示垮塌物
阻力来分析排渣过程。水与Fm的关系如图2所示,钴进软煤深度L与F的关系曲线如图5所示。
水压力「水
最大供水压力
旦迷一
正常供水压力「正常
234567891011121314151617181920
号
崎塌物阻力
ジ光圆钻杆;低螺旋钻杆
图2f水与F的关系曲线
图4两种