風(fēng)力排渣工藝的應(yīng)用

1、風(fēng)力排渣施工瓦斯鉆孔技術(shù)研究及應(yīng)用 摘要：川煤集團廣旺公司代池壩煤礦的部分可采煤層工作面，由于受沉因、斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造影響，煤層較松軟，瓦斯高富集且壓力大。在施工抽采鉆孔時，正常情況下使用水力排粉鉆進速度慢，極易塌孔，鉆孔鉆進速度和鉆孔成型的效果極差，我們通過探索改用風(fēng)力（壓風(fēng)）排渣施工工藝后，取得了較好的效果。主題詞：瓦斯抽采 風(fēng)力排渣 施工工藝一、問題提出代池壩煤礦為高瓦斯礦井，各煤層的地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層和褶曲較多，瓦斯問題一直制約著礦井的安全生產(chǎn)。夾矸、軟硬煤結(jié)合現(xiàn)象嚴重，瓦斯含量大，煤層透氣性差；煤層中夾有矸石的現(xiàn)象較為普遍，巖性多為灰黑色的泥巖、炭質(zhì)泥巖、高炭泥巖，大部分比較松軟

2、，且夾矸厚度不穩(wěn)定。使用傳統(tǒng)的水力成孔方法施工，夾矸、軟煤遇水后膨脹、塌陷，時常造成塌孔、堵孔、卡鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故，直接影響著鉆孔的成孔率，而且鉆孔孔深不足35米。在3945運輸巷、3944工作面開切眼、31326小石門等多次施工中，均發(fā)生鉆空中斷鉆桿、抱鉆、塌孔的事故，報廢鉆孔占施工鉆孔總數(shù)的1/3；處理一次抱鉆、卡鉆、塌孔需要24個班，每班進尺最多10米，嚴重影響鉆孔施工進度。鉆孔成孔后堵孔、塌孔現(xiàn)象也很嚴重，影響了抽放效果。如何提高鉆孔深度和成孔率，提高單孔抽放量，是我礦瓦斯抽放工作中亟待解決的一個難題。二、工作面煤層基本概況5、7、9、13號煤層基本情況分述如下：1、 5號煤層：為

3、代池壩井田最上部的一層可采煤層，位于白田壩組（1-2b）底礫巖之下58.2591.67米，一般72米左右，該煤層在礦區(qū)范圍內(nèi)可采段主要分布于18號勘探線至24號勘探線之間，1618線、2425線煤層薄化至不可采，可采段走向長約3625m。煤層厚度沿走向西薄東厚，沿傾向變化不大。可采段內(nèi)厚度在0.4-1.04米，一般0.4-0.6米，煤層結(jié)構(gòu)西部較簡單（一般夾矸1-2層），東部較復(fù)雜（含夾矸35層）。上部煤分層性軟，含炭質(zhì)泥巖及高炭質(zhì)泥巖透鏡體，灰分高達33.35%，下部煤分層性較硬，塊狀，灰分低。五號煤層底板為灰色粉砂巖，偽頂為炭質(zhì)泥巖，巖性松軟，易碎，頂板難管理。從已采煤層看，瓦斯含量較高。

4、2、7號煤層：呈單斜層狀構(gòu)造，走向近于東西，傾向南，煤層產(chǎn)狀為183°38°。煤層厚度平均0.97米，夾矸0.30米，煤層硬度系統(tǒng)2.0（f）；煤層老頂為灰色中厚層狀粉砂巖夾泥巖厚度為6.4米，直接頂為灰黑色薄層狀夾煤線厚度為2.18米，直接底為薄層泥巖，頂部夾0.20米左右一層炭質(zhì)泥巖。3、9號煤層：為單斜構(gòu)造，走向近于東西，傾向南，煤層產(chǎn)狀為188°38°。煤層厚度平均0.86米、夾矸0.08米，煤層硬度系數(shù)為1.5（f）；煤層老頂為灰色粉砂巖夾泥巖厚度為8米，直接頂為薄層粉砂質(zhì)泥巖厚度為2.8米，直接底為泥巖夾煤線厚度為6米，老底為粉砂質(zhì)泥巖厚度為

5、2米。4、13號煤層：為單斜構(gòu)造，走向近于東西，傾向南，煤層產(chǎn)狀為188°40°。煤層平均厚度為1.8m，平均夾矸厚度0.68m，煤層的厚度不穩(wěn)定、屬及不穩(wěn)定煤層；頂?shù)装迕簩訉永戆l(fā)育；煤層老頂為灰色厚層粉砂巖厚度為10米左右，直接頂為中厚層粉質(zhì)砂巖和粉砂質(zhì)泥巖厚度為30米左右，偽頂為黑色薄層狀高炭泥巖厚度為0.15米左右，直接底為灰色中厚層粉砂巖，頂部有0.18米厚的泥巖夾煤線，厚度為3.5米左右，老底為灰色厚層狀中粗粒石英砂巖厚度為20米左右。三、壓風(fēng)排渣鉆進的概念與優(yōu)點分析1、概念風(fēng)力排渣鉆進就是采用壓縮空氣經(jīng)過鉆桿內(nèi)孔、鉆頭進入孔底，在孔內(nèi)形成高速風(fēng)流，鉆屑則浮在風(fēng)流

6、中被吹向孔口，從而實現(xiàn)排渣和冷卻鉆頭的目的。2、優(yōu)點在松軟煤層中，風(fēng)力排渣較水力排渣的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：（1）、風(fēng)壓較小，壓風(fēng)對孔壁的沖擊小，不易破壞孔壁，能有效防止沖洗液壓力過大對孔壁煤塊的劈裂作用，對孔壁的破壞作用明顯減小。而水力排渣方式的最大缺點是對孔壁的沖擊作用太大，垮孔、噴孔嚴重。同時鉆孔內(nèi)處于氣（瓦斯、空氣）、液、固（鉆屑）三相流動狀態(tài)，流態(tài)極不穩(wěn)定，也很容易造成卡鉆現(xiàn)象。（2）、由于壓風(fēng)的密度和瓦斯的密度差大大減小，不影響煤層中瓦斯的解吸，孔壁煤層中的瓦斯能夠自由快速的釋放到?jīng)_洗介質(zhì)(壓風(fēng))中，并且迅速地將增加的壓力傳遞到孔外，一般不會引起瓦斯的聚集和壓力的激增而誘發(fā)噴孔對孔壁產(chǎn)生

7、沖擊破壞作用。（3）、與水力循環(huán)鉆進相比，壓風(fēng)鉆進的循環(huán)介質(zhì)流量大，在壓力的作用下，煤粉顆粒在鉆孔內(nèi)懸浮并隨著氣流做跳躍式的向前推進，直至返出孔口。如果局部煤粉顆粒堆積較多，此處的風(fēng)速勢必增加，此時堆積的煤粉顆粒不僅會在風(fēng)壓壓差的作用下前進，而且風(fēng)速增加后的攜粉能力大大增強，也會將煤粉顆粒迅速帶走。（4）、鉆孔內(nèi)始終只有氣、固兩相流動，發(fā)生卡鉆的可能性也減小了。四、風(fēng)力排渣供風(fēng)參數(shù)的確定（1）、風(fēng)力排渣的最小風(fēng)速和最佳風(fēng)量 對于壓風(fēng)鉆進而言，要獲得較高的鉆進速度，必須保證鉆桿與孔壁之間環(huán)狀間隙的返風(fēng)速度。生產(chǎn)實踐和理論計算表明，該返風(fēng)速度最小應(yīng)達15.5m.s-1以上，最佳風(fēng)速23 m.s-1

8、左右。我們采用50的鉆桿施工75的鉆孔，當(dāng)風(fēng)速達到23 m.s-1時，則需要風(fēng)量為： Q = V*A環(huán)*t =23*/4*(0.752 0.052)*60 3.39m3.min-1 在同類地層同等供風(fēng)量的情況下，鉆孔深度和風(fēng)壓大小成正比，而和鉆具的沿程阻力、局部阻力成反比。在實際工作中，考慮到空壓機的工作特性、管路以及鉆具的泄漏，要達到較好的鉆進效果，實際用風(fēng)量要大于上述計算值。我們在施工的過程中，利用地面壓風(fēng)機供風(fēng)，壓風(fēng)到達鉆孔孔口處的壓力最大可以達到0.8MPa，最小也有0.6MPa，用50管道輸送壓風(fēng)，完全可以滿足我們施工100米及以下淺孔的需要。五、孔口密封及除塵裝置使用壓風(fēng)作為沖洗介

9、質(zhì)時，鉆頭破碎下來的煤屑在從孔底向孔外運動的過程中，經(jīng)不斷碰撞以及鉆桿回轉(zhuǎn)時的擠壓作用，顆粒會越來越細，在壓風(fēng)中的分散表面積會不斷增大。隨著鉆孔速度的增加和局部垮塌作用的影響，壓風(fēng)中煤粉含量也會不斷增加。壓風(fēng)返出孔口時，如果不處理直接返到巷道中，不僅影響鉆場工人以及處于下風(fēng)其他工作人員的身心健康，而且由于壓風(fēng)中含有大量瓦斯和煤塵，也會造成極大的安全隱患。所以使用壓力風(fēng)作為沖洗介質(zhì)時，必須對返出孔外的壓力風(fēng)做降塵處理。使用壓風(fēng)作沖洗介質(zhì)時降塵和除塵方式，我們采用如下圖所示的孔口密封及除塵裝置?？卓诿芊饧懊芊獬龎m裝置的基本原理是：正常鉆進時鉆頭和鉆桿通過裝置前端的防塵擋圈進入鉆孔進行正常鉆進，壓風(fēng)

10、經(jīng)過鉆桿冷卻鉆頭和沖洗孔底，當(dāng)攜帶有煤粉的風(fēng)流到達孔口裝置時，受壓力水霧（直接接井下靜壓水管）的作用，風(fēng)與塵初步分離，在防塵擋圈的密封作用下，煤巖粉塵不是沿鉆桿返至鉆機及工作人員處，而是沿接孔口防塵裝置的膠管引至煤粉沉淀池，經(jīng)水浴后的返風(fēng)及瓦斯排入大巷，而煤巖粉沉積在水浴池中，從而起到防塵作用。同時由于壓力水霧的作用還可以起到孔口降溫、滅火作用。經(jīng)測定，該裝置排風(fēng)粉塵不大于10mg.m-3,完全符合煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。而且工作環(huán)境得到較大改善，施工人員不會被壓力水打濕衣服，現(xiàn)場的積水減少。通過現(xiàn)場反復(fù)試驗，我們認為使用該防塵裝置時，必須注意以下幾點：（1）、防塵套管的長度不小于2米，否則在壓力

11、風(fēng)和鉆桿的回轉(zhuǎn)作用下容易脫落。（2）、將裝置放入孔中，并且密封孔壁與裝置之間的空隙，使其不漏風(fēng)。（3）、將鉆進用鉆具穿過防塵裝置下入鉆孔，然后上好防塵擋板和防塵擋圈，使防塵裝置不漏風(fēng)。（4）、要注意水浴池沉淀煤巖粉的清理工作，并保持水浴池的水面高度，防止水浴池的作用失效而達不到滅塵效果。 六、實施效果代池壩礦經(jīng)過認真分析，結(jié)合其他單位同行的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)風(fēng)力排粉鉆進能有效減少鉆孔坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，有利于提高成孔率，決定在31326小石門采用風(fēng)力排渣方法施工順煤層瓦斯抽放鉆孔。結(jié)合煤層賦存地質(zhì)條件、瓦斯涌出構(gòu)成和31326小石門巷道布置情況，設(shè)計順煤層鉆孔深度8093m，開孔直徑115mm，終孔孔徑7

12、5mm。依據(jù)該設(shè)計，要求鉆孔正常排渣所需的最小供風(fēng)壓力位0.67MPa，最小供風(fēng)量為3.5m3·min-1。由于壓風(fēng)在確保了風(fēng)力排粉成孔方法所需的供風(fēng)壓力和風(fēng)量以后，使用重慶研究院研制的ZYD150D全液壓鉆機，配合50mm外平鉆桿和75mmPDC鉆頭，鉆進過程中保證排粉通暢，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，平穩(wěn)給進，成孔效率良好。在施工的20個鉆孔中，無卡鉆或堵孔現(xiàn)象，鉆孔的平均深度為85米，大大提高了鉆孔成孔效率。通過風(fēng)力排渣方法施工沿層瓦斯抽放鉆孔的成功，使我礦認識到風(fēng)力鉆進在松軟煤層成孔中的優(yōu)越性，在以后的鉆孔施工過程中將大量使用與推廣。從鉆進效率來看，風(fēng)力鉆進鉆孔事故少，施工順利，成孔所用時間比水力鉆進提高50%以上；從后期抽采效果看，風(fēng)力鉆進更有利于孔內(nèi)瓦斯釋放抽采，風(fēng)力成孔后比水力成孔的單孔瓦斯釋放壓力高0.030.036MPa，瓦斯自然涌出量高0.040.1005m3·min。沿煤層鉆進風(fēng)力成孔方法在我礦取得了良好效果。七、結(jié)束語 1、風(fēng)力排渣適合松軟煤巖層中施工瓦斯鉆孔?？?/p>