软煤层深孔钻进技术的研究与应用研究报告

王振兴

（平煤股份一矿，河南 平顶山 467000）

现有操作台及继电控制器性能落后，控制复杂，多出冷却水、偶合器及油泵、勺杆等控制环节，与自动化系统联接多出一套PLC控制环节，为实现皮带系统的自动化集控，电控系统需要优化升级。无法实现功率平衡影响机械部分的使用寿命。重载情况下不能正常起车，影响生产。

一、采区概况

一矿三水平丁二采区是二水平丁二采区的接替采区，该采区以皮带上下山、轨道上下山为界划分为东、西两翼，其中西翼煤层标高从-420m到-800m，东翼煤层标高从-540m到-800m，西翼向西直到一、六矿井田边界，东翼向东走向长度约为2500m。首先开采西翼上山部分，单面生产，生产能力设计为100万t/a。煤炭工业储量1268万t，可采储量845.5万t，采区服务年限为13年。

目前，三水平丁二采区上山部分已经开采，从揭露情况看，丁6煤层层位比较稳定。丁二采区上山西翼煤层较厚，均在2.0m以上，平均2.4m左右，东翼煤层厚度在1.6～3.2m之间，平均2.2m。地质构造复杂，已揭露落差大于5.0m的断层10条，正断层走向多为北东向，逆断层走向多为北西向，受大断层的影响，次生小断层也较发育，其中张家逆断层将对丁二采区的整体布置及生产有较大的影响。

三水平丁组煤层以丁6煤为主采煤层，丁6煤层位于下古生界二迭系下石盒子组丁煤段中部，煤层厚度0.25～3.79米，平均2.2米，东部较薄，29勘探线以西逐渐变厚，为稳定、较稳定煤层，煤层上部0.7米左右为块状硬煤,成层状构造，中部1.2米左右为末状软煤，已无层理，用手捻成粉末，硬度较低，下部又变为块状硬煤，总体观测煤的破坏类型为Ⅱ～Ⅳ类，一般为Ⅲ类，煤层节理比较发育，煤层透气性系数为0.0394～0.0676m2/MPa2.d，透气性较差。丁6煤层伪顶为泥岩或炭质泥岩，直接顶为泥岩、砂质泥岩或砂岩，老顶为中粗粒砂岩，上与丁5煤层间距3.5～9.5米，底板为泥岩或砂质泥岩。

（一）立项目的、意义

矿井瓦斯是煤矿安全生产严重灾害之一，也是矿井安全生产的重大隐患。因此，防治矿井瓦斯是煤矿安全生产的首要任务。瓦斯抽放钻孔的施工是矿井瓦斯抽采治理瓦斯的重要手段。而我矿采用的ZDY-4000R型钻机体积较大，比较笨重，遇到软媒层时容易夹钻，而且钻进能力小，钻孔施工较慢，既影响了钻孔施工进度及抽采效果。在此情况下我矿引进了ZDY4500LXY型煤矿用履带式液压钻机，本钻机体积小、结构紧凑、全液压控制、履带行走、移位方便，省时、省力，而且适合在软煤层施工，加快了我矿施工瓦斯抽放钻孔进度，为提高我矿瓦斯治理具有重要意义。通过本项目软煤层瓦斯抽放钻孔高效施工技术的实施，真正的做到准确、快速的施工瓦斯抽放钻孔，对我矿瓦斯抽采具有重要的作用。最终达到防瓦斯、防突效果，不但提高了原煤产量，更重要的是确保了矿井的长治久安，具有很大的推广应用价值。

（二）主要研究内容

1.通过对打钻现场条件、煤层情况的资料收集，研究软煤层深孔钻进技术的影响因素，探索适合我矿施工软煤层钻孔的技术。

2.通过和铁福来钻机厂家联系沟通，查看各种钻机参数、资料，研究各种钻机特性。

3.组织专业人员进行现场盯岗写实，研究钻机施工软煤层钻孔效果，以及提高功效的办法，便于此项技术的推广和应用。

（三）技术关键

1.收集需要施工本煤层瓦斯抽放钻孔的工作面巷道布置、煤层情况及地质资料等。

2.研究各种钻机参数性能，分析适合我矿施工的钻机类型；目前，在丁6-32050机巷使用ZDY4500LXY煤矿用履带式液压钻机施工本煤层钻孔。

3.现场盯岗并收集钻孔施工资料，包括移钻、稳钻、打钻过程、退钻过程，并与以前钻孔施工情况作比较，不断优化钻孔施工功效。

二、软煤层深孔钻进技术设备选型

根据软煤层施工的影响因素，我矿引用ZDY4500LXY型煤矿用履带式液压钻机，该钻机将工作机构与动力系统合为一体，达到体积小、结构紧凑、全液压控制、履带行走、移位方便，省时、省力，钻机采用液压油缸垂直支撑顶板方式，转盘回转机构，解决了支撑过程中力的转换，使钻机定位和稳钻更加快速方便，而且适合在软煤层施工，钻机额定功率55kw，钻机最大额定转矩1000N.m~4500N.m；同时在钻具方面，钻杆采用高强度三棱钻杆，使钻杆与钻孔始终保持充足的排粉空间。确保软煤层钻进深度达到120m以上。

（一）软煤层深孔钻进技术应用

根据中国矿业大学对三水平丁二采区丁6煤层瓦斯突出危险性区域划分，该工作面位于突出危险区，为突出危险工作面。该工作面首先执行区域防突措施且瓦斯抽采达标后方可施工。因此，丁6-32050机巷需要施工本煤层瓦斯抽放钻孔，并布置在软煤层中，施工完毕及时封孔、联网抽放。为保证本煤层钻孔施工质量，我矿引进了ZDY4500LXY型煤矿用履带式液压钻机，本钻机体积小、结构紧凑、全液压控制、履带行走、移位方便，省时、省力，而且适合在软煤层施工，加快了我矿施工瓦斯抽放钻孔进度，为提高我矿瓦斯治理具有重要意义。通过软煤层深孔钻进技术的研究与应用，顺利的完成了丁6-32050机巷瓦斯抽放钻孔的施工，达到了防瓦斯、防突出的效果，确保了丁6-32050机巷的安全高效生产。

三、总结

通过对我矿打钻施工工作面的现场条件、煤层情况的资料收集研究以及通过和铁福来钻机厂家联系沟通，查看各种钻机参数、资料，研究各种钻机特性。目前，在丁6-32050机巷使用ZDY4500LXY煤矿用履带式液压钻机施工本煤层钻孔。新型ZDY4500LXY履带式液压钻机，给进、起拔能力大，且为了解决传统钻杆在软煤层顺层钻孔时的卡钻、埋钻、排渣效率低、机械化程度不高等问题,采用三棱钻杆，扩大排出煤粉和瓦斯的通道，结果表明,三棱钻杆在软煤层顺层抽排瓦斯钻孔施工中能够高效成孔，排粉顺畅，保证瓦斯抽放效果。丁6-32050机巷施工预抽煤层瓦斯钻孔后，煤层瓦斯含量由最大3.27m³/t下降到2.15m³/t；煤层瓦斯压力0.2～0.51MPa下降到最大0.08～0.22 Mpa；抽出瓦斯17.9万m³，达到了防瓦斯、防突出的效果，确保了丁6-32050机巷的安全高效生产，具有很大的推广应用价值。