鉆進(jìn)揭露煤體瓦斯庫噴突形成機(jī)理及孔內(nèi)事故處理方法

馬沈岐

(中煤科工集團(tuán)西安研究院鉆探技術(shù)所,陜西西安 710054)

鉆進(jìn)揭露煤體瓦斯庫噴突形成機(jī)理及孔內(nèi)事故處理方法

馬沈岐

(中煤科工集團(tuán)西安研究院鉆探技術(shù)所,陜西西安 710054)

松軟煤層中鉆進(jìn),揭露煤層瓦斯庫形成的噴突,是造成孔內(nèi)事故的重要原因。對瓦斯庫噴突的形式和形成機(jī)理以及形成事故的原因進(jìn)行了分析,在風(fēng)力鉆進(jìn)工藝系統(tǒng)中,對常出現(xiàn)的問題和現(xiàn)場解決、處理問題的方法進(jìn)行了總結(jié),對松軟煤層的鉆進(jìn)具有借鑒意義。

松軟煤層;瓦斯噴突;風(fēng)力鉆進(jìn);機(jī)理分析;事故處理

煤層中富集瓦斯條帶狀分布狀態(tài)明顯,富集瓦斯條帶狀分布的特點(diǎn)具有:富集瓦斯條帶范圍明顯、瓦斯壓力高、突出強(qiáng)度大、形成的富集瓦斯庫獨(dú)立性強(qiáng),并且各瓦斯庫之間的相互聯(lián)系性較差、煤體松軟。在鉆進(jìn)中形成的瓦斯噴突形式有團(tuán)狀獨(dú)立噴突和連續(xù)型相交噴突、彌散狀持續(xù)性溢出等,瓦斯噴突加速煤體破碎嚴(yán)重,形成大量的煤渣和粉塵,造成鉆具瞬間被埋等嚴(yán)重孔內(nèi)事故。本文結(jié)合科研和實(shí)踐工作,針對鉆進(jìn)揭露煤體瓦斯庫形成的噴突形式,噴突造成的孔內(nèi)事故,以及事故的預(yù)防和處理方法,進(jìn)行了分析和總結(jié),希望對今后的工作能起到借鑒作用。

1 鉆孔瓦斯噴突的形式

煤體中瓦斯庫的存在,受煤層的物理特性影響和礦山壓力作用等,形成差別各異的煤體瓦斯庫存在形式,當(dāng)鉆頭揭露煤體瓦斯庫時(shí),壓力瓦斯產(chǎn)生不同形態(tài)的釋放,形成的噴突狀態(tài)也不同,常見的噴突形式如下。

(1)松軟煤體相對穩(wěn)定時(shí),瓦斯庫聚集成團(tuán)狀形態(tài)瓦斯形成的突出狀況。其噴突狀態(tài)表現(xiàn)為,瓦斯壓力迅速釋放,達(dá)到瓦斯庫聚集的壓力值,并且瓦斯氣體快速膨脹,向孔內(nèi)低壓區(qū)迅移,同時(shí)孔內(nèi)產(chǎn)生鳴炮聲,聲音較脆,突出的渣量較少,顆粒粒徑較大,噴出孔口的速度較高,當(dāng)瓦斯壓力釋放后,其壓力值快速降低恢復(fù)常態(tài)。圖 1為瓦斯庫聚集成團(tuán)狀瓦斯壓力釋放曲線圖。

圖 1 瓦斯庫聚集成團(tuán)狀瓦斯壓力釋放曲線示意圖

(2)松軟煤體穩(wěn)定性較差時(shí),煤層的孔隙度、裂隙度也相對不發(fā)育,瓦斯庫聚集成彌散狀形態(tài)形成的突出狀況。其噴突狀況表現(xiàn)為,瓦斯壓力釋放較緩,達(dá)到瓦斯庫聚集壓力值的時(shí)間也較慢,在孔內(nèi)聚集成高壓瓦斯的空間段較長,瓦斯氣體膨脹的速度較緩,在向孔口低壓區(qū)移動(dòng)時(shí),擾動(dòng)孔壁造成大量的松軟煤層發(fā)生坍塌,形成較大的煤渣量。突出狀態(tài)表現(xiàn)為,鳴炮聲沉悶、持續(xù)時(shí)間較長,突出的渣量大,煤渣顆粒與煤粉混合度高,在孔口時(shí)形成分層,表現(xiàn)為鉆孔上部噴突出的煤渣顆粒較大、數(shù)量較少、出孔口速度高,鉆孔下部呈現(xiàn)大量混合的煤渣和煤粉,數(shù)量大、出孔口速度較低、形成的安息角較大。當(dāng)瓦斯壓力較緩釋放后,其壓力值也是較緩慢的恢復(fù)到正常值。圖 2為瓦斯庫聚集成彌散狀瓦斯壓力釋放曲線圖。

圖 2 瓦斯庫聚集成彌散狀瓦斯壓力釋放曲線示意圖

(3)松軟煤體中瓦斯子庫相互關(guān)聯(lián)又具有一定的獨(dú)立性時(shí),首先坍塌的松軟煤體形成噴突,接著擾動(dòng)后續(xù)煤體,引發(fā)持續(xù)性的噴突。連續(xù)噴突的特性是先鳴炮時(shí),孔內(nèi)噴突的煤渣量相對較少,煤渣顆粒大、突出孔口速度較高,有時(shí)伴有鳴哨聲,接下來的噴突就會發(fā)生煤渣量大量增加的情況,并且鳴爆聲變得沉悶,由于一定量的煤渣阻塞了鉆孔通道,導(dǎo)致孔內(nèi)聚集的瓦斯壓力會逐漸升高,并且釋放較慢,延遲時(shí)間拖長。由于噴涌出的渣量大、力度強(qiáng),有時(shí)甚至能把孔內(nèi)的鉆桿推出,把鉆場的鉆機(jī)涌到一邊。圖 3為瓦斯庫交互影響噴突壓力釋放曲線圖。

圖 3 瓦斯庫交互影響噴突壓力釋放曲線示意圖

(4)受礦山壓力作用,壓縮富集的瓦斯,受礦山壓力作用煤體遭到嚴(yán)重破壞,受壓形成的高壓瓦斯庫與遭到破壞的媒體發(fā)生突出。形成的突出狀態(tài)表現(xiàn)為,沉悶的煤炮聲連同煤體坍塌物,瞬間將鉆具埋住,煤粉、煤渣和瓦斯氣體無法排出。因坍塌煤體上部形成松散的空間,隨后瓦斯氣體和壓力風(fēng)會逐漸排出,但鉆具仍無法活動(dòng)。

松軟煤層瓦斯噴突的發(fā)生具有一定的突然性,非正常鉆進(jìn)參數(shù)區(qū)間有時(shí)候反應(yīng)的時(shí)間很短,來不及進(jìn)行調(diào)整,因此提前的設(shè)計(jì)和預(yù)防就十分重要,需要對瓦斯地質(zhì)工作進(jìn)行詳細(xì)的勘察和探測,做到心中有數(shù),就能更好地實(shí)施松軟煤層中的鉆進(jìn)工作,采用新型工藝方法,保持鉆孔能長效的工作,有效地進(jìn)行瓦斯抽采,解決松軟煤層中的瓦斯突出問題和保持鉆孔通道持續(xù)應(yīng)用問題。

2 煤體中瓦斯庫具備的 3個(gè)條件

煤體中瓦斯庫的存在是一種自然狀態(tài),瓦斯庫的形成具備 3個(gè)條件:(1)具備一定的空間,并且通過裂隙等與煤體中的通道聯(lián)系,同時(shí)煤體的頂?shù)装寰邆涿芊鈼l件;(2)成煤過程中伴生的瓦斯等氣體,通過煤體中的裂隙等通道向存在的空間運(yùn)移聚集,形成瓦斯氣體子庫;(3)受礦山壓力等地質(zhì)條件的作用,瓦斯氣體子庫受壓,集合形成具有一定壓力的瓦斯氣體庫。在深部煤層開采條件下,具備瓦斯庫的條件更充分,高壓瓦斯存在的條件更復(fù)雜。

針對具有噴突性質(zhì)的煤層,進(jìn)行鉆探施工的難度更大,由瓦斯噴突引發(fā)的孔內(nèi)事故更多。

3 鉆孔瓦斯噴突機(jī)理

鉆進(jìn)揭露瓦斯庫形成瓦斯噴突的機(jī)理是,在鉆頭鉆進(jìn)揭露瓦斯庫的瞬間,瓦斯庫中的瓦斯壓力迅速得到釋放,向鉆孔環(huán)隙中噴涌而出,受瓦斯壓力釋放擾動(dòng)引起坍塌的松軟煤層,形成煤、風(fēng)與瓦斯氣體的混合體,在瓦斯壓力作用下共同向鉆孔環(huán)隙中噴涌,高壓瓦斯氣體的迅速膨脹、擠壓鉆孔中的空氣形成鳴爆聲。

噴突的瓦斯、煤渣和煤粉在鉆孔中存在的形式是不同的,根據(jù)煤與瓦斯噴突形成的混合體,將其劃分為 3個(gè)階段:

第一階段為噴突的初始階段,在鉆孔前端由于噴突的煤渣煤粉與瓦斯氣體形成的混合體密度很大,以一種混合的擁擠狀態(tài)向外運(yùn)移;

第二個(gè)階段為噴突的運(yùn)移階段,在鉆孔中段隨著突出過程的延長,瓦斯氣體壓力的釋放,煤渣、煤粉受重力作用逐漸產(chǎn)生分層,同時(shí)部分顆粒較大的煤渣在風(fēng)力懸浮狀態(tài)下,以較高的速度在環(huán)隙上部快速突出,而另外大部分混合煤渣煤粉則沉積在鉆孔中下部,一部分煤渣反復(fù)被小螺旋鉆桿攪動(dòng)升起,隨壓力風(fēng)排出,而多數(shù)煤渣混合瓦斯和壓力風(fēng)向孔口常壓區(qū)推移排出,向孔口運(yùn)移突出的速度較為遲緩,因此噴突的煤渣和混合煤渣粉噴突成分層狀;

第三個(gè)階段為噴出階段,經(jīng)過鉆孔內(nèi)長距離的運(yùn)移過程,噴突的煤渣、煤粉、瓦斯和壓力風(fēng),在接近孔口時(shí)開始迅速減壓,形成一定的下降坡度,而鉆孔環(huán)隙中上部的空間增大,噴突煤渣顆粒的密度減小,煤渣的運(yùn)移速度加快,而鉆孔環(huán)隙的下部,也因煤渣數(shù)煤粉量的減少,密度降低,被瓦斯和壓力風(fēng)氣體推移的速度加快,因此噴出孔口的煤渣、煤粉、瓦斯和壓力風(fēng)狀態(tài)就是:鉆孔環(huán)隙上部多以較大的煤渣顆粒噴出,并且噴出的速度高,數(shù)量較少,往往能聽到噴出的煤渣顆粒帶有鳴哨聲音;而鉆孔環(huán)隙中下部則會突出大量的混合煤渣和煤粉,出口速度相對較低,渣量大 (如圖 4所示)。

圖 4 小螺旋鉆桿風(fēng)力排渣示意圖

4 鉆孔瓦斯噴突的征兆

鉆孔內(nèi)瓦斯噴突的征兆判斷,常用的方法有以下幾種:(1)根據(jù)掌握的礦井瓦斯地質(zhì)資料提前預(yù)防法;(2)鉆進(jìn)中根據(jù)瓦斯鳴爆聲音判斷法;(3)根據(jù)鉆進(jìn)工藝參數(shù)變化情況判斷法;(4)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)判斷法。

4.1 根據(jù)掌握的礦井瓦斯地質(zhì)資料提前預(yù)防法

礦井瓦斯地質(zhì)精查工作做得越詳細(xì),各種構(gòu)造規(guī)律、瓦斯賦存條件、地下水賦存條件、煤的物理性質(zhì)等資料掌握得越好,鉆進(jìn)工藝參數(shù)就越好控制,對瓦斯庫的賦存條件、瓦斯壓力值的范圍、煤層松軟等級、瓦斯噴突造成的影響程度掌控得越好,鉆孔成孔的概率就會高,釀成事故的幾率就小,鉆孔通道維持時(shí)間長,瓦斯抽采治理的效果就會提高。

4.2 根據(jù)瓦斯鳴爆聲判斷法

高壓瓦斯氣體釋壓產(chǎn)生鳴爆,受煤層松軟條件、瓦斯壓力高低、煤層透氣性、煤層受瓦斯噴突擾動(dòng)所造成的坍塌程度、鉆孔環(huán)隙的暢通程度、孔深等諸多條件影響,瓦斯噴突所形成的鳴爆聲相差較大,有經(jīng)驗(yàn)的工人很容易就能判別出鳴爆聲所產(chǎn)生的噴突結(jié)果,給處理瓦斯噴突所造成的后果,創(chuàng)造了有利的時(shí)間。一般情況下將鳴爆聲分為清脆聲、連續(xù)清脆聲、沉悶聲、連續(xù)沉悶聲、無聲但有時(shí)候會冒白煙,噴出的煤渣速度高時(shí)會帶哨音,涌出的煤渣和煤粉量大時(shí),會擠壓空氣發(fā)出悶響的呼呼聲。

4.3 鉆進(jìn)工藝參數(shù)判斷法

一般來講,瓦斯突出前所產(chǎn)生的壓力會提前傳遞到鉆機(jī)操作臺上的各相關(guān)壓力表,最先影響壓力表數(shù)值反應(yīng)的是回轉(zhuǎn)壓力表,壓力表指針?biāo)a(chǎn)生的波動(dòng)幅度,表明孔底瓦斯突出的強(qiáng)弱與渣量的多少,根據(jù)壓力表數(shù)值的變化,及時(shí)采取相應(yīng)的正確措施操作,能較好地保持鉆具工作狀態(tài),減少孔內(nèi)事故的發(fā)生。

4.4 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷法

在煤礦瓦斯地質(zhì)鉆進(jìn)中,大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累,是解決瓦斯噴突綜合問題的研判、遇事故采取相應(yīng)的快速處理措施、采用新工藝處理事故的有效方法、發(fā)生噴突事故時(shí)的安全避讓等諸多問題的好方法。

5 瓦斯噴突的類型

按照瓦斯噴突方式將其分為 5類:直接噴突型、間歇噴突型、連續(xù)噴突型、滯后噴突型、坍塌噴突型。

(1)直接噴突型:鉆頭揭露瓦斯庫的瞬間,高壓瓦斯氣體以集中突出的方式為主,向鉆孔常壓區(qū)內(nèi)噴突。

(2)間歇噴突型:由煤層裂隙發(fā)育分布的不均勻性,形成瓦斯不均勻的聚集,鉆進(jìn)中鉆頭連續(xù)揭露瓦斯庫時(shí),發(fā)生間歇性的噴突,噴突的強(qiáng)度受裂隙聯(lián)系的程度有關(guān),裂隙聯(lián)系密切時(shí),噴突的強(qiáng)度會增強(qiáng),裂隙聯(lián)系較疏時(shí),噴突的強(qiáng)度具有各自的獨(dú)立性。

(3)連續(xù)噴突型:煤體中瓦斯富集的程度受煤質(zhì)的硬度影響很大,松散媒體中存在的裂隙、孔隙等條件較差,吸附性瓦斯大量存在,當(dāng)鉆進(jìn)中鉆頭揭露煤體中的瓦斯庫,即發(fā)生瓦斯噴突,由于噴突的煤渣量相對較小,對鉆進(jìn)影響較小,往往是采取繼續(xù)鉆進(jìn)的方法。

(4)滯后噴突型:煤體中瓦斯庫賦存的瓦斯壓力相對較小時(shí),瓦斯噴突的力度會暫時(shí)較小,鉆頭揭露煤體坍塌下來的煤渣和煤粉,會堵塞鉆孔形成阻礙,同時(shí)煤體的坍塌能夠形成一定的空間,會游離進(jìn)大量的瓦斯氣體,隨著煤體錯(cuò)位移動(dòng),增加了煤體的壓力,致使縮小的空間壓縮瓦斯氣體,是瓦斯氣體的壓力增高,當(dāng)瓦斯氣體壓力大于鉆孔中堵塞的煤渣和煤粉柱時(shí),高壓瓦斯氣體會推動(dòng)煤渣和煤粉柱體運(yùn)移并向孔口噴突。

(5)坍塌噴突型:受礦山壓力的作用,煤體中瓦斯壓力較大時(shí),對煤體的破壞程度嚴(yán)重,受瓦斯噴突造成的大量煤渣和煤粉形成坍塌造成極端事故。

6 瓦斯噴突煤層事故的處理方法

松軟煤層瓦斯噴突造成的孔內(nèi)事故,根據(jù)煤層硬度的差別、煤體軟分層構(gòu)造的不同、煤層受壓程度的不同、煤層釋放瓦斯時(shí)間長短的關(guān)系等,劃分為輕度埋鉆事故、中度埋鉆事故和重度埋鉆事故。

6.1 輕度埋鉆事故

在瓦斯鳴炮情況下,應(yīng)立即停止回轉(zhuǎn),回撤鉆具,保持壓力風(fēng)的輸送,將鉆具停放在較為安全的孔段,減輕鉆具對煤層的擾動(dòng)影響,讓聚集的高壓瓦斯得到釋放。該類瓦斯噴突出的煤渣顆粒較大,棱角明顯,出孔口速度較高,但煤粉數(shù)量較少。由于寬葉片小螺旋鉆桿受煤渣的阻絆,螺旋鉆桿回轉(zhuǎn)受阻,不能連續(xù)勻速回轉(zhuǎn),在試鉆時(shí)鉆機(jī)系統(tǒng)壓力表上指針發(fā)生大幅度的擺動(dòng),但回轉(zhuǎn)力矩相對較小,給進(jìn)與起拔壓力變化不大。在處理這類事故時(shí),采用的方法是,先停鉆,回撤一定距離的鉆桿,視瓦斯壓力變化、瓦斯噴突影響程度、鉆渣和煤粉量的多少而定,在瓦斯噴突停止后,再在壓力風(fēng)的切割下,對鉆孔壁周圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)南纯?繼續(xù)釋放瓦斯,試著緩慢鉆進(jìn)。經(jīng)驗(yàn)告訴我們,在瓦斯噴突情況下忌用快速鉆進(jìn)方法,試圖采用快速鉆進(jìn)通過瓦斯聚集區(qū)的做法是危險(xiǎn)的,因?yàn)殂@進(jìn)揭露瓦斯庫,揭露的面積越大,越是能激蕩瓦斯溢出,增大瓦斯的噴突量。利用瓦斯釋放會增強(qiáng)煤層的硬度的條件,有利于保護(hù)鉆孔孔壁。

6.2 中度埋鉆事故

在瓦斯發(fā)生連續(xù)性噴突或者發(fā)生滯后性噴突時(shí),突出的大量煤渣和煤粉,因鉆孔環(huán)隙較窄,不能快速將坍塌的煤渣和煤粉排出,形成環(huán)柱狀填塞物,將瓦斯氣體與坍塌物封堵在孔內(nèi),形成埋鉆事故。埋鉆的表現(xiàn)形式是鉆具無法回轉(zhuǎn),給進(jìn)起拔活動(dòng)范圍很小,并且隨著活動(dòng)鉆具次數(shù)的增多而活動(dòng)距離減小,直至動(dòng)彈不得。在繼續(xù)通風(fēng)的情況下,初始風(fēng)壓會受阻,風(fēng)壓升高,但隨后返風(fēng)通道疏通后,孔內(nèi)能形成風(fēng)力循環(huán),但很少能排除煤渣和煤粉。形成事故后,首先要將鉆機(jī)的參數(shù)調(diào)整為低轉(zhuǎn)速、大扭矩工況,并且要緩慢的給鉆具施加給進(jìn)與起拔工況,同時(shí)進(jìn)行低速試回轉(zhuǎn)。因?yàn)榇藭r(shí)噴突坍塌的煤渣和煤粉柱體還處于松散狀態(tài),給鉆具的活動(dòng)留有一定的空間,在處理事故時(shí),把握住這個(gè)最佳的時(shí)機(jī)是非常重要的。如果鉆具被埋住無法回轉(zhuǎn)時(shí),采用間歇沖擊回轉(zhuǎn),逐漸活動(dòng)鉆具處理事故。處理事故的時(shí)間一般較長,要有足夠的耐心和合理的操作技術(shù)運(yùn)用。

6.3 重度埋鉆事故

受地壓作用瓦斯噴突造成的坍塌是嚴(yán)重的,常發(fā)生的結(jié)果是瓦斯發(fā)出沉悶的鳴爆聲后,瞬間就將鉆具埋住動(dòng)彈不得,由于坍塌造成的密實(shí)度較大,壓力風(fēng)被憋死在孔內(nèi),造成空壓機(jī)超壓卸載。重度埋鉆事故是很難處理的,在無奈的情況下,只有強(qiáng)行打反轉(zhuǎn),能卸出多少鉆桿算多少,被埋的鉆桿用返絲鉆桿進(jìn)行打撈,能卸出一部分鉆桿,被埋住的鉆桿只好等以后采煤時(shí)再弄出。被埋住的鉆桿遺留在煤層內(nèi),一方面會形成瓦斯通道,另一方面會給采煤割機(jī)造成威脅,在后續(xù)工作中都是要嚴(yán)格注意的。因此在實(shí)施鉆進(jìn)前,要做好瓦斯地質(zhì)詳勘工作,做好系統(tǒng)的防范工作,減少這類事故的發(fā)生。

在煤層瓦斯分布條帶內(nèi)施工鉆孔,最好將鉆孔的角度設(shè)計(jì)為仰角,這樣有利于排渣,減少孔內(nèi)的埋鉆事故。另外,在瓦斯分布條帶內(nèi),由于煤層中的裂隙較為發(fā)育,在密集布孔方式中,會發(fā)生串孔和裂隙導(dǎo)通,這樣對風(fēng)的損失很大,造成孔內(nèi)風(fēng)速減少、風(fēng)壓降低,致使鉆渣不能有效排出,沉積在孔內(nèi)造成埋鉆事故。因此,在鉆孔布局和設(shè)計(jì)中,要認(rèn)真考慮煤層中裂隙等構(gòu)造的影響,鉆孔抽采瓦斯的影響半徑與煤層透氣性、裂隙發(fā)育程度等,有利于避開孔與孔之間發(fā)生串風(fēng)的情況。

7 瓦斯噴突煤層鉆進(jìn)技術(shù)裝備和鉆具

7.1 主要裝備

7.1.1 大功率鉆機(jī)

松軟噴突煤層鉆進(jìn)時(shí)易發(fā)生噴孔造成的埋鉆等事故,針對非平衡條件下的瓦斯地質(zhì)鉆進(jìn),需要鉆機(jī)提供大扭矩和大起拔力。根據(jù)目前煤礦松軟煤層瓦斯噴突的狀況和解決該類地層所能實(shí)現(xiàn)的鉆探技術(shù)裝備和工藝系統(tǒng),鉆孔的設(shè)計(jì)深度一般 200 m左右,并且要求施工周期短,鉆機(jī)易搬遷、穩(wěn)固牢靠等,根據(jù)鉆場條件和瓦斯噴突狀況,所采用的鉆機(jī)型號有分體式結(jié)構(gòu)和履帶式整體結(jié)構(gòu)的全液壓坑道鉆機(jī)。

7.1.2 孔口除塵系統(tǒng)

孔口除塵系統(tǒng)是松軟突出煤層中風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)重要的組成部分。主要由孔口集塵器、排塵管和多級無動(dòng)力除塵器組成,孔口集塵器與孔口管配合收集鉆孔產(chǎn)生的煤粉顆粒,煤粉顆粒在壓力風(fēng)的作用下順著排塵管進(jìn)入多級無動(dòng)力除塵器中,孔口除塵器由三級除塵器組成,分別采用慣性除塵、水浴除塵和文丘里除塵等除塵原理,針對不同粒徑的煤粉顆粒進(jìn)行分離,達(dá)到除塵的目的。

7.1.3 防爆空壓機(jī)

目前井下供風(fēng)管路提供的自壓風(fēng)存在供風(fēng)壓力低、供風(fēng)流量不穩(wěn)定、衰減較快的問題,故選用井下防爆移動(dòng)空壓機(jī)作為風(fēng)源,鋪設(shè)獨(dú)立供風(fēng)管路,滿足松軟突出煤層中風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)需求。目前在煤礦井下應(yīng)用較多、使用較好的有英格索蘭 (上海埃爾特)、復(fù)盛、中山艾能、開山等公司生產(chǎn)的煤礦井下用移動(dòng)式防爆空壓機(jī)。井下防爆移動(dòng)空氣壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù):排氣量 17.5 m3/min,排氣壓力 1.25 MPa,原動(dòng)機(jī)名義功率 132 kW等。

7.1.4 檢測儀器

空氣鉆進(jìn)中壓縮空氣的流量、壓力、溫度是進(jìn)行計(jì)算和理論分析的關(guān)鍵參數(shù)。一般在鉆進(jìn)供風(fēng)入口處 (鉆桿入口之前)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn),選用流量計(jì)實(shí)時(shí)檢測并顯示壓力、溫度、流量 3個(gè)參數(shù)。通過流量計(jì)顯示的風(fēng)壓、流量參數(shù),配合觀察鉆機(jī)系統(tǒng)壓力及鉆進(jìn)排粉情況及時(shí)掌握鉆孔內(nèi)鉆進(jìn)情況的變化,并進(jìn)行適時(shí)調(diào)整各個(gè)參數(shù)之間的匹配需求。

7.2 鉆具

采用寬葉片小螺旋鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)。該鉆桿可以通過鉆機(jī)主軸中心孔,與常規(guī)螺旋鉆桿相比,葉片寬度增加,可用回轉(zhuǎn)器卡盤和夾持器抱緊或松開;鉆桿采用錐形絲扣連接,可用鉆機(jī)進(jìn)行鉆桿擰卸,減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度;該鉆桿還具有強(qiáng)度高、排粉效果好等優(yōu)點(diǎn)。采用的鉆頭包括三翼硬質(zhì)合金鉆頭、四翼刮刀PDC鉆頭等,適合于松軟煤層空氣鉆進(jìn)。圖5為小螺旋鉆具級配原理示意圖。

圖 5 小螺旋鉆具級配原理示意圖

8 結(jié)語

我們在松軟噴突煤層鉆孔細(xì)化研究和具體工藝上取得了一定的成績,在松軟噴突煤層中實(shí)現(xiàn)了較大孔徑和中深孔的鉆進(jìn),提高了瓦斯抽采的效率。為提高松軟噴突煤層的瓦斯治理效果,目前,關(guān)于松軟噴突煤層鉆進(jìn)的技術(shù)裝備和新工藝方面,正在深入地做著研究和實(shí)踐工作。

[1] 馬沈岐.瓦斯地質(zhì)鉆探工藝研究 [J].探礦工程 (巖土鉆掘工程,2007,(2).

[2] 馬沈岐,劉桂芹.煤礦瓦斯地質(zhì)起拔鉆探工藝技術(shù) [J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008,(9).

[3] 馬沈岐,王力,李喬喬.松軟噴突型煤礦螺旋鉆進(jìn)工藝發(fā)展[J].煤礦安全,2010,(4).

Formation M echan is m of GasOutburst by Drill ing in Coal and the Treat mentM ethod of Borehole Accident

MA Shen-qi(Xi’an Research Institute of China Coal Technology&Engineering Group Corp.,Xi’an Shaanxi 710054,China)

Gas outburst is the important reason of borehole accidents in soft coal seam drilling.In this paper,the formation mechanis m of gas outburst and the causes of borehole accidentswere analyzed and the methods of common problems in air drilling technologywere summarized.All of these have important reference in soft coal seam drilling.

soft coal seam;gas outburst;air drilling;mechanism analysis;accident treatment

P634

A

1672-7428(2011)06-0017-05

2010-12- 21;

2011-04-07

馬沈岐 (1957-),男 (漢族),山西平順人,中煤科工集團(tuán)西安研究院高級工程師,鉆探工藝專業(yè),從事煤礦瓦斯地質(zhì)鉆探工藝研究以及技術(shù)推廣等工作,陜西省西安市高新開發(fā)區(qū)錦一路 82號,mashenqi168@163.com。