新型全液压履带钻机和圆弧形凸棱钻杆在芦岭矿瓦斯治理中的应用.pdf

第 2期 2 0 1 4年 6月 水 力采 煤 与管道 运输 HYDRAUL I C C OAL MI NI NG P I P EL I NE T RANS P ORT AT1 0N No． 2 J u n ． 2 01 4 新型全 液压履 带钻机 和 圆弧形 凸棱钻 杆 在 芦 岭 矿 瓦斯 治 理 中 的应 用 余根海刘万启 淮北矿 业集 团神 源煤化 工 安徽 淮北 2 3 5 1 2 6 摘要 介 绍 了 Z D Y 4 0 0 0 L F 型全液压履 带钻机和 圆弧 形 凸棱钻杆 的基本 情况 ， 该设备 在芦岭 矿使 用过程及取得 的效果 ， 并对该设备提 出了改进 建议 。 关键词 钻机钻杆 钻孔 瓦斯 中图分类 号 T D文献标识码 B文章编 号 1 0 0 60 8 9 8 2 0 1 4 0 20 0 4 90 4 芦 岭 矿 主 采 8 、 9煤 层 属 于 特 厚 、 瓦 斯 含 量 高、 强突出、 极松软 、 低透气性煤层 ， 煤层顶 、 底板 破碎 ， 地压 高 。特 别 是 随着 开 采水 平 的延伸 ， 开 采深度不 断加 大 ， 煤层 瓦斯压力 和瓦 斯含量 随之 增 大 ， 地应 力 加大 ， 更 是 进一 步 加剧 了瓦斯治 理 的难度 。上述 因素造成 穿层钻 孔施 工 时垮 孔 、 喷 孔 、 抱钻现象严重 ， 加上 受装备 能力 的制 约 ， 穿层 钻孔 需 要 反 复 “ 穿 煤 、 抽 采 、 再 穿 煤 、 再 抽 采 ⋯⋯ ” ，每个钻孔平均穿煤 3趟 以上 ， 造 成钻孔 施 工单进 水平 低 ， 成 孔 率低 ， 抽 采效 果 差 。再 加 上 局部地区煤层底板存在遇水膨胀的粘土层 ， 施工 时极易塌孔 、 抱钻 ， 个别 地点甚 至 出现反 复穿煤 、 抽采 、 平行补孔 均无法 实现穿 煤到顶 的情 况 。顺 层钻孔施工时 由于煤层松软、 地应力高， 造成钻 孔塌孑 L 严 重 、 排 渣 量 大 、 成 孔 率 低 、 塌 孔 抱 钻 频 繁 、 施工效率低 ， 施工深 度有 限 ， 上行孔 施工 深度 只能达到 7 0 m左右 ， 不能满足 当前 瓦斯治理 的需 要 。 为 了破解 这 一 制 约芦 岭 矿 瓦斯 治 理 的瓶 颈 问题， 芦岭矿在治理装备、 工艺方面进行 了不断 的探 索 和尝 试 ， 虽 取得 了一 定 成效 ， 却 未 能取 得 突破性进 展。2 0 1 1年下 半年 以来 ， 紧 盯 目标 、 抓 住重 点 ， 引 进 装 备、 创 新 工 艺， 先 后 引 进 了 Z D Y 4 0 0 0 L F 型全液压 履 带钻 机 和 圆弧 形 凸棱 钻杆 ， 矿井瓦斯治理效 率取得了较大 幅度提升 。 1 Z D Y 4 0 0 0 L F 型全液压履带钻机 1 ． 1 钻机特 点 Z D Y 4 0 O O L F 型全 液 压履 带 钻机 是 中煤 科 工集 团西 安研 究 院根 据 淮 北矿 区现场 特 点及 要 求个性 化设 计 衍 生 出 的特制 机 型 图 1 。钻 机 为分体结构 ， 采用 3泵液压系统， 钻车、 泵车履带 独立驱动 ； 主机 回转平 台 ， 仰 角 、 方位 角调节 范 围 大 ； 水平开孔高度 可调 ； 钻机稳 固装 置使用 便捷 ， 稳 固可靠 ； 泵车集成 电磁起动器 。 1 ． 2 使用情况 目前 Z D Y 3 2 0 0 S型全液压钻机是芦 岭矿主力 机型 ， 顺层及穿层钻孔均使用该型号钻机。因为 Z D Y 4 0 0 0 L F 型钻机仅有 1台 ， 所 以试用 工作先 后在一个顺 层 和 一个 穿 层 钻孔 施 工地 点依 次 进 行 。 1 ． 2 ． 1顺层钻孔 顺层钻孔施 工 地点选 在 Ⅱ8 1 72 机 巷 。前 期使用 Z D Y 3 2 0 0 S钻机施工钻孔深度普遍在 6 0 ～ 7 0 m， 同时施工效率低下 ， 单台月度进尺仅仅为 1 5 2 7 m； 后期使用 Z D Y 4 0 0 0 L F 型钻机 ， 钻孔施 工深度均在 9 0 m以上 ， 最 大深度达到 了 1 1 2 m， 单 台钻机月度进 尺达到 了 3 1 3 7 m。 1 ． 2 ． 2穿层钻孔 穿层 钻孔 施 工地 点选 在 I I 8 4 2 边界 ， 自2 0 1 1 参考文献 [ 1 ] 于不凡， 王佑安． 煤与瓦斯灾害防治及利用技 术手册[ s ] ． 北京 煤炭 工业 出版社 ， 2 0 0 0 [ 2 ] 袁 亮． 松软 低透 煤层 群 瓦斯抽采 理论 与技 术 ． 北京 煤 炭工 业 出版 社 ， 2 00 4 作者简介 陈艳 明 1 9 8 4一， 男 ， 河 南鹤 壁人 ， 现在 河 南能 源化 工 集 团 鹤煤 集团 公 司安监局安全督导队从事安全技术管理工作。 收 稿 日期 2 0 1 40 31 1 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 l 4年 6月 余根海等 新型全液压履带钻机和圆弧形凸棱钻杆在芦岭矿瓦斯治理 中的应用 第 2期 Ⅱ8 4 21 、 2 眼 I I 8 4 2集中巷 lI 8 4 2轨道巷 l I 8 4 2边界 21 2 5 2 7 8 5 2 71 8 9 5 4 1 61 9 2 9 5 4 ． 5 3 3 6 2 2 5 8 3 2 4 2 7 ． 5 21 0 o ． 5 2 6 6 1 3 0 6 7 1 9 8 7 ． 5 2 9 6 9． 5 2 7 9 1 3 1 5 3 2 O 4 O 2 7 0 2 2 8 8 3 3 2 5 2 说 明 Ⅱ8 4区段布置 了4台钻机 ， 地质情况基本 一致 。 I I 8 4 2边界为 1 O月 2 2日新进点 ， 在 2 0 1 1年 1 0月 ～1 1月之 间边界贯通影 响 l O d未 能施工 ， 所以 I I 8 4 2边界实际进尺时间正好为 3个月 ； 其 他 3处均正常 ， 进尺 4个月 。 1 ． 4改进建议 ①钻 车 与 泵 车 、 钻 车 与 操 作 台 之 间 油 管 多 长 ， 管理难度大 ， 建议优化 系统 ， 尽 量减少油 管 数量 。并在钻车 、 泵车 之 间增 加托 油管装 置和 安 全装 置 ， 避免履带行走 期 间人 工抱 油管 和钻车 泵 站间距超过油管长度挣断油管带来的安全问题。 ② 钻机方位角 调整使 用 的是插 销定 位 ， 操作 难度 大 ， 建议 改变转盘 定位方 式直接 固定 在履带 上 ， 降低操作 难度 。 ③钻机在使用过程中回油压力高， 建议优化 液压系统尽量减小两部分之间的高度差。 ④机身水平抬升或调角时 ， 提升油缸和立柱 容 易发生偏转 ， 使调角油 缸发生 偏移 、 损 坏 ， 建议 后横梁采用整体结构。 2 圆弧形凸棱钻 杆 2 ． 1 钻杆 圆弧形 凸棱 钻 杆 由河 南 龙 腾 新 型 钻具 制 造 有 限公 司研发 生产 ， 采用 2 7硅锰优 质合金 钢 ， 摩 擦焊 接工艺 。 7 5 m m配套 、 8 4 mm复合片 、 夹持 器卡 瓦 、 回转器 卡瓦等 。该产 品取得 了 国家 实用 新型 专利认 证 ， 并 获得平 顶 山市科学技 术进 步二 等奖 。常 用规 格 为 7 3l O 0 0 mm， 其 长度 可 根 据需要定 制。 2 ． 2 使 用情况 圆弧形 凸棱 钻杆 自 2 0 1 1年 5月 起 试 用 ， 分 别在 1 I 8 1 7～2 机巷 、 Ⅱ8 1 7轨 道巷 、 I I 8 4 2底 板 巷等 6处施工顺层 孔 和穿层孔 ， 累计钻 孔工 程量 5 5 0 2 6 ． 5 m。机巷顺 层 孔深度 达 到 9 0 m 以上 ， 最 大深 度达 到 了 1 1 6 m。钻 孔 排 渣量 大 幅 增 加 ， 穿 层孔 排渣量 最大达 2 o t ／ L ， 钻孔初 始流量达 7 6 L ／ mi n 。钻 孑 L成 形 好 、 成 孔 率 高 ， 钻 进 效 率 平 均 2 2 9 2 m ／ 月 ． 台。 2 ． 3效果分析 圆弧形 凸棱 钻杆 在 多 个钻 孔 施 工 地 点 试 用 后 ， 对使 用情况进行 了全 面整理 、 分析 。 2 ． 3 ． 1 与传统钻杆比较 与传统钻杆相 比， 该钻 杆在 钻进 过程 中有 效 增加 了钻孔排渣空 间 ， 大大 提高 了钻孔 的排渣 能 力 ， 降低 了钻孔 的钻 进难 度 ， 减 少 了抱 钻现 象 发 生。有效地 克服 了圆形 、 螺旋 形 钻杆 在 高 瓦斯 、 软煤 岩 层、 复杂地层等条件下钻孔因排渣不畅 而 出现夹钻 、 顶 钻 、 卡钻 的现象 ， 有效 解决 了钻孔 钻不深、 钻不快 的问题。具有单孔出煤量大、 孔 内留渣少、 钻孔成孔率高等优点。 2 ． 3 ． 2 钻孔进 尺 各施工 点 使用 圆弧 形 凸棱 钻 杆 前 后进 尺 的 统计 表 4 结 果表明 ， 使用 凸棱钻 杆后 钻孔 施工 效率 大幅增 加 ， 尤其对高 应力 、 松 软煤层 、 破 碎地 层钻进 ， 效果尤 为明显 。 2 ． 3 ． 3 钻孔排渣及 瓦斯抽采 圆弧形 凸棱 钻杆 排渣 效果 较好 ， 钻 孔穿 煤过 程 中出煤 量较大 ， 在 试用 过程 中最大 单孔 出煤量 达到 了 2 0 t ， 平均单孔 出煤 5 t ， 是 原 出煤量 的 1 ． 6 倍。钻孔大量出煤增加了钻孔的扰动范围， 有效 提高 了钻孔 周 围煤体 的透气性 。通 过对 比考察 ， 原使 用光钻杆 、 螺旋钻 杆穿煤 到顶钻 孔 的平 均单 孔流量 为 3 8 ． 1 L ／ mi n ， 使用 圆弧 形 凸棱钻 杆 穿煤 到顶钻孔 的平均 单孔 流量 为 5 3 ． 4 L ／ mi n ， 平 均单 孔流量 提高 了 0 ． 4倍 ， 效果 明显 。 应用结 果 表 明 ， 三 棱 钻杆 使 用 方 便 、 穿煤 效 果极佳 、 穿煤效率提高 的同时大大减少 了来 回 5】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 6月 水 力采 煤 与管道 运输 第 2期 续 、 穿钻孔 的次数 、 大 幅降低 了工人 的劳动 强度 ， 形 凸棱钻杆 。 为此 目前 多个 施 工地 点 的人 员都 要 求 配备 圆弧 表 4 圆弧 形 凸棱钻 杆试 用前 后 月度进 尺对 比表 施工 地点 钻孔类 型 月度 进尺／ m 5月 1 53 2 6月 1 43 8 1 61 O 7月 1 52 7 1 72 2 8月 9月 1 0月 1 1月 1 2月 注 Ⅱ8 1 72 机 巷 顺层 孔 I I 8 4 2集 中巷 穿层 孔 I I 8 4 2轨道 巷 穿层 孔 I I 8 4 22 眼 穿层 孑 L Ⅱ8 2 1 06 溜煤 眼穿层 孔 Ⅱ8 21 0瓦斯 道 穿层 孔 Ⅱ8 1 74 机巷 顺 层孔 ㈣ 风巷 9 4l 1 55 8 1 70 7 1 6 45 l 5 4 0 2 07 5 1 71 8 3 1 3 7 2 3 3 5 9月份 工程 结束 1 8 7 4 1 9 2 5 2 7 8 5 2 9 5 5 1 9 9 3 1 2月份停 钻半 个多 月 1 6 6 4 2 1 4 7 2 7 1 8 3 3 6 2 2 6 6 l 8月份 新进 点 1 06 0 l 6 79 21 25 1 6l 9 2 6 O1 2 l 3 7 2 O 3 l 8 3 0 1 1月份工 程结 束 2 2 2 6 2 8 5 1 1 4 8 9 1 8 7 3 2 5 6 5 塌孔 严重 1 2月 份开 始使 用 4 5 1 8 1 2月份 开始使 用 深度 达不 到 要 求 ， 使 用 后 深 度 2 2 3 9 4 4 2 2 7 2 1 得 以保证 轻松 施工 至 5 0 m 以 上 ， 并且 还有 增加 的空 间 说 明 正常 字体是 未使 用 三棱钻 杆 的单月 钻孔进 尺 ， 加粗 变黑 的月份 是使 用 圆弧形 三棱钻 杆 以后钻 孔进 尺 。 2 ． 4改进建议 ①圆弧形 凸棱 钻杆使用期 间， 钻杆 摆动量 大 ， 与钻机夹持 器摩擦 严重 容易起 热 。为保 证施 工安 全 ， 现 场专 接 1趟 水管对 夹持器 实施冷 却降 温 。需要 改进 设计 ， 降 低钻 进 时钻 杆 摆 动 量 ， 减 少钻杆磨 损。 ② 圆弧形 凸棱 钻 杆 在使 用 期 间 ， 断 钻 杆 、 丝 扣捋 丝等现象也偶有 发生 ， 再 加上钻 杆与钻 机夹 持器磨 损严重 ， 加剧 了钻杆 的消耗 。为此需 要进 一 步 提高强度 ， 减少断杆 、 捋 丝现 象 的发 生 ， 增加 钻杆 的使用寿命 。 3应 用效 果综合分析 引进大功率履带钻机， 使设备钻进能力大大 提高 ， 钻机搬 家 、 稳 固 、 调 角 的效率 大 幅提 升 ， 为 提高钻孔 单 进水 平 提供 了先决 条 件 。通 过 圆弧 形 凸棱钻 杆 的使 用 ， 大 幅提 高 了钻孔 排 渣能 力 ， 特别是在高 瓦斯 、 软煤 岩 层 、 复杂地 层 等条 件 下 ， 有 效解决 了钻孔钻 不深 、 钻 不快 的问题 ， 效 果 显著 。使用结果表 明 ， 大 功率履 带钻机 和 圆弧 形 凸棱钻杆配套使用 ， 矿井 瓦斯治 理能力 和效率 大 幅 提高 ， 特 别 是穿 层 、 顺 层钻 孔单 月进 尺 直线 上 升 见表 5 ， 为保 证 矿井 瓦 斯治 理 进 度 、 确 保 矿 井生产安全 奠定 了坚实 的基础 。 4 总结 通过 大功 率履 带 钻 机 和 圆弧 形 凸棱 钻 杆 的 应用 ， 芦 岭矿瓦斯 治理水 平 和瓦斯治 理效率 大大 提高 ， 瓦斯 治 理 效 果 明显 提 升。但 应 当 清 醒 看 到 ， 芦岭矿 瓦斯 治理工作也还存在许多 问题需要 5 2 表 5 大功率履带钻机、 圆弧形凸棱钻杆使用前后 穿层 、 顺 层 钻孑 L 进尺 对 比表 攻 克 ， 比如 较大 型 喷孔还 不 能完 全有 效 防止 、 极 松 软厚 煤 层钻 孔 塌孔 、 抱 钻 现象 不 能完 全杜 绝 、 瓦斯治理效率与采 掘机 械化 的能力不 匹配 等等 。 今后 ， 还应在瓦斯治理 方面不 断探索 、 创新 ， 进 一 步提高 瓦 斯 治 理 效 果 ， 为矿 井 安 全 生 产 夯 实 基 础 。 参 考文 献 [ 1 ] 俞 启香 ． 矿 井 瓦斯防 治 [ M] ． 徐 州 中 国矿 业 大学 出版社 ， l 9 92． 2 [ 2 ] 国家煤矿 安全监 察局． 防治煤与 瓦斯 突出规 定 读本 [ M] ． 北京 煤 炭 工业 出版社 ， 2 0 0 9 [ 3 ] 林 柏泉 ， 崔 恒信 ． 矿 井 瓦斯 防治 理论 与技 术 【 M] ． 徐 州 中 国矿 业大 学 出版社 ， 1 9 9 8 5 17 3 [ 4 ] 胡殿明， 林柏采． 煤层瓦斯赋存规律及防治技 术[ M] ． 徐 州 中 国矿 业 大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 4 7 6 6 作 者简 介 余根 海 1 9 7 7一， 男 ， 工程师 ， 安徽 安 庆人 ， 神 源煤化 工 防 突 副总 。 收稿 日期 2 0 1 3一l 01 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m