本煤层深孔技术研究报告.doc

本煤层深孔技术研究报告 一、 开题报告 平顶山十矿为煤与瓦斯突出矿井，目前主采戊组、已组煤。自1988年4月戊9-10煤层掘进时发生第一次煤与瓦斯突出以来，已经发生煤与瓦斯突出46次，其中丁组24次、戊组17次、己组5次。丁组煤层突出强度最大35 吨，平均强度9.67吨，突出标高-337-310米。戊组煤层最大突出强度76吨，平均突出强度28.5吨，突出标高-247--448米。己组煤层最大突出强度483吨，平均强度283.8吨，突出标高-416-613米。 随着高产高效工作的开展和矿井的不断延伸，煤层瓦斯含量、瓦斯压力逐渐增大，矿井瓦斯涌出量急剧加大，瓦斯超限、煤与瓦斯突出日益加重。 本煤层瓦斯抽放是工作面防突的一项主要区域性防突措施，就十矿当前本煤层抽放而言，由于煤层软，打钻过程中喷孔、夹钻现象严重，钻孔深度往往达不到设计要求（设计孔深65米，实际孔深一般在50米左右），抽放的治理效果就大打折扣。随着大采长工作面的增多，采长由原来的150米增加到250米以上，回采工作面抽放空白带将会加宽，不利于工作面防突管理。所以必须进行抽放深孔技术的研究，特别是松软煤层的攻关，增加有效孔深，提高抽放和防突效果。 二、 研究报告 1、影响钻孔深度的原因 在本煤层施工过程中，对钻孔达不到设计深度的影响原因主要有 ⑴煤层内部瓦斯压力的影响 在钻孔打到煤层内部时，由于煤层没有卸压，因此钻孔越深，煤层对钻杆施加的压力也就越大，在钻机钻进过程中，随着钻杆的转动，煤层内部的瓦斯被逐渐卸压，在此过程中出现的喷孔现象亦可理解为瓦斯压力的释放过程。如果钻进速度过快，则煤层内部的瓦斯压力释放不及，就会阻碍钻杆的旋转。在钻孔浅部钻机的能力能够带动钻杆旋转，当煤层对钻杆的压力与钻机的能力达到平衡之后，钻杆的旋转就回逐渐困难，继而引起夹钻现象。 ⑵煤层性质的影响 由于在煤层中往往含有软分层，因此钻孔施工过程中，在通过软分层时，由于应力和高压瓦斯的作用，会造成瓦斯喷孔、钻杆和钻头前方周围的煤体失去应力平衡，煤粒大量溃散，瓦斯喷孔带来时所带来的煤粉一时难以排出，从而积聚并堵塞钻孔，造成孔口气流不畅，进而造成钻杆夹死。 ⑶钻孔排渣不畅的影响 当钻杆向煤体深部推进时，由于钻孔排渣距离长，排渣阻力也相应增加，滞留在钻孔内的沉渣也就越多，孔内的空间也就愈小，如果钻进速度过快，则可能造成钻杆夹死。 2、解决方法 要解决以上问题，就要根据软分层打钻自身的特殊要求和特点，总结出适合在软分层中打钻的工艺，归纳起来可以概括为“低压慢速，边进边退、掏空前进”。也就是说在打钻工艺中要掌握好压力、速度和排渣三个环节，主要技术参数见下表 层位 己15煤层 己15.16合层 软煤 夹矸 给进压力（Mpa） 8 6 810 12 给进速度（min /根） 78 46 810 78 ⑴给进压力 打钻过程中使用的MK系列钻机，液压系统中有泵压、起拔压力和给进压力3种，都有一定的极限范围，三者之间是同步变化的，钻进过程中主要是要掌握给进压力。通过对给进压力的系统测定，主要可以归纳为对不同层段应控制不同的给进压力极限值，压力值的差别主要是由于该层段的扭矩不一样。 ⑵钻进速度 掌握钻进速度是保证正常钻进的重要环节，通过降低钻进速度，做到充分排渣、减少沉渣；通过降速也能起到降低给进压力的作用。 ⑶钻孔排渣 在打钻孔过程中，钻孔排渣的好坏直接关系到钻孔的成败。排渣效果不好，不仅会造成堵孔卡钻，而且还会因为摩擦发热产生高温，严重时可导致着火，带来不可估量的安全损失。 利用干式钻孔、风力排渣时，一定要有足够的风压，一般不少于0.4Mpa。而且压风管路必须装有风水隔离器，以防压风中有水；否则，钻屑会通过压风中的水板结，渣排不出。因此，钻孔中必须保证有干风送入。 在钻进时，当发现孔口排渣受阻或风量减少，就要停止向前钻进，直到钻孔掏空后方可继续钻进。尤其在过软分层时，由于应力和高压瓦斯的作用，会造成喷孔等现象，造成孔口气流不畅，这时钻杆必须后退，必要时应后退卸掉12根或更多的钻杆进行掏孔，只有在风压和排渣畅通时才能钻进。严禁强打、硬拔、蛮进。 钻进过程中，当发现钻孔排渣量减少，就必须停止钻进，不能蛮进，使钻杆退退进进、来回捣孔、反复掏空。 鉴别孔内是否掏空的检查方法 ①观察操纵台上给进压力表的数值是否超过规范； ②观察孔内排渣是否减少； ③观察孔内风压是否降低（一般不少于0.30.4 Mpa）； ④听钻杆在钻孔内的声音，如果孔内钻杆发出“咣当咣当”的声音，说明钻孔工作正在进行。 3、钻孔设计 ⑴穿层预抽钻孔 在己15.16-24110底抽巷每间隔25米做一个钻场，钻场规格为5m（宽）3m（深）2.5m（高），每个钻场内布置3排钻孔，每排11个，钻孔开在岩石中，终孔穿过己15.16-24110机巷掘进位置，控制工作面全断面。此类钻孔分别通过岩石段和煤段，在钻孔在岩石段时，使用水排渣，进入煤体后使用风排渣，保证有足够的风压，钻孔打够设计深度后及时联网进行抽放，为机巷的掘进提供安全保障。 ⑵顺层钻孔 自工作面风、机巷沿煤层倾向施工顺层钻孔，每两米布置一个钻孔，此类钻孔完全在己15.16煤层内施工，不存在穿层问题，因此，在钻进过程中要特别注意在遇到软分层时的钻进速度和给进压力，并保证有足够的风压。 ⑶穿层钻孔 在己15-16-24110底板预抽巷向己15-16-24110采面中部煤层施工穿层钻孔，钻孔穿透己17煤层后，进入到己15.16煤层，在巷道内，每间隔2米打一排钻孔，每排3个。此类钻孔开孔在岩石中，到终孔位置分别经过岩石-己17煤层-岩石-己15.16煤层，在钻进过程中，应遵循“低压慢速，边进边退、掏空前进”的原则，并根据钻孔的位置及时改变排渣方式，尽量增加钻孔的深度，降低采面中部的抽放空白带。 三、实验报告 1、 本煤层深孔技术研究实验在己15.16-24110底抽巷及机巷进行 己15.16-24110采面位于十矿己四采区下山东翼第四阶段。工作面西靠己四轨道下山、运输机下山及瓦专，东至采区边界，南临己15-16-24090采面，北尚未开采。工作面地面标高280400m，标高-610-685m。相对地面位置为马棚山南坡。 工作面所采煤层为己15-16合层，厚度一般在3.34.0m之间,平均厚度3.8m左右,煤层倾角816。 己15.16-24110底抽巷开口于己四轨道下山，在己17煤层底板施工，距己17煤层垂距5米，与己15.16-24110机巷平距50米。 ⑴穿层预抽钻孔的施工 在己15.16-24110底抽巷每间隔25米做一个钻场，钻场规格为5m（宽）3m（深）2.5m（高），每个钻场内布置3排钻孔，每排11个，钻孔开在岩石中，终孔穿过己15.16-24110机巷掘进位置，控制工作面全断面。在钻孔在岩石段时，使用水排渣，进入煤体后使用风排渣，钻孔打够设计深度后及时联网进行抽放。 ⑵顺层钻孔的施工 自工作面风、机巷沿煤层倾向施工顺层钻孔，每两米布置一个钻孔，在钻孔施工过程中，遵循“低压慢速，边进边退、掏空前进”的原则，尽量增加钻孔的深度，减少采面中间的空白带，进行预抽解决工作面回采期间的防突问题。 ⑶穿层钻孔的施工 在己15-16-24110底板预抽巷向己15-16-24110采面中部煤层施工穿层钻孔，多排布置，消除中部空白带。 2、实验结果 ⑴穿层预抽钻孔 己15.16-24110底抽巷目前已施工钻场18个，在向机巷打钻过程中，钻孔深度均达到60米以上，成孔率在90以上，通过预抽，从机巷在掘进过程中的瓦斯涌出量来看，瓦斯浓度在0.3-0.5左右，在掌子头执行排放钻孔期间，也没有出现过喷孔、夹钻等异常现象，工作面正规循环率在25以上，月平均进尺由预抽前的60-70米增加到100米以上。 采用深孔工艺前后穿层钻孔深度见下表（第四钻场下排孔） 采用前 44 43 50 48 46 45 46 43 49 46 50 采用后 63 66 63 62 62 65 63 60 64 65 62 采用深孔工艺前后穿层钻孔成孔率见下表（2005年1-6月） 月份 1 2 3 4 5 6 采用前 70 采用后 92 91 93 90 92 采用深孔工艺前后巷道掘进速度见下表（2005年3-10月） 月份 3 6 7 8 9 10 采用前 67 采用后 102 111 108 103 106 ⑵顺层钻孔的施工 在机巷施工顺层钻孔期间，钻孔深度一般达到60米以上，最深达到76米，成孔率达到80，使工作面的抽放空白带大为降低，为工作面正常回采提供了有力的保障。 采用深孔工艺前后顺层钻孔深度见下表 采用前 51 49 53 51 48 45 46 49 52 53 64 采用后 72 63 65 65 64 76 70 66 72 64 68 采用深孔工艺前后穿层钻孔成孔率见下表（2005年6-10月） 月份 6 7 8 9 10 采用前 65 采用后 89 82 90 81 83 三、 经济效益和社会效益 1、 经济效益 采用了本煤层深孔技术后，工作面月平均进尺达到100米以上，平均每月增加30米，使用前工作面掘进速度按照70米/月计算，需要13个月才能贯通，使用本技术后，则只需要9个月，能够提前4个月贯通。 己15.16-24110采面投产后，月产按照8万吨计算，则4个月增加产量为32万吨。 按照己组煤每吨售价350元，吨煤成本199元，则增加效益为 32万（350-199）4832万元 2、 社会效益 通过本技术的实施，提高了工作面的预抽效果，使工作面掘进安全性增加，同时掘进速度加快，使工作面提前投入回采。另外在回采期间突出危险性和瓦斯涌出量降低，使工作面生产能力提高，并实现安全生产。 本煤层深孔技术研究报告 天安十矿