突出煤层快速钻探工艺研究与应用

周 冬 峰

(冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿，河北 邯郸 056201)

突出煤层快速钻探工艺研究与应用

周 冬 峰

(冀中能源峰峰集团邯郸宝峰矿业有限公司九龙矿，河北 邯郸 056201)

以峰峰集团九龙矿15235掘进工作面工程为例，介绍了以气动架柱式钻机为核心的快速钻探工艺及其优势，并对工作面防突措施进行了分析总结，论述了做好超前排放钻孔的重要性，对保证施工安全具有重要意义。

煤层，钻探，气动架柱式钻机，工作面

随着煤矿综采、综掘、高产高效工作面的发展，煤矿井下的钻探任务显著增加，这不仅增大了引起瓦斯和出水的危险性，而且严重影响了掘进效率[1]。煤炭行业煤矿的平均开采深度的加深，煤矿掘进、开采过程中出现新问题。对于高瓦斯矿井，瓦斯含量随采掘深度增大而增加，增加生产安全隐患，减缓了施工进度，增加工程成本[2]。

1 工程概况

河北省峰峰集团九龙矿，设计生产能力120万t/年，含煤地层属上石炭统太原组和山西组。九龙矿主采煤层为2号煤，15235掘进工作面地面标高+116 m～+124 m，井下标高-580 m～-651 m，属大采深掘进工作面。

预计高瓦斯地区正常掘进时，瓦斯最大涌出量为4 m3/min～6 m3/min。该工作面煤层属三类不易自燃煤层，煤层具有爆炸危险，爆炸指数为20.46%～27.87%，煤层自燃发火倾向为不自燃；地温小于26 ℃；地压16.8 MPa。因此在掘进施工过程中对该地区按防突地区进行管理，掘进巷道过程中，需要进行打设瓦斯释放孔，提前释放瓦斯，防止瓦斯事故的发生。

由于瓦斯量已经升突，瓦斯治理因此成了影响安全、快速掘进的主要原因。为保证安全、快速掘进，保证矿井正常衔接，在突出煤层实现安全、快速掘进，每次掘进前必须先释放瓦斯，先前采用风动锚头打释放孔，由于风动锚头打释放孔时，速度慢，推进力小，打钻深度有限，而且是大采深矿井，瓦斯压力大，经常出现顶钻，埋钻，打不动现象，因此选用气动架柱式钻机。以气动架柱式钻机为基础，配套矿井安全质量标准化建设方案及管理措施，软件和硬件全方位研发，彻底实现矿井钻探安全质量标准化、煤矿绿色生产、清洁生产。

2 气动架柱式钻机

气动架柱式钻机，可有效的减少打钻时间，提高钻进速度，为高产高效单产单进提高创造条件。气动架柱式钻机(ZQJC-420/10.0钻机)，主要由旋转部、推进部、立柱、分压器等组成，额定压力0.5 MPa，额定转矩420 N·m，推进力20 kN，钻孔深度150 m～200 m，立柱高1.9 m～5.5 m，主机重80 kg。

气动架柱式钻机以压气为动力，要求供气量大于供气压力，压气经分零器分为路压气，旋转气路的压气经配气阀驱动气动马达输出轴旋转，再经级齿轮减速传递到减速箱主轴并带着水辫轴钻具旋转，配气阀可控制钻具的正转、反转、停止，并可调节钻具的转速。推进气路的压气经配气结构(包括阀芯、阀体)驱动推进马达输出轴旋转，再经级齿轮和级蜗杆、蜗轮减速传递到减速器输出轴(小齿轮轴)旋转，该轴齿轮与机架上的齿条啮合，旋转部、推进部一起沿机架导轨可作往复直线运动，配气机构可控制钻具前进、后退和停止，并可调节前进、后退速度。

主要优点是：

1)大扭矩、功率大，主机采用新型马达，最大扭矩420 N·m，同时功率提高到10 kW,能够满足井下不同地质条件的钻探要求。

2)远程操作台打钻点，既保证了人员的安全，又可使钻机布置更加灵活。

3)操作方便灵活，可自由拆卸，根据巷道具体实际情况进行安装和使用。

4)降低了劳动强度，提高了钻进速度，从而提高单进。

5)推进力强，可以满足井下复杂的施工要求。

3 生产组织

15235掘进工作面属于突出煤层区域，在施工过程中，需要打瓦斯预测孔，瓦斯释放孔，而且必须保证5 m的超前距。下顺槽释放钻孔施工示意图见图1。

工作面防突措施:

1)掘进工作面突出危险性预测。

15235下顺槽掘进工作面采用钻屑指标法进行突出危险性预测，向前方煤体至少施工3个预测孔钻孔，分布在巷道迎头及两侧，即迎头方向施工1个，两侧各施工1个，位于软分层，其中1个位于掘进巷道断面中部并平行于掘进方向，其他钻孔终孔位置应位于巷道断面两侧轮廓线4 m以外。钻孔布置在距底板1.2 m处，孔深10 m，孔径42 mm，每一循环留有不小于2 m预测孔超前距；在掘进工作面迎头后1.5 m处两帮各施工1个垂直煤壁验证钻孔，直径42 mm，孔深10 m，如图2所示。

2)掘进工作面防突措施。

a.当预测结果有突出危险性或发生其他异常情况(突出预兆、吸钻卡钻)则判定为有突出危险，必须执行打瓦斯超前排放钻孔措施。

b.采取瓦斯排放钻孔措施时按以下规定执行：排放钻孔必须布置在工作面迎头，钻孔要均匀布置，且要尽可能位于软分层中。在巷道断面上根据超前排放钻孔的排放半径0.7 m均匀布置释放孔，孔数不少于40个，孔深不小于15 m，钻孔直径不小于75 mm。周边钻孔要向外斜，终孔位置应落到巷道两侧轮廓线外5 m处。

4 结语

1)节省打钻时间。在没有使用气动架柱式钻机时，15235下顺槽掘进时，采用风动锚头进行打释放孔，需要3个人共同操作，每次需要打40个孔，孔深最深达到15 m，一个孔用时30 min，同时两台一起操作，打完全孔共用时0.5×20=10 h。使用气动架柱式钻机时，相同的孔数和规格，两个人就能进行操作，一个孔用

时15 min，故同时两台一起操作，打完全孔共用时0.25×20=5 h。施工进度每月能多进15.5 m。

2)技术创新。研发适用于井下各钻探点的专业设备；通过节能型新理论、新技术、新方法等综合途径研究，提出并实施矿井安全质量标准化系统建设[3,4]。

3)社会效益指标。改变煤矿企业作业环境差、高劳动强度等问题，意义重大。确保显著降低工人的劳动强度，对创建以人为本、和谐、健康、安全矿山起到推动作用。

[1] 冉恒谦，张金昌，谢文卫，等.地质钻探技术与应用研究[J].地质学报，2011，11(85)：1806-1822.

[2] 张 伟.地质钻探技术发展有关问题的思考[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2007，34(1)：1-3.

[3] 张金昌，冉恒谦，刘芳霞，等.钻探技术面临的新形势、新机遇和新任务[J].探矿工程，2007，34(9)：13-15.

[4] 何满潮.软岩巷道工程概论[M].徐州：中国矿业大学出版社，1993.

Research and application of fast drilling technology of outburst coal seam

ZHOU Dong-feng

(TheJiulongMine,HandanBaofengMiningLimitedCompany,JizhongEnergyFengfengGroup,Handan056201,China)

Taking the Jiulong Mine 15235 working face project of Fengfeng Group as an example, this paper introduced the fast drilling technology and its advantages taking pneumatic post drill as the core, and analyzed and summarized the working face outburst prevention measures, discussed the importance of do well advanced drill hole, had important role to ensure the safety construction.

coal seam, drilling, pneumatic post drill, working face

1009-6825(2014)28-0113-02

2014-07-31

周冬峰(1983- )，男，助理工程师

TD263.2

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