煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术与装备研究

梁留栋

摘 要：我国煤矿消耗挖掘量巨大，为了保证采矿的工作安全，需要通过钻孔抽采瓦斯。我国如今国产设备中最大的钻孔深度已经达到了865m，生产出了不同型号的钻孔，研制出了相应的钻机和成孔工艺来应对不同的钻孔层位和抽采目的。顶板高位钻孔，沿煤层钻孔，穿层钻孔是主要的抽采钻孔。未来将在提高松软突出煤层钻孔深度和有效成孔率，定向钻进施工装备技术等方面取得实质性进展。为煤矿井下瓦斯抽采钻孔开发出更加安全可靠的施工装备和技术。

关键词：煤矿井下;瓦斯抽放;技术

引言

煤矿发生事故的主要原因就是瓦斯灾害。我国大中型煤矿中，高瓦斯矿井占20.34%，突出矿井占19.77%。小型煤矿中，高瓦斯矿井占15%左右。随着矿井的不断开采，深度的不断增加，开采的强度也是不断地在加强，煤与瓦斯突出的危险性也在不断增加，为了防止灾害的发生。瓦斯的抽放显得尤为重要，也对瓦斯抽放技术和装备的要求提出了挑 战。

我国开采煤炭能源的大国，煤炭在我国的能源消费占比一半以上，开采风险也加强了很多。为此，国家对煤炭开采的安全极为重视，在2002年“先抽后采，监测监控，以风定产”的瓦斯治理十二字方针由国家煤矿安全监察局提出，接着在2006年国务院办公厅又在《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》中，又提出了“必须坚持先采后抽、治理与利用并举的方针”。大部分钻孔都需要在井下作业，利用钻孔先抽取瓦斯，降低 煤层中的瓦斯含量，保证回采作业过程中瓦斯含量不超限，使得安全施工生产[1]。瓦斯抽放技术作为治理灾害的重要方式，国家也将发展机械化采煤作为重要工作，旨在向智能化安全开采，效果颇丰。

一、当今煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备

1.瓦斯抽放钻井中装备的钻机

在施工作业中，由于地理环境多样且十分特殊，工作人员要应用各种钻机来适应不同的环境要求。根据煤矿企业的特殊性，厂家也对钻机有了很多的改进来应对瓦斯的抽放作业，这些钻机通常容易搬动，解体性好，钻孔的效率也很高。

2.瓦斯抽放钻井中装备的钻头与钻杆

我国曾经选用地面钻探用锁接手钻杆为主，经常造成井下断钻杆的事故，使用的寿命短，性价比不高，逐渐不再被使用。随着制造工艺的提高，现在的钻头实用性强，寿命长，效率高，结构完善，种类多种多样反切割，防喷以及自排粉这样的功能很多钻头都已经具备，面对复杂的地形也能够高效地应对[2]。一般都是以煤层为主的松软的地层，这种低硬度的地层中，要使用硬质的合金钻头，这就需要工作人员在施工过程中进行分析。

3.瓦斯抽放钻井中的其它装备

随着钻探技术的不断发展，现在的施工设备也是越来越繁多，像稳定器，孔口装置，测斜仪等装备都研制并且性能得到很大地提高，进而提升了施工的安全和效率。

二、煤矿井下的瓦斯抽放钻孔施工技术

1.煤矿井下瓦斯抽放的常规钻进技术

水力正循环孔口回旋技术在抽放瓦斯方面比较简单，这种技术得到了大规模的使用，主要利用的是清水，因此主要使用外平钻杆和钻头。根据循环水供给条件分为静压力水和动压力水循环，静压力循环在煤层成孔性较好，钻孔深度较低，钻孔直径较低时使用，可以节省动力和资源。在施工过程中，施工人员不得进入，以免出现孔内事故。

2.煤矿井下瓦斯抽放的多级组合钻具防突钻进技术

这种技术能够将强突煤层分层，分阶段逐级释放，具有稳定性高，防止事故的优秀性能，三个钻头由小到大的顺序组成，风力循环钻进和水力循环钻进都适用。

3.煤矿井下瓦斯抽放稳定组合钻具定向钻进技术

该技术优缺点都很明显，效率高，速度快是它很明显的有点，然而实验证明，带需要调整钻孔轨迹时，调节钻孔方位角的能力有待提升。

4.煤矿井下瓦斯抽放的空气钻进技术

在破碎、松散和松散的突出煤层等地层进行钻孔时我们会将压缩空气作为钻孔循环介质，这种让压风到达钻孔底部在孔内形成气流的方法叫空气钻进技术。他可以利用风流将碎屑残渣吹向孔口，可以排渣又可以做到冷却工作热的钻头。达到一举两得的作用。对于钻孔的渗透性和稳定性都是一个很好的保证。

三、煤矿井下瓦斯抽采钻孔主要问题

我国地质复杂，煤矿需求量巨大，面临的问题也是多种多样远远超过了其它国家和地区。

1.选择钻孔层位

在瓦斯含量高、浓度的地带是采取瓦斯的最佳层位，可以布置高位钻孔，离层间隙在煤层开采后出现的状态，会对瓦斯流动产生巨大影响，也是瓦斯流动的重要通道[3]。瓦斯的高度和密度与采高和岩性密切相关。

2.确定钻孔参数

一般来说选择钻孔的深度和直径，倾向使用大直径长钻孔，以提升抽放效果和生产效率。并非所有的地质条件都适宜。如果地质条件复杂，不具备长钻孔的施工，钻进孔性不良，要根据实际情况设计参数，确定钻孔深度，而在钻孔直径上也要考虑瓦斯含量，抽放周期和施工成本这些问题，来确定钻孔的直径。

四、未来煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术和装备的发展趋势

根据当前的煤矿瓦斯综合治理，抽采钻孔的需要和有待解决的主要问题，未来瓦斯抽放钻孔施工装备和技术的发展会有几个方面：

1.为了解决瓦斯抽放搬迁钻机困难而且频繁的麻烦，也为了提高工作的效率，需要将钻机研制为具有自行走功能的履带钻机。

2.实现远程控制，准备让钻机向人工智能控制的方向发展，提高钻机的安全可靠性能，减小作业危险难度，方便煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工作业。

3.未来钻探技术和设备的发展要针对松软突出煤层的瓦斯抽采的关键技术及装备进行研究和发展，也是这一课题中的一大难题。

4.根据国家“节能减排”的要求，煤矿是个高耗能的产业，未来将有更高的，安全的，绿色的思想要求，以为钻探机进行可持续发展。

五、结束语

煤矿井下瓦斯抽采钻孔抽放技术种类，装备种类繁多，为保证正常安全绿色的施工作业，我们对其施工技术和装备进行研究，对施工技术和装备进一步发展。

参考文献

[1]邹鹏.我国煤矿井下瓦斯抽放鉆孔施工装备与技术[J].科技创新与应用，2014（30）：98-98.

[2]姚宁平，孙荣军，叶根飞.我国煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工装备与技术[J].煤炭科学技术，2008，36（3）.

[3]石智军.煤矿井下瓦斯抽采（放）钻孔施工技术[C]// 煤矿安全工程实用技术新进展.2008.

（作者单位：鑫龙煤业贺驼煤矿）