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煤礦井下鉆探裝備技術(shù)與鉆具搭配分析


發(fā)布時間:

2025-04-28

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煤礦井下鉆探裝備對保障礦井安全高效生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用,經(jīng)過多年的發(fā)展,技術(shù)水平得到很大的提高。中心通纜鉆桿、地質(zhì)鉆桿、地質(zhì)螺旋鉆桿(肋骨鉆桿 刻槽鉆桿),高效螺旋鉆桿、三棱鉆桿、新型探水鉆桿、新型煤鉆桿、新型瓦斯排放鉆桿、幫錨鉆桿、錨索鉆桿、風鉆桿、樁機鉆桿等系列產(chǎn)品益礦科技均有銷售!可在不同的地質(zhì)條件下,根據(jù)鉆機的型號性能和孔徑、深度要求,選擇合理的沖洗介質(zhì)及合理的鉆具搭配,是提高成孔效率和瓦斯抽采率的關(guān)鍵所在。
 

鉆孔分類及特點

煤礦井下鉆孔大致可分為:地質(zhì)勘探鉆孔、瓦斯抽放鉆孔、探放水鉆孔這幾類。

一、地質(zhì)勘探鉆孔:是獲得實物地質(zhì)資料的唯一手段(獲取巖芯),直接影響著判斷地質(zhì)構(gòu)造,巖層性質(zhì),水文性質(zhì)的準確性和可靠性。地質(zhì)勘探鉆孔特點:鉆進地層多為巖石,一般采用金剛石復合片取芯鉆頭,搭配巖心管,螺絲頭,接鉆桿進行鉆進。選用的鉆機要求轉(zhuǎn)速要高。根據(jù)巖石硬度和巖心直徑選配合適的鉆頭和巖心管及鉆桿搭配。

二、瓦斯抽放鉆孔:用于抽放瓦斯的鉆孔,如本煤層瓦斯抽放孔,高位鉆孔,穿層孔等。

三、探放水鉆孔:用于探水、抽放水的鉆孔,如排放水孔,煤層注水孔,注漿孔等。《煤礦防治水規(guī)定》,對該類鉆孔施工設備和工藝要求比較嚴格,必須堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。

沖洗介質(zhì)的主要功能

鉆孔的沖洗介質(zhì)又稱為鉆探的血液,一旦鉆孔中沖洗介質(zhì)停止循環(huán),或者選擇不當時,就會發(fā)生燒鉆,鉆進時破碎的巖粉煤渣不能及時排出孔外,甚至不能進尺,甚至還會發(fā)生孔壁坍塌,夾埋鉆具等一些列孔內(nèi)事故。

因此,正確選擇和合理使用沖洗介質(zhì)是提高鉆探效率和降低鉆探成本的必要手段。

鉆孔沖洗介質(zhì)的主要功能有:

1、冷卻鉆頭:鉆頭在破碎孔底巖石時,因摩擦會產(chǎn)生大量熱量,如不及時冷卻,會使鉆具很快磨損,降低效率,甚至會發(fā)生燒鉆事故。

2、排渣,清洗孔底:將破碎的煤巖粉渣及時排出孔外,以防止粉渣在孔底堆積,產(chǎn)生重復破碎,增加鉆具的磨損,并造成卡埋鉆事故,影響鉆具使用壽命和鉆進效率。

3、保護孔壁:在鉆進中,由于破壞了巖層的平衡狀態(tài),如果巖層本身穩(wěn)定性差,易發(fā)生變形甚至坍塌,因此,特殊的沖洗介質(zhì)需要具有一定的比重,來平衡地層的壓力,同時還要有一定的造壁功能,能在孔壁上形成一層薄而致密的泥皮,以保護孔壁(主要針對泥漿沖洗介質(zhì))。

4、其他功能:隨著鉆探技術(shù)的發(fā)展,沖洗介質(zhì)還可以達到以下效果:通過高壓沖洗介質(zhì),達到高壓沖孔,破碎孔底煤巖,還可以利用射流器形成高壓水射流,對煤巖層進行割縫、造穴達到增透效果。另外隨著千米定向鉆探技術(shù)的推廣應用,沖洗介質(zhì)還起到了驅(qū)動孔底馬達帶動鉆頭進行鉆進的作用。

沖洗介質(zhì)的類型

目前煤礦井下常用的沖洗介質(zhì)主要是:清水、泥漿、空氣三種。
 

一、清水:清水粘度小,煤巖粉在清水中容易凈化,因此鉆具回轉(zhuǎn)和水泵阻力小,對鉆具和水泵磨損小,鉆進效率較泥漿要高,成本低,操作方便。清水沖洗又可以分為靜態(tài)水和壓力水。靜態(tài)水適用于孔淺,煤層較穩(wěn)定的瓦斯抽放孔。壓力水:是目前極為倡導和廣泛應用的排渣方式,是水力壓裂、割縫、沖孔等增透工藝的必要條件。

二、泥漿:泥漿是由優(yōu)質(zhì)粘土和水混合后(根據(jù)不同地層需要加入一定數(shù)量的有機或無機的化學處理劑,以改善泥漿的性能)所形成的一種膠體懸浮液。在復雜地層鉆進時多采用這種沖洗介質(zhì),不適合瓦斯抽放孔。

三、空氣:以壓縮空氣作為沖洗介質(zhì),是松軟煤層最常用的排渣方式。來源可分為井下壓風系統(tǒng)風供風和移動式空壓機供風。

另外使用壓風排渣施工時應注意孔口反風情況,以防煤與瓦斯燃燒,應配套孔口除塵裝置,防止粉塵對工人的危害。

影響鉆孔的主要因素

鉆孔的目的:根據(jù)前面所說的鉆孔分類,我們知道井下鉆探的目的主要是:用來探明前方是否有礦井水(老窯水、裂隙水、巖溶水),壓力大小;用于煤層中瓦斯氣體的抽放;用來探明地質(zhì)構(gòu)造;用來探煤層厚度;還有利用鉆孔進行井下注漿等。而影響鉆孔施工及成孔率的主要因素大致可分為以下幾方面:

一、地層條件:煤巖層硬度、瓦斯壓力、地應力、構(gòu)造、水敏性等。

二、場地條件:巷道斷面、巷道空間、設備運輸、設備擺放等。

三、鉆探方法:普通鉆進、繩索鉆進、螺旋鉆進、定向鉆進等。

四、人為因素:操作工熟練程度等。

五、設備、鉆具選配因素:鉆機性能、鉆具的合理搭配與適配性等。

不同地層條件下的鉆具搭配

目前來看,井下煤巖層地質(zhì)條件大致可分為以下幾種:

1、常規(guī)地質(zhì)條件:煤巖層硬度適中,穩(wěn)定性較好的地層。

像這種情況下的地質(zhì)條件,如果是打瓦斯抽放孔或者探水孔,鉆具的搭配就比較廣泛。根據(jù)鉆孔的直徑和孔深的設計還有鉆機的性能,在合理徑差下,常規(guī)情況下可以選用地質(zhì)合金鉆桿(外平鉆桿),三棱合金鉆桿搭配金剛石復合片三翼內(nèi)凹鉆頭。如果條件允許情況下,也可以選用地質(zhì)螺旋鉆桿、肋骨鉆桿、刻槽鉆桿等進行搭配。

2、超硬煤巖層:煤巖層硬度系數(shù)很高的地層。

3、松軟煤層:硬度系數(shù)f小于1的煤層稱之為松軟煤層。松軟煤層占我國在采煤層的60%~80%,其特點是煤層破碎,穩(wěn)定性差,瓦斯含量往往較高,壓力大,本煤層鉆孔施工過程中容易出現(xiàn)噴孔,塌孔和卡埋鉆等事故.

不同地層條件下的鉆具搭配

首先考慮到水力排渣鉆進的方式在極松軟煤層非常容易出現(xiàn)塌孔和卡埋鉆現(xiàn)象,所以該方式不建議在松軟煤層使用,一般都采用風力排渣的方式,至于鉆具的選配,

1、可以選用異型多棱刻槽推力排渣鉆桿,簡稱重型三棱刻槽鉆桿,煤礦坑道鉆探本煤層瓦斯抽放鉆桿,對煤層硬度系數(shù)適應性較為廣泛的新型鉆具產(chǎn)品。廣泛應用于高瓦斯煤層特別是松軟煤層的深孔鉆探施工。分別有外三棱傳動型刻槽鉆桿、六方雙銷快接抗拉型刻槽鉆桿、大通孔螺紋連接型刻槽鉆桿、六方雙銷快接抗拉型地質(zhì)螺旋鉆桿等系列產(chǎn)品。其中六方雙銷快接抗拉型可進行鉆具的反轉(zhuǎn)功能,并能承受350kN拉拔力,搭配金剛石復合片內(nèi)凹鉆頭,在合理的鉆頭徑差(10-15mm)設計條件下,在三棱膩抹攪拌護孔的基礎(chǔ)上,增加了螺旋槽推力排渣結(jié)構(gòu)。選用優(yōu)質(zhì)的接頭與桿體材料經(jīng)摩擦焊接、加工中心數(shù)控機床精加工而成,具有高扭矩、高耐磨、適應高轉(zhuǎn)速鉆進的性能特點。該鉆桿在合理的鉆頭徑差(10-15mm)設計條件下,在三棱膩抹攪拌護孔的基礎(chǔ)上,增加了螺旋槽推力排渣結(jié)構(gòu),具備護孔、泄壓、扶正、降溫四重功效,施工效率提高,事故率降低,成孔率高。

2、也可以選用大通孔鉆抽一體瓦斯排放裝置施工方案。采用大通孔刻槽鉆桿,金剛石復合片開閉合鉆頭,選用礦方自備的液壓履帶機,選用風(水)冷卻降塵方法進行鉆孔篩管同步鋪設鉆進。鉆至固定深度后拆除鉆機動力頭后面連接鉆桿的水尾,然后先將懸掛設備擰到一根瓦斯篩管上,將懸掛設備進行閉合后穿入大通孔刻槽鉆桿,然后接入瓦斯篩管,按照鉆桿進尺達到指定深度后緩慢發(fā)力將鉆頭頂部的開閉刀翼打開,然后將懸掛設備徹底推出鉆頭,確保懸掛設備徹底掛住煤壁后用手緩慢回拉瓦斯篩管確定無法拉動,此時懸掛設備完全固定結(jié)實,然后進行鉆桿退鉆,確保退鉆時瓦斯篩管不會晃動及旋轉(zhuǎn),直至徹底推桿完畢后進行封孔及瓦斯抽放管道接入。


 

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