风力排渣工艺的应用

风力排渣 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 瓦斯钻孔技术研究及应用 摘要：川煤集团广旺公司代池坝煤矿的部分可采煤层工作面，由于受沉因、断层、褶曲等地质构造影响，煤层较松软，瓦斯高富集且压力大。在施工抽采钻孔时，正常情况下使用水力排粉钻进速度慢，极易塌孔，钻孔钻进速度和钻孔成型的效果极差，我们通过探索改用风力（压风）排渣施工工艺后，取得了较好的效果。 主题词：瓦斯抽采  风力排渣  施工工艺 一、问题提出 代池坝煤矿为高瓦斯矿井，各煤层的地质条件复杂，断层和褶曲较多，瓦斯问题一直制约着矿井的安全生产。夹矸、软硬煤结合现象严重，瓦斯含量大，煤层透气性差；煤层中夹有矸石的现象较为普遍，岩性多为灰黑色的泥岩、炭质泥岩、高炭泥岩，大部分比较松软，且夹矸厚度不稳定。使用传统的水力成孔方法施工，夹矸、软煤遇水后膨胀、塌陷，时常造成塌孔、堵孔、卡钻、断钻杆等孔内事故，直接影响着钻孔的成孔率，而且钻孔孔深不足35米。在3945运输巷、3944工作面开切眼、31326小石门等多次施工中，均发生钻空中断钻杆、抱钻、塌孔的事故，报废钻孔占施工钻孔总数的1/3；处理一次抱钻、卡钻、塌孔需要2～4个班，每班进尺最多10米，严重影响钻孔施工进度。钻孔成孔后堵孔、塌孔现象也很严重，影响了抽放效果。如何提高钻孔深度和成孔率，提高单孔抽放量，是我矿瓦斯抽放工作中亟待解决的一个难题。 二、工作面煤层基本概况 5、7、9、13号煤层基本情况分述如下： 1、 5号煤层：为代池坝井田最上部的一层可采煤层，位于白田坝组（Ｊ1-2b）底砾岩之下58.25－91.67米，一般72米左右，该煤层在矿区范围内可采段主要分布于18号勘探线至24号勘探线之间，16～18线、24～25线煤层薄化至不可采，可采段走向长约3625m。煤层厚度沿走向西薄东厚，沿倾向变化不大。可采段内厚度在0.4--1.04米，一般0.4--0.6米，煤层结构西部较简单（一般夹矸1--2层），东部较复杂（含夹矸3—5层）。上部煤分层性软，含炭质泥岩及高炭质泥岩透镜体，灰分高达33.35%，下部煤分层性较硬，块状，灰分低。五号煤层底板为灰色粉砂岩，伪顶为炭质泥岩，岩性松软，易碎，顶板难管理。从已采煤层看，瓦斯含量较高。 2、7号煤层：呈单斜层状构造，走向近于东西，倾向南，煤层产状为183°∠38°。煤层厚度平均0.97米，夹矸0.30米，煤层硬度系统2.0（f）；煤层老顶为灰色中厚层状粉砂岩夹泥岩厚度为6.4米，直接顶为灰黑色薄层状夹煤线厚度为2.18米，直接底为薄层泥岩，顶部夹0.20米左右一层炭质泥岩。 3、9号煤层：为单斜构造，走向近于东西，倾向南，煤层产状为188°∠38°。煤层厚度平均0.86米、夹矸0.08米，煤层硬度系数为1.5（f）；煤层老顶为灰色粉砂岩夹泥岩厚度为8米，直接顶为薄层粉砂质泥岩厚度为2.8米，直接底为泥岩夹煤线厚度为6米，老底为粉砂质泥岩厚度为2米。 4、13号煤层：为单斜构造，走向近于东西，倾向南，煤层产状为188°∠40°。煤层平均厚度为1.8m，平均夹矸厚度0.68m，煤层的厚度不稳定、属及不稳定煤层；顶底板煤层层理发育；煤层老顶为灰色厚层粉砂岩厚度为10米左右，直接顶为中厚层粉质砂岩和粉砂质泥岩厚度为30米左右，伪顶为黑色薄层状高炭泥岩厚度为0.15米左右，直接底为灰色中厚层粉砂岩，顶部有0.18米厚的泥岩夹煤线，厚度为3.5米左右，老底为灰色厚层状中粗粒石英砂岩厚度为20米左右。 三、压风排渣钻进的概念与优点分析 1、概念 风力排渣钻进就是采用压缩空气经过钻杆内孔、钻头进入孔底，在孔内形成高速风流，钻屑则浮在风流中被吹向孔口，从而实现排渣和冷却钻头的目的。 2、优点 在松软煤层中，风力排渣较水力排渣的优点主要体现在： （1）、风压较小，压风对孔壁的冲击小，不易破坏孔壁，能有效防止冲洗液压力过大对孔壁煤块的劈裂作用，对孔壁的破坏作用明显减小。而水力排渣方式的最大缺点是对孔壁的冲击作用太大，垮孔、喷孔严重。同时钻孔内处于气（瓦斯、空气）、液、固（钻屑）三相流动状态，流态极不稳定，也很容易造成卡钻现象。 （2）、由于压风的密度和瓦斯的密度差大大减小，不影响煤层中瓦斯的解吸，孔壁煤层中的瓦斯能够自由快速的释放到冲洗介质(压风)中，并且迅速地将增加的压力传递到孔外，一般不会引起瓦斯的聚集和压力的激增而诱发喷孔对孔壁产生冲击破坏作用。 （3）、与水力循环钻进相比，压风钻进的循环介质流量大，在压力的作用下，煤粉颗粒在钻孔内悬浮并随着气流做跳跃式的向前推进，直至返出孔口。如果局部煤粉颗粒堆积较多，此处的风速势必增加，此时堆积的煤粉颗粒不仅会在风压压差的作用下前进，而且风速增加后的携粉能力大大增强，也会将煤粉颗粒迅速带走。 （4）、钻孔内始终只有气、固两相流动，发生卡钻的可能性也减小了。 四、风力排渣供风参数的确定 （1）、风力排渣的最小风速和最佳风量 对于压风钻进而言，要获得较高的钻进速度，必须保证钻杆与孔壁之间环状间隙的返风速度。生产实践和理论计算表明，该返风速度最小应达15.5m.s-1以上，最佳风速23 m.s-1左右。我们采用￠50㎜的钻杆施工￠75㎜的钻孔，当风速达到23 m.s-1时，则需要风量为： Q = V*A环*t =23*∏/4*(0.752 – 0.052)*60 ≈3.39m3.min-1 在同类地层同等供风量的情况下，钻孔深度和风压大小成正比，而和钻具的沿程阻力、局部阻力成反比。 在实际工作中，考虑到空压机的工作特性、管路以及钻具的泄漏，要达到较好的钻进效果，实际用风量要大于上述计算值。我们在施工的过程中，利用地面压风机供风，压风到达钻孔孔口处的压力最大可以达到0.8MPa，最小也有0.6MPa，用￠50㎜管道输送压风，完全可以满足我们施工100米及以下浅孔的需要。 五、孔口密封及除尘装置 使用压风作为冲洗介质时，钻头破碎下来的煤屑在从孔底向孔外运动的过程中，经不断碰撞以及钻杆回转时的挤压作用，颗粒会越来越细，在压风中的分散表面积会不断增大。随着钻孔速度的增加和局部垮塌作用的影响，压风中煤粉含量也会不断增加。压风返出孔口时，如果不处理直接返到巷道中，不仅影响钻场工人以及处于下风其他工作人员的身心健康，而且由于压风中含有大量瓦斯和煤尘，也会造成极大的安全隐患。所以使用压力风作为冲洗介质时，必须对返出孔外的压力风做降尘处理。 使用压风作冲洗介质时降尘和除尘方式，我们采用如下图所示的孔口密封及除尘装置。 孔口密封及密封除尘装置的基本原理是：正常钻进时钻头和钻杆通过装置前端的防尘挡圈进入钻孔进行正常钻进，压风经过钻杆冷却钻头和冲洗孔底，当携带有煤粉的风流到达孔口装置时，受压力水雾（直接接井下静压水管）的作用，风与尘初步分离，在防尘挡圈的密封作用下，煤岩粉尘不是沿钻杆返至钻机及工作人员处，而是沿接孔口防尘装置的胶管引至煤粉沉淀池，经水浴后的返风及瓦斯排入大巷，而煤岩粉沉积在水浴池中，从而起到防尘作用。同时由于压力水雾的作用还可以起到孔口降温、灭火作用。经测定，该装置排风粉尘不大于10mg.m-3,完全符合《煤矿安全规程》的规定。而且工作环境得到较大改善，施工人员不会被压力水打湿衣服，现场的积水减少。通过现场反复试验，我们认为使用该防尘装置时，必须注意以下几点： （1）、防尘套管的长度不小于2米，否则在压力风和钻杆的回转作用下容易脱落。 （2）、将装置放入孔中，并且密封孔壁与装置之间的空隙，使其不漏风。 （3）、将钻进用钻具穿过防尘装置下入钻孔，然后上好防尘挡板和防尘挡圈，使防尘装置不漏风。 （4）、要注意水浴池沉淀煤岩粉的清理工作，并保持水浴池的水面高度，防止水浴池的作用失效而达不到灭尘效果。 六、实施效果 代池坝矿经过认真分析，结合其他单位同行的经验，发现风力排粉钻进能有效减少钻孔坍塌现象的发生，有利于提高成孔率，决定在31326小石门采用风力排渣方法施工顺煤层瓦斯抽放钻孔。 结合煤层赋存地质条件、瓦斯涌出构成和31326小石门巷道布置情况， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 顺煤层钻孔深度80～93m，开孔直径115mm，终孔孔径75mm。依据该设计，要求钻孔正常排渣所需的最小供风压力位0.67MPa，最小供风量为3.5m3·min-1。由于压风在确保了风力排粉成孔方法所需的供风压力和风量以后，使用重庆研究院研制的ZYD—150D全液压钻机，配合￠50mm外平钻杆和￠75mmPDC钻头，钻进过程中保证排粉通畅，适当提高转速，平稳给进，成孔效率良好。在施工的20个钻孔中，无卡钻或堵孔现象，钻孔的平均深度为85米，大大提高了钻孔成孔效率。 通过风力排渣方法施工沿层瓦斯抽放钻孔的成功，使我矿认识到风力钻进在松软煤层成孔中的优越性，在以后的钻孔施工过程中将大量使用与推广。从钻进效率来看，风力钻进钻孔事故少，施工顺利，成孔所用时间比水力钻进提高50%以上；从后期抽采效果看，风力钻进更有利于孔内瓦斯释放抽采，风力成孔后比水力成孔的单孔瓦斯释放压力高0.03～0.036MPa，瓦斯自然涌出量高0.04～0.1005m3·min。沿煤层钻进风力成孔方法在我矿取得了良好效果。 七、结束语 1、风力排渣适合松软煤岩层中施工瓦斯钻孔。卡钻、抱钻、塌孔等事故率低，成孔率高，钻进速度快。 2、孔口密封及除尘装置设计及加工至关重要。只有按要求进行安装使用，才能达到消尘、灭烟、降温的作用。 3、可以选择满足风压、风量要求的移动空气压缩机作排渣动力。这样既可以减少使用地面空气压缩机对掘进工作面的影响，也可以避免掘进工作面不施工不作业时施工瓦斯钻孔的“大马拉小车”现象，造成电力浪费的现象。 川煤集团广旺公司代池坝煤矿 2011年6月