钻冲一体化煤层增透瓦斯治理技术

钻冲一体化煤层增透瓦斯治理技术

崔海军

淮河能源控股集团煤业公司地质勘探工程处，安徽淮南 232052

摘要：随着瓦斯治理力度逐步加大,区域瓦斯治理工作成效显著,但煤层透气性低、瓦斯抽采效果差的问题依然很突出,针对该问题,我们和矿方合作在深入研究基础上,形成了一整套钻冲一体化煤层增透瓦斯治理技术，结果表明:冲压一体化卸压增透技术能够有效的提高钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量,进而缩短煤层瓦斯抽采达标时间,能够为煤矿安全高效生产提供重要的技术支撑作用。

关键词：钻冲；煤层增透；瓦斯治理；技术

为落实淮河能源控股集团煤业公司在技术创新方面提出的机械化、自动化、信息化、智能化发展方向，加大创新力度。在淮河能源控股集团下属煤业公司领导下，张集矿和勘探处合作，积极推广应用钻冲一体化煤层增透瓦斯治理技术，打钻与增透一体化施工，提高打钻增透施工效率、钻机台效，提升穿层钻孔抽采效果，完善打钻增透作业环境质量，减轻打钻作业劳动强度。

1解决的技术问题

钻冲一体化增透工艺，主要是利用河南铁福来钻冲一体化成套装备完成，采用清水泵配合高低压转换冲孔造穴装置实现不退钻杆钻进、冲孔造穴一体化的功能。

常规钻进时，采用系统静压水，高低压转换冲孔造穴装置前端打开，完成正常钻进供水排渣。冲孔作业时，连接清水泵供水，高压状态下，高低压转换冲孔造穴装置前端封闭，侧部出水孔形成高压水射流，实现冲孔造穴功能。 该装置工作压力可达到 26Mpa，高压水对煤体进行冲孔造穴，在煤体中形成一定宽度和高度的不规则缝槽，从而提高煤层的透气性和瓦斯释放速度，缩短评价周期。

2 具体实施方式

2.1装备介绍

（1）ZDY4500LXY煤矿用履带液压钻机：主要用于钻孔施工。

（2）BQWL200/31.5-XQ200/12清水泵站：冲孔的动力设备，主要用于提供高压水流。

（3）KFS-50/11矿用振动筛式固液分离机：将钻孔、冲孔产生的水、渣分离，通过引流和转运，实现“水渣不落地” 。

2.2 配套钻具

（1）高压密封钻杆：采用Ф73mm×1000mm接头密封式耐压钻杆，避免了因钻杆接头卸压导致孔底冲孔压力不足的问题。

（2）高压旋转接头：壳体及旋转轴通过精密轴承及多级密封设计，连接在高压胶管与钻杆之间，向钻杆通入高压水，可保证18MPa高压水作用下旋转顺畅和密封性。

（3）高低压转换冲孔装置：连接在钻头与钻杆之间，利用较低压力的静压水用打钻，当水压超过10MPa时，喷射形成水刀，用于冲孔，实现钻孔、冲孔作业一体化。

2.3 钻冲工艺

（1）钻冲一体化关键技术

（2）钻冲一体化工艺技术特点

技术原理：

常规钻进：系统静压水供水，高低压转换装置前端打开，正常钻进供水排渣。

冲孔作业：清水泵供水，高压状态下，高低压转换装置前端封闭，侧部出水孔形成高压水射流，实现冲孔。

技术优点：

技术特点：不退钻、冲孔一体化。

作用效果：最高冲孔压力26MPa，高压水对煤体冲蚀，在煤体中形成一定尺寸不规则缝槽，最大可形成直径1m的空腔，从而提高煤层的透气性和瓦斯释放速度，缩短评价周期。

（3）钻冲一体化作业流程

第一步：依次连接钻头、高低压转换造穴装置、高压密封钻杆，利用系统静压水施工至设计深度；

第二步：起出部分钻杆，直至钻头位于钻孔主煤层见煤点；

第三步：关闭系统水，接上超高压旋转接头，连接清水泵站，并检查好各管路连接；

第四步：开启清水泵站，启动空载 5 分钟以上，待孔口返水后，控制调压阀，泵压由低到高缓慢、匀速增压，水经过高压胶管进入钻杆内，最后从高低压转换造穴装置上的侧部出水孔射出；

第五步：开启钻机带动钻杆以适当转速旋转并来回推拉钻杆，通过高低压转换造穴装置对煤层周边煤体进行冲孔，每刀次冲孔造穴长度为1m，时间在 5～10min或者看到冲出煤明显较少时停止作业；

第六步：控制调压阀，缓慢减压直至将压力降为0，并充分缷压后，卸掉高压旋转接头，接一根钻杆，重复步骤（4）（5），直至完成整个煤段冲孔造穴作业；

第七步：冲孔造穴完成后，先将清水泵站泵压调至低压并关闭供水闸阀，撤卸钻杆并堆放整齐。

3 有益成果

3.1 冲钻一体化技术工程实践

（1）张集矿1312（3)底抽巷、-745m水平第二回风巷穿层钻孔施工。

冲孔压力自8MPa开始分阶段上调，最高为18MPa，经过后期多次试验并分析，结合煤体坚固性系数及煤层瓦斯压力，确定11-2煤层冲孔压力调整至8～9MPa之间冲孔效果良好。13-1煤层冲孔压力调整至15MPa冲孔效果良好。

（2）张集矿1314（3）底抽巷穿层钻孔施工

钻冲压力15MPa，于2019年6月5日夜班开始冲孔，截止到6月20日早班，共实施钻冲孔８组，单孔平均冲孔时间23～31min，每米冲出煤量平均20～28Kg之间。

2.2 冲钻一体化技术效果分析

（1）钻冲效果

1312（3）运顺底抽巷：82个孔，平均冲煤量31kg/m。

-745m水平第二回风巷：29个钻孔，平均冲煤量35.4kg/m。

1314（3）底抽巷：71个钻孔，平均冲煤量24.3kg/m。

经计算：钻冲后孔径平均扩大由Φ113mm至Φ160mm，截面积扩大1倍。

（2）抽采效果

1312（3）底抽巷：钻冲孔百孔纯量0.85m³/min，非钻冲孔百孔纯量0.35m³/min，提高2.43倍。钻冲孔汇流管浓度65%，非钻冲孔汇流管浓度22%，汇流管浓度提高2.95倍。

1314（3）底抽巷：钻冲孔百孔纯量1.52m³/min，比1312（3）非钻冲孔百孔纯量提高4.34倍。汇流管浓度70%，比1312（3）非钻冲孔汇流管浓度提高3.18倍。

比煤业公司2号文规定，煤层瓦斯含量4～6m3/t，要求百孔纯量不低于0.2m3/min，百孔纯量提高7.6倍。比要求单元抽采浓度不低于15%，汇流管浓度提高4.67倍。

2.3 钻冲效率

1312（3）运顺底抽巷非钻冲孔月台效3570m/台·月。

1314（3）底抽巷钻冲孔月台效3508m/台·月

4 总结

实施该项技术，主要优点如下，首先可以降低劳动强度。保证施工安全防喷装置通过油缸连接，利用液压系统机械化安装；清水泵站履带化，与钻机一起搬运，施工安全性好。其次可以提高施工效率；节约了安装防喷装置时间约1h；利用高低压转换冲孔装置，实现了钻孔、冲孔一体化，减少了起钻、下钻时间约1.5h；第三可以改善作业环境。利用孔口收集装置连接固液分离机，对打钻产生的水、渣分离，通过引流和转运，实现了“水渣不落地”。

参考文献：

[1] 王立武;低透气性煤层水力压裂卸压增透技术[J];现代矿业;2015年10期

[2]刘凯;水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的效果分析与应用[J];山东工业技术;2015年20期

[3]周西华;毕建乙;王海东;雷云;王军;高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术研究[J];世界科技研究与发展;2015年03期

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