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摘 要：针对松软煤层孔壁不稳定易塌孔，影响钻孔下筛管深度和预抽效果的问题。文章介绍了钻杆内下筛孔管护孔设备及技术，通过在首山一矿的应用，解决了松软煤层易塌孔堵塞钻孔，造成封孔筛管下不到位的问题，实现了钻孔“打多深、管多深、抽多深”，提高了钻孔瓦斯抽采浓度，缩短了预抽达标时间，节省了下筛管时间，提高了劳动效率，保障了瓦斯治理和安全生产。
关键词：松软煤层；筛孔管护孔；下筛管深度；瓦斯抽采浓度；预抽时间
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0049-02
随着煤矿生产规模扩大和开采深度的不断增加，矿井地质条件越来越复杂。松软煤层、破碎煤层等施工本煤层钻孔时，由于地质结构复杂、孔壁稳定性差，成孔后孔壁易坍塌，造成瓦斯抽采通道堵塞，钻孔瓦斯抽采周期短、钻孔利用率低，存在一定的盲区，采掘过程中容易造成瓦斯事故。针对上述问题，首山一矿、勘探工程处通过与重庆煤科院合作，研究和改进了钻杆内下筛孔管护孔设备及技术，通过现场的应用，解决了松软煤层易塌孔堵塞钻孔，造成封孔筛管下不到位的问题，实现了全程下筛管，提高了钻孔瓦斯抽采浓度，缩短了预抽达标时间，节省了下筛管时间，提高了劳动效率，保障了瓦斯治理和安全生产。
1 钻杆内下筛孔管护孔设备
1.1 旋铣式宽叶片螺旋钻杆
外径Φ73 mm旋铣式宽叶片螺旋钻杆，长度为1 m。该钻杆排粉能力强，强度质量高，在松软煤层排粉量大的情况下，能够排出大量煤粉，防止煤渣过多堵塞钻孔，造成夹钻；同时钻杆内芯光滑，内通孔Φ35 mm，可以轻易地将筛孔管穿过钻杆内部进入孔底，如图1所示。
1.2 孔底筛管固定装置
孔底筛管固定装置安装于筛孔管前端，在筛管下到孔底穿出钻头后，筛管固定装置是弹簧翼抓自动打开将筛管固定在孔底，防止退钻杆时由于摩擦力的作用将孔内筛管带出，如图2所示。
1.3 大通孔开闭式PDC钻头
使用Φ113 mm中间有一字形切削片的大通孔开闭式PDC钻头，中间的一字形切削片可以来回翻动，重复使用，在下护孔管至钻头处时将一字形切削片抵开，使护孔管从钻头内部穿出至孔底，如图3所示。
1.4 抗静电阻燃性筛孔管
筛孔管为外径Φ32 mm，长度75 m整体式高强度抗静电阻燃性碎性瓦斯抽放筛管，筛孔管还可以加工成插接式，每根3 m，以方便根据现场使用情况确定筛孔管长度，如图4所示。
2 钻杆内下筛孔管护孔工艺
传统的钻孔封孔下筛管工艺为钻孔成孔后退出钻杆，再下入封孔筛管，而钻杆内下筛孔管护孔工艺则是在钻孔施工成孔后，不退出钻具的前提下，直接下放筛管。即从钻杆尾部向钻杆杆体内下顶端安装300 mm长的孔底筛管固定装置，后接长度为75 m整体式瓦斯抽放筛管抵至钻头处，将钻头一字形复合片切削片抵开，使塑料棒带护孔管从钻头内部穿出下入孔底或接近孔底，同时孔底筛管固定装置的“爪子”张开，固定于孔壁上。
然后退钻洗孔，“降转速”，调节动力头马达的排量，将转速降至最低，开始旋转退钻杆，并压风排粉，将孔内钻屑尽可能冲洗干净。当钻头快到孔口时，停止旋转，避免横梁被折断，继续退钻，直至完全起出钻杆。
3 筛孔管护孔技术在首山一矿的应用
3.1 瓦斯抽采钻孔施工参数布置
本次筛孔管护孔技术在首山一矿己15-12050风巷（外段）进行试验。平宝公司首山一矿己15-12050采面位于己二采区东翼上部第三个区段，采面设计走向长1 546 m，设计采长212.4 m，采面回采己15煤层，煤层埋深744.2～797.8 m。己15煤层平均厚度：3.5 m，瓦斯压力：0.81～1.5 MPa，瓦斯含量：10.6 m3/t。己15-12050风巷（外段）标高为：-638.7～-651.7 m，长度为：1 100 m。己15-12050风巷（外段）钻孔设计深度75 m，孔径为113 mm，钻孔间距为2.4 m，钻孔水平角0 ？觷（垂直于巷道煤壁），垂直角为平行于煤层顶板施工。
3.2 筛孔管护孔下放工艺的应用效果考察
3.2.1 两组不同下筛管工艺抽采效果对比
己15-12050风巷（外段）考察钻孔分两组施工，每组施工30个钻孔，共计施工60个。第一组30个钻孔采用传统下筛管工艺封孔，即钻杆退出后再下筛管封孔，13个钻孔下筛管深度超过50 m，17个钻孔下筛管深度小于50 m；第二组施工30个钻孔，为钻杆内下筛孔管护孔工艺，27个钻孔实现全程下筛管，75 m，3个钻孔下筛管深度为70 m。在对比的两组钻孔瓦斯抽采效果跟踪检验期末，第一组钻孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯体积分数为13%，平均纯流量约1.68 m3/min，第二组钻孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯体积分数为30%，平均纯流量约1.74 m3/min。第二组钻孔的瓦斯抽采体积分数比第一组提高了17%。两组钻孔的瓦斯浓度随时间变化参数见表1。
两组钻孔的瓦斯浓度随时间变化，如图5所示。
3.2.2 不同下筛管深度抽采效果对比
选取第一组的20#钻孔和第二组的40#钻孔进行预抽达标时间对比，其中20#孔下Φ32 mm筛管长度42 m，40#孔下Φ32 mm筛管长度75 m，2个钻孔瓦斯抽采流量随抽采时间的变化和2个钻孔预抽达标时间见表2，其中预抽率按照30%为达标界限。从表2可以看出，下筛管的深度越长，钻孔预抽达标时间就越短，在同一钻孔控制范围内，预抽率达到30%，20#孔需要预抽56 d，而40#孔则需要30 d即可，预抽时间减少了26 d。
4 结 语
4.1 增加了下筛管的深度，提高钻孔下筛管的成功率
筛孔管护孔技术通过在首山一矿的应用，证明通过钻杆内下筛管工艺能够解决瓦斯抽放筛管从钻孔内下至孔底这一难题，实现了钻孔“打多深、管多深、抽多深”，筛管护孔的下管深度平均达到孔深的90%以上，提高钻孔下筛管成功率；而传统工艺由于煤体松软垮孔严重，造成钻孔通道堵塞，很难成功下入筛管，一般40 m之后就无法继续下入筛管，下筛管成功率较低，一般只有50%～60%。
4.2 提高钻孔瓦斯抽采浓度，缩短预抽达标时间
通过对比可知，筛孔管护孔技术解决了松软低透气性煤层瓦斯抽采浓度低及衰减速度较快的问题，其瓦斯抽采体积分数比传统下筛管工艺提高了17%，预抽达标时间从原来的56 d减少到30 d，有效地保证了煤层的抽采效果，保证了安全生产。
4.3 降低下筛管的难度，节约下筛管时间，提高劳动效率
传统下筛管工艺为了保证筛管顺利下入孔内，在退钻期间需要每隔5 m压风排粉，孔深75 m的钻孔退钻平均需1 h，下筛管平均时间1 h，同时由于阻力大，通常需要3～4人配合；而钻杆内下筛管技术，下筛管平均时间0.5 h，退钻平均需0.5 h，仅需2人即可轻松地完成下筛管工作。采用钻杆内下筛管技术，从退钻到下筛管单孔可以节约1 h，极大地提高了效率。
参考文献：
[1] 陈功胜，高艳忠.松软煤层瓦斯抽采钻孔不提钻下入筛管技术[J].辽宁工程技术大学（自然科学版），2014，（5）.
[2] 牛多龙.松软低透气性煤层顺层钻孔全程套管预抽瓦斯技术[J].煤矿科学技术，2013，（5）.
[3] 雷洪波，周政林，王荣超，等.松软突出煤层顺层抽放钻孔施工及封孔技术研究[J].矿业安全与环保，2009，（8）.
[4] 殷文韬.煤层瓦斯抽放封孔工艺研究与应用[J].煤矿工程，2011，（2）.
[5] 谢雄刚，李希建，余照阳.顺层钻孔预抽突出煤层瓦斯技术研究[J].煤矿科学技术，2013，（1）.
[6] 孙新胜，王力，方有向，等.松软煤层筛管护孔瓦斯抽采技术与装备[J].煤矿科学技术，2013，（3）.
[7] 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].煤矿科学技术，2008，（3）.
[8] 殷新胜，刘建林，冀前辉.松软煤层中风压空气钻进技术与装备[J].煤矿安全，2012，（7）.
关键词：松软煤层；筛孔管护孔；下筛管深度；瓦斯抽采浓度；预抽时间
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0049-02
随着煤矿生产规模扩大和开采深度的不断增加，矿井地质条件越来越复杂。松软煤层、破碎煤层等施工本煤层钻孔时，由于地质结构复杂、孔壁稳定性差，成孔后孔壁易坍塌，造成瓦斯抽采通道堵塞，钻孔瓦斯抽采周期短、钻孔利用率低，存在一定的盲区，采掘过程中容易造成瓦斯事故。针对上述问题，首山一矿、勘探工程处通过与重庆煤科院合作，研究和改进了钻杆内下筛孔管护孔设备及技术，通过现场的应用，解决了松软煤层易塌孔堵塞钻孔，造成封孔筛管下不到位的问题，实现了全程下筛管，提高了钻孔瓦斯抽采浓度，缩短了预抽达标时间，节省了下筛管时间，提高了劳动效率，保障了瓦斯治理和安全生产。
1 钻杆内下筛孔管护孔设备
1.1 旋铣式宽叶片螺旋钻杆
外径Φ73 mm旋铣式宽叶片螺旋钻杆，长度为1 m。该钻杆排粉能力强，强度质量高，在松软煤层排粉量大的情况下，能够排出大量煤粉，防止煤渣过多堵塞钻孔，造成夹钻；同时钻杆内芯光滑，内通孔Φ35 mm，可以轻易地将筛孔管穿过钻杆内部进入孔底，如图1所示。
1.2 孔底筛管固定装置
孔底筛管固定装置安装于筛孔管前端，在筛管下到孔底穿出钻头后，筛管固定装置是弹簧翼抓自动打开将筛管固定在孔底，防止退钻杆时由于摩擦力的作用将孔内筛管带出，如图2所示。
1.3 大通孔开闭式PDC钻头
使用Φ113 mm中间有一字形切削片的大通孔开闭式PDC钻头，中间的一字形切削片可以来回翻动，重复使用，在下护孔管至钻头处时将一字形切削片抵开，使护孔管从钻头内部穿出至孔底，如图3所示。
1.4 抗静电阻燃性筛孔管
筛孔管为外径Φ32 mm，长度75 m整体式高强度抗静电阻燃性碎性瓦斯抽放筛管，筛孔管还可以加工成插接式，每根3 m，以方便根据现场使用情况确定筛孔管长度，如图4所示。
2 钻杆内下筛孔管护孔工艺
传统的钻孔封孔下筛管工艺为钻孔成孔后退出钻杆，再下入封孔筛管，而钻杆内下筛孔管护孔工艺则是在钻孔施工成孔后，不退出钻具的前提下，直接下放筛管。即从钻杆尾部向钻杆杆体内下顶端安装300 mm长的孔底筛管固定装置，后接长度为75 m整体式瓦斯抽放筛管抵至钻头处，将钻头一字形复合片切削片抵开，使塑料棒带护孔管从钻头内部穿出下入孔底或接近孔底，同时孔底筛管固定装置的“爪子”张开，固定于孔壁上。
然后退钻洗孔，“降转速”，调节动力头马达的排量，将转速降至最低，开始旋转退钻杆，并压风排粉，将孔内钻屑尽可能冲洗干净。当钻头快到孔口时，停止旋转，避免横梁被折断，继续退钻，直至完全起出钻杆。
3 筛孔管护孔技术在首山一矿的应用
3.1 瓦斯抽采钻孔施工参数布置
本次筛孔管护孔技术在首山一矿己15-12050风巷（外段）进行试验。平宝公司首山一矿己15-12050采面位于己二采区东翼上部第三个区段，采面设计走向长1 546 m，设计采长212.4 m，采面回采己15煤层，煤层埋深744.2～797.8 m。己15煤层平均厚度：3.5 m，瓦斯压力：0.81～1.5 MPa，瓦斯含量：10.6 m3/t。己15-12050风巷（外段）标高为：-638.7～-651.7 m，长度为：1 100 m。己15-12050风巷（外段）钻孔设计深度75 m，孔径为113 mm，钻孔间距为2.4 m，钻孔水平角0 ？觷（垂直于巷道煤壁），垂直角为平行于煤层顶板施工。
3.2 筛孔管护孔下放工艺的应用效果考察
3.2.1 两组不同下筛管工艺抽采效果对比
己15-12050风巷（外段）考察钻孔分两组施工，每组施工30个钻孔，共计施工60个。第一组30个钻孔采用传统下筛管工艺封孔，即钻杆退出后再下筛管封孔，13个钻孔下筛管深度超过50 m，17个钻孔下筛管深度小于50 m；第二组施工30个钻孔，为钻杆内下筛孔管护孔工艺，27个钻孔实现全程下筛管，75 m，3个钻孔下筛管深度为70 m。在对比的两组钻孔瓦斯抽采效果跟踪检验期末，第一组钻孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯体积分数为13%，平均纯流量约1.68 m3/min，第二组钻孔瓦斯抽采管路的平均瓦斯体积分数为30%，平均纯流量约1.74 m3/min。第二组钻孔的瓦斯抽采体积分数比第一组提高了17%。两组钻孔的瓦斯浓度随时间变化参数见表1。
两组钻孔的瓦斯浓度随时间变化，如图5所示。
3.2.2 不同下筛管深度抽采效果对比
选取第一组的20#钻孔和第二组的40#钻孔进行预抽达标时间对比，其中20#孔下Φ32 mm筛管长度42 m，40#孔下Φ32 mm筛管长度75 m，2个钻孔瓦斯抽采流量随抽采时间的变化和2个钻孔预抽达标时间见表2，其中预抽率按照30%为达标界限。从表2可以看出，下筛管的深度越长，钻孔预抽达标时间就越短，在同一钻孔控制范围内，预抽率达到30%，20#孔需要预抽56 d，而40#孔则需要30 d即可，预抽时间减少了26 d。
4 结 语
4.1 增加了下筛管的深度，提高钻孔下筛管的成功率
筛孔管护孔技术通过在首山一矿的应用，证明通过钻杆内下筛管工艺能够解决瓦斯抽放筛管从钻孔内下至孔底这一难题，实现了钻孔“打多深、管多深、抽多深”，筛管护孔的下管深度平均达到孔深的90%以上，提高钻孔下筛管成功率；而传统工艺由于煤体松软垮孔严重，造成钻孔通道堵塞，很难成功下入筛管，一般40 m之后就无法继续下入筛管，下筛管成功率较低，一般只有50%～60%。
4.2 提高钻孔瓦斯抽采浓度，缩短预抽达标时间
通过对比可知，筛孔管护孔技术解决了松软低透气性煤层瓦斯抽采浓度低及衰减速度较快的问题，其瓦斯抽采体积分数比传统下筛管工艺提高了17%，预抽达标时间从原来的56 d减少到30 d，有效地保证了煤层的抽采效果，保证了安全生产。
4.3 降低下筛管的难度，节约下筛管时间，提高劳动效率
传统下筛管工艺为了保证筛管顺利下入孔内，在退钻期间需要每隔5 m压风排粉，孔深75 m的钻孔退钻平均需1 h，下筛管平均时间1 h，同时由于阻力大，通常需要3～4人配合；而钻杆内下筛管技术，下筛管平均时间0.5 h，退钻平均需0.5 h，仅需2人即可轻松地完成下筛管工作。采用钻杆内下筛管技术，从退钻到下筛管单孔可以节约1 h，极大地提高了效率。
参考文献：
[1] 陈功胜，高艳忠.松软煤层瓦斯抽采钻孔不提钻下入筛管技术[J].辽宁工程技术大学（自然科学版），2014，（5）.
[2] 牛多龙.松软低透气性煤层顺层钻孔全程套管预抽瓦斯技术[J].煤矿科学技术，2013，（5）.
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[5] 谢雄刚，李希建，余照阳.顺层钻孔预抽突出煤层瓦斯技术研究[J].煤矿科学技术，2013，（1）.
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[7] 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].煤矿科学技术，2008，（3）.
[8] 殷新胜，刘建林，冀前辉.松软煤层中风压空气钻进技术与装备[J].煤矿安全，2012，（7）.