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
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（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
论文作者:崔海军
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：冲孔论文; 煤层论文; 钻杆论文; 瓦斯论文; 钻孔论文; 高压论文; 装置论文; 《科学与技术》2019年第19期论文;