搜索
LOGOEmail：zmjxycg163.com矿井瓦斯抽采技术-瓦斯抽放系统、装备及施工郑州煤炭工业技师学院资源开发教研室杨晨光18003818889第一节钻孔设备及施工一、钻孔工具(一)钻机用钻孔抽放瓦斯是煤矿各类瓦斯抽放方法中最常用的方法，抽放瓦斯用钻机正向大功率、长距离和大孔径方向发展。经过多年的发展，我国自行研制的钻机已基本上能满足抽放瓦斯的需要。1、钻机类别钻机按动力种类可分为液动、电动和风动钻机三种；按传动方式分为全液压传动和机械液压传动两种；按结构形式分为滑台动力头式和立轴回转式两种。我国煤矿抽放瓦斯用钻机种类较多的主要机型有，煤科总院重庆分院生产的ZYG系列、ZK系列、ZF系列风动钻机，ZD系列大孔径钻机等；煤科总院西安分院生产的MK系列钻机(如图6-1，图6-2所示)；煤科总院抚顺分院的MYB系列、ZFD系列钻机等。此外，还有镇江煤矿专用设备厂生产的MYZ系列、ZF系列风动钻机；石家庄煤机厂生产的TXU系列钻机等。钻孔深度可达30-250m，最深为600m；终孔直径一般为95mm，；电机功率为5.5-75kW。图6-1ZDY(MK)系列全液压钻机图6-2MK系列全液压钻机主机结构简图1-回转器2-夹持器3-给进装置4-机架2、钻机的发展方向(1)开发本层抽放孔的长距离钻孔工艺及装备，特别是顺煤层长钻孔的工艺与装备；(2)研制硬岩钻具及配套钻机，首先解决金刚石旋转钻具及配套钻机存在的问题，再进一步研究新的钻孔工艺及装备，如牙轮钻头和冲击器及配套机构，以加快钻进速度；(3)研究大直径长钻孔抽放瓦斯的工艺及装备；(4)研制机械化水平高的钻机，除接卸钻杆机械化外，还应使其实现搬运机械化、锚固机械化，以减轻工人的体力劳动；(5)研制远距离自动控制钻机，解决突出煤层钻进过程中的安全问题。3、钻机的操作(1)TXU系列液压钻机的操作方法：①松开回转器连接盘与变速箱体连接的螺母，回转器绕变速箱输出轴回转，实现不同钻孔倾角的调整。②升降钻具时可打开回转器，直接进行升降钻具。③操纵绞车联动手把，使手把处于联动或断开位置，可使绞车运行或停止运行。④操纵变速手把，可使主轴变换转动速度。⑤操纵调压阀，使手轮顺时针旋转或逆时针旋转，便可根据钻孔工艺参数的要求实现钻压的增大或减小。⑥操纵液压卡盘控制阀手把，使其处于卡紧或松开位置，液压卡盘实现卡紧或松开，以达到卡紧或松开钻杆，进行钻孔作业。⑦操纵给进控制手把，使其处在后退、停止、给进、浮动不同位置，推进缸便可实现前进、停止、后退和浮动状态，实现钻孔的不同工序作业。⑧操纵调速阀手轮，使其顺时针旋转或逆时针旋转，推进缸运行速度改变。⑨联动绞车手把后，操纵绞车手把即可使绞车运行，实现升降钻具作业。(2)MK系列全液压钻机的操作方法如下：①油马达回转操作手把向前推，回转器正转；手把向后拉，回转器反转；中间位停止。②卡盘、夹持器的操作手把向前推，夹持器松开（卡盘卡紧）；手把向后拉，卡盘松开（夹持器卡紧）；手把在中间位置时，卡盘、夹持器均卡紧。③给进、起拔操作手把向前推，回转器前进，即给进；手把向后拉，回转器后退，即拔起；手把在中间位置时，回转器浮动，此时可装卸钻杆。④操纵截止阀手把可接通或关闭夹持器的油路。手把处于水平位置时油路接通，手把处于垂直位置时油路关闭，夹持器处于松开位置。⑤操纵增压调节手轮可调节系统的辅加压力。顺时针旋转手轮时，系统压力提高。图6-3金刚石复合片(PDC)钻头⑥操纵给进压力调节手轮可改变给进压力。顺时针方向旋转时，给进压力增加，反时针方向旋转时，给进压力减小。(二)钻杆钻进岩石孔的钻杆直径一般为42-50mm，钻进煤孔的钻杆直径稍大一些，为60-89mm，每节长度为1-2m。钻杆应选用弹性好和耐磨损的无缝钢管制成。钻杆应用梯形螺纹或圆锥管螺纹连接。钻杆弯曲度每1m不得超过1mm，两端螺纹必须保证同轴性，任一端面之间偏差不得超过0.5mm。在松软煤层及突出危险煤层钻进，可采用螺旋钻杆干式钻进，以防跨孔。(三)钻头钻头有合金片钻头、金刚石钻头和PDC复合片钻头。如图6-3、图6-4所示PDC复合片实际上就是在合金片上镶有1mm厚的人造金刚石粉末。抽放钻孔施工采用P.C复合片钻头最好，在钻进各种硬度的岩层时，其综合效益最高。图6-3金刚石复合片(PDC)钻头图6-4金刚石钻头二、抽放钻孔施工(一)抽放钻孔施工中常见的安全事故1、在钻进过程中发生瓦斯燃烧、爆炸和熏人窒息事故、煤与瓦斯突出事故；2、由于电气设备失爆失保而造成电气伤人事故；3、施工场所片帮冒顶伤人事故；4、钻机操作不熟练而造成钻杆搅人及牙钳伤人事故；5、钻孔排屑不及时，产生煤尘积聚，从而造成煤尘燃烧、爆炸事故。(二)钻孔施工安全措施1、防止在钻孔施工过程中发生瓦斯超限(1)钻孔施工作业场所必须要有良好的通风，并安设瓦斯自动报警断电仪。(2)对于瓦斯涌出量大的作业场所，钻孔必须装有防止瓦斯大量泄出的防喷装置，实行“边钻边抽”，如图6-5所示。(3)在钻孔施工过程中，必须安设专职瓦斯检查员加强对钻孔施工处的瓦斯等气体的检查，严禁瓦斯超限作业，施工作业人员在钻孔施工过程中还必须佩带便携式瓦斯自动报警仪。图6-5边钻边抽瓦斯装置1-钻杆；2-φ100mm抽放管；3-水包；4-放水弯管；5-胶皮挡板；6-孔口套管；7-正常抽放用管路接头；8-钻孔；9-封孔材料；10-φ25mm放水管2、防止在钻孔内发生瓦斯燃烧、爆炸和熏人事故(1)采用风力排屑时，必须保证钻孔排屑畅通，且施工地点必须配备足够数量的灭火器材。(2)采用水力排屑时，钻孔直径应比钻杆直径大50％以上，并且在钻孔施工过程中，严禁用铁器敲砸钻具。3、防止在钻孔施工过程中发生煤和瓦斯突出事故(1)在突出煤层打钻孔时，操作人员应经专门培训，掌握突出预兆，熟悉避灾路线，并佩带自救器。(2)在突出煤层中打钻时，设置防护挡板。钻孔施工处必须用厚度不小于50mm的木板一次性背严背实，并在背板外侧用直径不小于180mm的圆木(不少于2根)紧贴背板打牢，圆木向上插入顶板不得少于200mm，向下插入底板不得少于300mm。(3)封孔时套管长度应大于2m，套管口应装密封安全装置，以保证钻孔喷孔或突出时人员和设备的安全。(4)在钻孔施工过程中，若发现有突出预兆及异常现象时，瓦检员和施工负责人要迅速将所有人员撤至安全地带，同时切断该巷道内所有电气设备的电源，并及时向矿总工程师、矿调度所及有关单位汇报，待经过处理且瓦斯等有害气体的浓度恢复正常后，方可继续施工。4、防止钻孔施工作业场所发生片帮冒顶事故必须加强钻孔施工作业场所及周围巷道的支护，严禁空帮空顶。5、防止在钻孔施工过程中发生电气伤人事故(1)施工钻孔的所有电气设备的防爆质量必须符合《煤矿安全规程》中的有关规定，加强电气设备的检查与维护，严禁电气设备失爆失保，确保设备完好。(2)施工钻孔的电气设备的电源必须和作业场所的局部通风机和瓦斯探头实行风、电和瓦斯、电闭锁。6、防止在钻孔施工过程中发生机械伤人事故(1)施工钻孔前，必须将钻机摆放平稳，打牢压车柱，吊挂好风水管路及电缆。(2)钻孔施工过程中，钻杆前后不准站人，不准用手托扶钻杆。(3)所有施工人员要将工作服穿戴整齐，佩戴好护袖或将袖口扎牢。(4)钻孔施工过程中，操作人员要按照钻机操作规程和钻孔施工参数要求精心施工，严格控制钻进速度，钻机不得在无人看管的情况下运转，人工取下钻杆及加钻杆过程中，钻机的控制开关必须处在停止位置，严禁违章作业。7、防止在钻孔施工过程中发生煤尘事故在钻孔施工过程中，采用风力排屑时，必须采取内喷雾或外喷雾等有效的灭尘措施。(三)抽放钻孔施工时的应注意的几个问题1、钻孔要严格按照标定的孔位及施工措施中规定的方位、角度、孔深进行施工，严禁擅自改动。2、安装钻杆时应注意以下问题：(1)先检查钻杆，应不堵塞、不弯曲、丝扣未磨损，不合格的严禁使用。(2)连接钻杆时要对准丝扣，避免歪斜和漏水。(3)装卸钻头时，应严防管钳夹伤硬质合金片、夹扁钻头和岩芯管(4)安装钻杆时，必须在安完第一根扣后，再加接第二根3、钻头送入孔内开始钻进时，压力不宜太大，要轻压慢转，待钻头下到孔底工作平稳后，压力再逐渐增大。4、采用清水钻进时，开钻前必须供水，水返回后才能给压钻进，并要保证有足够的流量，不准钻干孔；孔内岩粉多时，应加大水量，延长开泵时间，切实冲好孔后方可停钻。5、采用压风钻进时，开钻前必须先供压风，压风返回后才能给压钻进，并要保证有足够的风量。孔内煤(岩)粉多时，应加大压风量，否则必须停钻。6、钻进过程中每班必须固定专人测量、记录钻孔的深度。7、钻进过程中的注意事项：(1)发现煤壁松动、片帮、来压、见水或孔内水量、水压突然加大或减小以及顶钻时，必须立即停止钻进，但不得拔出钻杆。(2)钻孔透采空区发现有害气体喷出时，要停钻加强通风并及时封孔。(3)钻孔钻进时出现瓦斯急剧增大、顶钻等现象时，要及时采取措施进行处理。(4)钻进过程中出现响煤炮剧烈、喷孔严重时，必须停止钻进，并保持钻机空运转。8、临时停钻时，要将钻头退离孔底一定距离，防止煤岩粉卡住钻杆；停钻8小时以上时应将钻杆拉出来。9、提出钻具时的注意事项：(1)提钻前，要丈量机上余尺。(2)提钻前，必须用清水冲孔，排净煤、岩粉。(四)MK-4钻机的操作方法1、开钻前的准备：①油箱内加满清洁油液(钻机正常工作后油面应在油位指示计的中间偏上部位约2/3处)，一般用N46抗磨液压油，如果环境温度较高可用N68抗磨液压油。②检查钻机各部分紧固件是否紧固，主机稳装是否牢固。③在需要润滑的部位加注润滑油和润滑脂。④检查各油管是否连接无误。⑤排量调到额定值的三分之一，(在油泵端头有名牌指示)。⑥操纵台上各操作手把放在中间位置，增压、背压调节手轮顺时针调到极限位置，给进压力调节手轮调到中间位置，马达变速手把调到所需的位置上(低速)。⑦打开油箱上的截止阀，此阀未打开前不准起动电机。2、启动①接通电源。②试转电机，注意转向是否与油泵要求一致。③起动电机，观察油泵运转正常(应无异常声响，操纵台上的回油压力表应有所指示)检查各部件有无渗漏油。④使油泵空转3～5分钟后再进行操作，如油温过低，空转时间应加长，待油温达20℃左右时，才可调大排量进行工作。3、试运转①油马达正转、反转双向试验，运转应正常平稳，系统压力表读数不应大于3.5MPa。②反复试验回转器的前进、后退，以排除油缸中的空气，直到运转平稳为止，此时系统压力不应超过2.5MPa。③试验卡盘、夹持器，开合应灵活，动作要准确。④检查各工作机构的动作方向与指示牌的标记方向是否一致，如不一致应及时调换有关油管。例：回转器马达的正反转，回转器的前进和后退等。⑤在以上各项试运转过程中，各部分有无漏油现象，如发现应及时排除。4、开钻--无岩芯开孔①从回转器后端插入一根钻杆，穿过卡盘，项在夹持器端面上(因此时夹持器闭合，不能穿入)。②将起下钻转换手把推到下钻位置，向前推给进起拔手把，使钻杆插入夹持器，在夹持器前方人工拧上无岩心钻头，准备钻进。5、下钻①将回转器翻转到一侧，抽出夹持器卡瓦，将小于Φ108mm的粗径钻具下入孔内，用垫叉悬置在孔口管(钻下垂孔时)，顶在夹持器前端(钻上仰孔时)。②使回转器复位，从回转器后端插入钻杆，将起下钻手把置于下钻位置，向前推给进起拔手把(即给进回转器)使钻杆穿过夹持器，与粗径钻具接头连在一起(手动或机动)，然后装上夹持器卡瓦。③搬动给进起拔手把，依靠回转器的往复移动将钻杆送入孔内，待钻杆尾端接近回转器主轴后端时停止送入。④从回转器后端插入第二根钻杆，人工对上丝扣，后退回转器，正转马达(卡盘自动夹紧)拧好钻杆，重复c操作，送入第二根钻杆。以后依次反复，直到送完全部钻杆。6、钻进①接上水龙头，开动泥浆泵，向孔内送入冲洗液；②待孔口见到返水后，