岩石破碎巷道穿层钻孔施工技术

摘 要：告成煤矿在13221A工作面轨道巷施工穿层钻孔过程中，采取风力排粉、大孔径钻进充填围岩裂隙，对钻孔施工工艺进行改进，延伸孔口套管长度，增强孔口密封对孔口五通进行改进，有效解决了巷道围岩及钻孔过破碎带问题，大大提高了钻孔施工进度和瓦斯抽采浓度，增强了钻孔施工安全性。

关键词：岩石破碎巷道；风力排粉；孔口套管；孔口胶皮；瓦斯浓度

瓦斯治理是煤矿安全生产的重要难题，对于“煤与瓦斯突出矿井”，一般采取底板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突出措施进行瓦斯治理。告成煤矿受成煤条件影响，地质条件复杂，岩石破碎给穿层钻孔施工带来相当大的困难。告成煤矿在13221A工作面轨道巷经过现场多番尝试，通过对防喷装置及施工工艺进行改进总结了一套岩石破碎巷道穿层钻孔施工技术。

一、工程概况

告成煤矿位于登封市东南12Km的告成镇境内，距郑州市71Km。是郑煤集团公司的主力矿井之一，主采二1煤层，水文地质类型为“复杂”，2005年2月被煤炭科学研究总院重庆分院鉴定为“煤与瓦斯突出”矿井。瓦斯抽采措施主要为穿层钻孔、水利冲孔增透。13221A工作面位于-110运输大巷、-100回风大巷保护煤柱内，工作面地质条件复杂，煤层原生构造受滑动构造影响，强度较低，局部煤层有夹矸，煤厚变化大，煤层顶底板破碎。13221A轨道巷车场布置于L7-8灰岩中，上距二1煤层底板12m左右，施工单位通过在13221A轨道巷车场施工穿层钻孔对该工作面进行瓦斯抽放消突工作。

二、岩石破碎巷道对于钻孔施工的影响

（一）由于13221A工作面轨道巷为砌碹支护，巷道与围岩之间空隙大，造成封孔难度大，密封效果不好，不仅会影响瓦斯抽采浓度，而且还会造成瓦斯超限事故。

（二）巷道围岩砂质泥岩、泥岩受地质构造及采动顶板来压影响，钻孔在施工过程上中遇水膨胀，容易发生缩径塌孔现象，导致钻孔排粉不畅，增加施工难度，钻孔成孔率低。

（三）围岩中裂隙较多，孔壁的完整性受到破壞，钻屑不能及时从孔内排出，增加施工难度；同时裂隙加大了注浆封孔的难度，并影响到抽采的浓度。

（4）受滑动构造等地质条件影响，煤（岩）破碎，钻孔使用压风排粉，排粉量较大，给钻孔施工带来一定难度。

三、施工技术对比与改进

（一）孔口套管改进

原孔口套管使用直径Ф100mm、长度为1m的圆柱钢管，配合直径Ф295mm活盘法兰焊接而成，但遇到孔口塌孔严重，下入1m长的套管满足不了封孔要求，钻孔在施工过程中，孔内风、水、气会通过套管外岩石裂隙排出，造成密封不严。

改用Ф108mm带丝扣套管，根据钻孔孔口钻进情况，对孔口套管进行伸缩加长，有效对孔口砌碹巷道较大空隙及破碎围岩进行隔离，孔口套管固管后达到密封作用。

（二）施工工艺改进

钻孔施工过程中岩孔段优先选用水力排粉，但遇到岩石破碎段，水力排粉容易造成塌孔，根据围岩实际施工条件，对破碎岩石段提前改为风力排粉，尽量保护好破碎岩石原始状，避免遇水后膨胀塌孔现象的发生。由于孔内岩性大多为砂质泥岩、泥岩为主，改为压风排粉，粉尘较大，且部分粉尘从巷道周边裂隙排出，钻孔在施工过程中，使用孔口降尘管降尘，达不到降尘效果，因此降尘又成为重要一难题。

根据岩石特性，使用风力排粉过程中，将风水四通供水管改至供风管前端，开风后，稍微打开适量小水（根据排粉情况，能降尘为目的），在钻孔粉尘源头进行加湿降尘，排出的为潮湿的粉尘颗粒，一部分在钻孔内充填在钻孔周围的裂隙里，一部分从孔口排出，钻孔周围巷道裂隙不仅得到了充填，而且风力排粉也得到有效解决。

（三）孔口胶皮改进

钻孔施工过程中，要与孔口五通套管同心，否则将会磨损孔口胶皮，导致孔口密封不严实，造成孔口煤（岩）粉、瓦斯泄露。原孔口胶皮为一个比法兰盘内圆稍大的胶皮固定在法兰盘上，钻杆在给进压力钻进时，或钻杆与套管稍不同心，钻杆容易磨损孔口胶皮，或胶皮脱落，造成密封不严，因此孔口胶皮密封不严给钻孔施工带来一定安全隐患。结合现场实际操作，为解决孔口密封问题，对孔口胶皮进行加工改进。将孔口脱皮加工为4个对称通眼用于固定牢固，并加宽孔眼间距，便于安装，可以适当左右、上下调节孔口胶皮与法兰螺丝间的间距，缓解钻进给进压力时钻杆磨损孔口胶皮；为确保孔口胶皮固定牢固，增加孔口胶皮的耐磨性，再在孔口加装一个比法兰内圆稍大的孔口胶皮，双重孔口胶皮有效解决孔口密封不严问题。

（四）钻具选型

原13032轨道巷施工瓦斯抽采钻孔，选用3200型钻机，Ф73mm钻杆，Ф94mm钻头钻进，钻头与钻杆间隙仅为10mm，岩石破碎段容易排粉不畅，造成钻孔施工困难或钻杆压死现象。

根据原13032轨道巷岩石岩性，对钻机钻具进行调整，选用2300型钻机，Ф63mm钻杆，Ф94mm钻头钻进，钻头与钻杆间隙为15mm，从而增大了排粉通道，有效解决了破碎岩层风力排粉过破碎带问题。

四、结论

告成煤矿通过对打钻施工工艺及五通套管的改进，有效的解决了破碎岩层钻进技术，巩固了施工安全，预防瓦斯超限，提高了打钻效率和瓦斯抽采浓度。

（1）加快了施工进度，两部钻机有效打钻时间23天施工钻孔46个，平均施工时间由原来的6班时间，缩短为2班时间，浅孔最快成孔及封孔仅用一班时间。

（2）提高了成孔率，改进前因岩石破碎，水力排粉塌孔严重造成多个钻孔施工不到设计要求，或者达到设计要求后因钻孔塌孔封孔管下不到设计位置，从而造成多个钻孔报废，成孔率达到25%；改进施工工艺后，大钻头、细钻杆使用风力排粉，所施工的46个钻孔成孔43个，成孔率达到93.4%。

（3）提高了瓦斯抽采浓度，未改进前因孔口套管短密封不严实，围岩裂隙多，封孔注浆效果不好，瓦斯浓度均在10%以下，通过对孔口套管延伸加长，岩粉对围岩裂隙充填，封孔注浆密封严实，钻孔瓦斯抽放浓度平均达到40%左右。

作者简介：

徐宏甫（1983.10—），男，汉族，籍贯：河南新密，本科，毕业于河南理工大学地质工程专业，研究方向为地测防治水，助理工程师。