煤礦豎井施工技術(shù)的探討

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1、2010年4月地質(zhì)裝備33煤礦豎井施工技術(shù)的探討王三牛李洪邵玉濤(中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所河北廊坊065000)摘要：本文簡述了通風(fēng)孔、送料孔、瓦斯排放孔等豎井的施工難點(diǎn)，對所用鉆具及鉆頭的設(shè)計(jì)及選型進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對施工工藝進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：豎井?dāng)U孔牙輪鉆頭氣舉反循環(huán)外側(cè)增焊長條減磨扶正塊并鑲焊硬質(zhì)合金以確保鉆1前言頭的扶正效果，見圖1。隨著國家對煤層氣、天然氣等資源勘察力度的不斷加大以及對煤礦安全生產(chǎn)的越來越重視，諸如：通風(fēng)孔、送料孑L、瓦斯排放孑L等豎井施工的工作量在逐年增加。豎井施工的特點(diǎn)是：口徑大(600～1200mm)、鉆孔深(1O0～250m)，所以施工難度大

2、，尤其是在堅(jiān)硬地層段施工豎井其難度更為突出。此類鉆井由于直徑大、深度大，因而鉆具回轉(zhuǎn)阻力大，排粉困難；且由于鉆具本身柔性大，鉆孔極易偏斜，而往往此類鉆具對孔斜要求又非常嚴(yán)格，要求豎井圖1階梯式牙輪一鑲齒滾刀混裝鉆頭要準(zhǔn)確無誤的鉆人孔內(nèi)要求的位置；由于鉆孔深度大，提鉆間隔長，不能隨時(shí)對鉆頭使用情況進(jìn)行檢(2)采用小鉆大擴(kuò)的辦法，即先打先導(dǎo)孔，然后查，因此要求鉆頭的使用壽命要長。針對以上問題，再采用大一級的擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，前導(dǎo)孔一般采近年來我單位大口徑鉆頭與鉆具研制中心設(shè)計(jì)了用滿眼鉆進(jìn)法，在堅(jiān)硬地層中，一般的先導(dǎo)孔鉆具配一整套適合豎井鉆探的鉆具及鉆頭，并對其施工備為：鑲齒三牙輪鉆頭一

3、扶正器一加重鉆鋌一鉆桿，工藝進(jìn)行了認(rèn)真的研究與探討，總結(jié)出了一套比待先導(dǎo)孔完成后再進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)，而擴(kuò)孔鉆進(jìn)又根較成功的適合于深孔、大直徑的豎井鉆井工藝，經(jīng)據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)及設(shè)備能力的不同分為兩種成孔方法：過陽泉礦務(wù)局、河南地質(zhì)災(zāi)害救治中心、遼寧省煤方法一，對于鉆機(jī)扭矩足夠大、鉆孔口徑適中的田地質(zhì)局113隊(duì)等單位的使用取得了非常明顯的鉆孔，往往一次擴(kuò)孔完成，鉆頭的結(jié)構(gòu)采用如圖2的使用效果。結(jié)構(gòu)。2鉆具、鉆頭的設(shè)計(jì)及孔內(nèi)鉆具的級配如上所述，大口徑豎井要求鉆孔的垂直度比較高，所以施工時(shí)一般有以下兩種方法完井：(1)鉆孔直徑小于600mm，鉆機(jī)扭矩又足夠大時(shí)，部分施工單位采取一次性成孔的辦法。在

4、此情況下，鉆頭為了有效防止孔斜，鉆頭底部采用階梯式圖2帶有前導(dǎo)扶正翼板的擴(kuò)孔牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)，中心牙輪超前，先行切入巖石，這樣既增加了由于擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭下部處于懸空狀態(tài)，鉆頭鉆頭切削巖石的自由面，又起到了超前導(dǎo)正作用；增在設(shè)計(jì)制作時(shí)應(yīng)絕對避免鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)由于承受鉆加鉆頭護(hù)筒的高度，一般設(shè)計(jì)為lO00mm左右；在進(jìn)中產(chǎn)生的振動(dòng)力作用而使鉆頭下部脫落掉人孔內(nèi)保證有效返渣的情況下盡可能增加護(hù)簡直徑，在其的現(xiàn)象發(fā)生，一般刀盤上下部分的中心管設(shè)計(jì)為整34王三牛等：煤礦豎井施工技術(shù)的探討第11卷第2期體結(jié)構(gòu)，牙輪掌下端應(yīng)插入刀盤內(nèi)再行焊接，為了保1．1kg／L，失水量1O～15mL／30min，

5、PH值7～9的證鉆孔的垂直度，鉆頭除采用如圖2所示前導(dǎo)焊有優(yōu)質(zhì)低固相泥漿，并應(yīng)加泥漿處理劑，盡可能保持孔硬質(zhì)合金并有足夠長度的扶正翼板導(dǎo)正外，牙輪掌底清潔。掌背、刀盤、牙輪應(yīng)形成三點(diǎn)硬支撐，防止鉆頭外徑(2)已完成先導(dǎo)孔鉆進(jìn)，并已與巷道相通，此時(shí)磨損，最大限度地提高切削具的使用壽命，周邊牙掌擴(kuò)孔鉆進(jìn)返渣沒有任何問題，大量的巖渣掉入孔底的規(guī)格一般不小于31Imm，也可采用鑲齒滾刀與巷道內(nèi)，而處于擴(kuò)孔處的巖渣則通過設(shè)置于鉆頭上牙輪混裝式結(jié)構(gòu)。為了便于清理擴(kuò)孔處的巖粉，在的噴嘴即可清理干凈，所以一般的正循環(huán)鉆進(jìn)就可每兩個(gè)牙輪掌之間應(yīng)裝有噴嘴，形成高壓噴射液流，完成施工。在高壓噴射液流作用

6、下還可像石油鉆井一樣形成高3．2鉆進(jìn)規(guī)程壓噴射鉆井，有助于提高鉆頭鉆進(jìn)效率。(1)鉆壓：牙輪鉆頭的鉆進(jìn)特點(diǎn)就是需要大壓方法二：孔徑偏大，而鉆機(jī)能力又不很足時(shí)，則力，按照石油鉆井常規(guī)要求，鉆頭直徑每增加需應(yīng)采用多級擴(kuò)孔鉆頭，逐級擴(kuò)孔。圖3為我所為河增加鉆壓lOkN，但把這種規(guī)范照搬在豎井施工中，南地質(zhì)災(zāi)害救治中心研制的用于豎井鉆進(jìn)的系列擴(kuò)鉆具及設(shè)備均不能滿足要求。由于鉆孔口徑大，且孔牙輪鉆頭。鉆頭的設(shè)計(jì)同樣應(yīng)遵循扶正效果好、鉆頭底部的牙輪掌是經(jīng)過不同組合焊接在刀盤上，牙輪壽命長、排粉效果好等原則。鉆進(jìn)過程中每個(gè)牙輪掌瞬間承受的力都不一樣，所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)，有效合理的鉆壓應(yīng)為50N／(ram

7、直徑)，即在直徑為lO00mm的鉆頭上加壓50kN就能有效地破碎中硬地層。有的使用單位往往對此不夠重視，有的根本不加壓，有的只加很小的壓力，嚴(yán)重影響了鉆頭的使用效果。在鉆頭所承受的合理鉆壓范圍內(nèi)，隨著鉆壓的圖3系列多級擴(kuò)孔牙輪鉆頭提高，鉆頭的鉆進(jìn)速度及牙輪掌使用壽命均成正比總之，豎井鉆進(jìn)，一般采用鉆鋌(或配重筒)加提高，這是因?yàn)椋@壓過低，鉆頭在孔底就會(huì)處于不壓、轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，鉆具級配應(yīng)本著多點(diǎn)扶正、壓實(shí)的非穩(wěn)定狀態(tài)，牙輪掌不能在鉆頭回轉(zhuǎn)的同時(shí)寶塔式結(jié)構(gòu)、滿眼鉆進(jìn)