尹振林

摘 要：科學技術的不斷更新，為煤礦生產(chǎn)效率的提高及設備性能的優(yōu)化帶來了重要的保障作用，促進了現(xiàn)代化煤礦企業(yè)的快速發(fā)展。結合現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場的實際概況，可知某些影響因素的客觀存在，容易造成松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)，給相關生產(chǎn)計劃的順利完成帶來了潛在威脅。因此，需要加強對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理的深入理解，制定可靠的改進措施有效避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，最大限度增強煤礦生產(chǎn)計劃實施的安全可靠性?；诖?，該文將對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理及改進措施進行必要研究。

關鍵詞：松軟煤層 瓦斯 鉆孔塌孔機理 改進措施 生產(chǎn)計劃

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0037-02

從不同的方面提高對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理的全面認識，制定出切實有效的改進措施，有效避免鉆孔塌孔問題的產(chǎn)生，有利于實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的長期發(fā)展目標，在確保生產(chǎn)計劃順利完成的同時可以為煤礦企業(yè)帶來更多經(jīng)濟效益，全面提升該單位綜合市場競爭力。因此，在未來松軟煤層瓦斯抽放作業(yè)計劃開展的過程中，應加強對信息技術及各種專業(yè)技術手段的合理運用，促使在這些技術使用中能夠有效預防鉆孔塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)，不斷增強作業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)安全性。

1 松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理

1.1 松軟瓦斯抽放鉆孔過程中的應力分析

在松軟煤層瓦斯抽放的過程中，需要注重不同應力的有效分析，確保其中可能存在的安全隱患可以得到及時排除。具體的分析要點包括：（1）水平孔周圍彈性應力的有效分布。結合煤層結構特性，可知其包含了孔隙、裂隙等，在瓦斯壓力及其他壓力的影響，容易造成變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。松軟煤層瓦斯抽放計劃實施時，應加強對水平孔周圍彈性應力的深入分析，通過對彈性理論的深入理解，從彈性多孔材料作用的圍巖狀態(tài)、地層結構的完整性、孔壁破壞準則等方面進行重點考慮，確保鉆孔過程中的受力均勻性；（2）傾斜孔周圍彈性應力的有效分布。松軟煤層瓦斯抽放過程應考慮傾斜孔周圍彈性應力分布，確保鉆孔作業(yè)計劃的順利實施。具體分析中應構建可靠的三維空間坐標，將傾斜孔受到不同方向的應力在坐標上標記出來，進而對圍巖孔壁的結果穩(wěn)定性進行綜合評估。

1.2 瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關條件

相關的研究資料表明，松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)，需要滿足一定條件。這些條件包括：（1）水平瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關條件。通過對鉆孔穩(wěn)定性問題的深入分析，可知不同介質的分布對于孔壁的穩(wěn)定性有著較大影響：當鉆孔過程中圍巖周圍的應力超過其自身的強度時，往往會引發(fā)鉆孔塌孔。不同方向的應力差最大時，鉆孔塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率最大。因此，水平瓦斯抽放中應充分考慮地層孔隙壓力及其他的應力，提高鉆孔質量；（2）傾斜瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關條件。結合傾斜瓦斯抽放鉆孔作業(yè)方式特點，可知其中發(fā)生鉆孔塌孔問題的前提條件與鉆孔中不同方向的應力分布大小有關。通過對鉆孔傾角、鉆孔孔壁不同方向應力大小的確定等，可以構建出傾斜鉆孔與時間之間的關系，進而確定發(fā)生鉆孔塌孔的臨界值。

1.3 導致瓦斯抽放鉆孔塌孔的相關因素

各種潛在影響因素的客觀存在，加大了瓦斯抽放鉆孔塌孔問題發(fā)生的概率。這些影響因素主要包括：（1）影響圍巖結構穩(wěn)定性的內聚力，其具有動態(tài)變化的特點，對鉆孔過程中煤體的膠結強度及抗剪強度有著一定要求。當不同方向的內聚力差較小時，說明該區(qū)域的煤體較軟，鉆孔中容易發(fā)生塌孔；（2）原始煤層流體壓力越大時，加大使鉆孔坍塌的臨界值增大，加大了鉆孔塌孔問題產(chǎn)生的幾率；（3）埋設過程中垂直應力不斷增加，也會使鉆孔坍塌臨界應力變大，從而影響了鉆孔的穩(wěn)定性，一定條件下會出現(xiàn)鉆孔塌孔現(xiàn)象。同時，隨著煤體內摩擦角的動態(tài)變化，也會對瓦斯抽放鉆孔塌孔造成較大影響。

2 避免松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)的改進措施

為了避免松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)，消除其中可能存在的安全隱患，需要采取必要的改進措施進行必要預防，確保作業(yè)計劃實施的安全性，增強鉆孔的穩(wěn)定性。這些改進措施包括以下幾個方面。

2.1 改進瓦斯抽放過程中的施工工藝

在松軟煤層瓦斯抽放過程中，選擇可靠的施工工藝，有利于提高鉆孔質量，最大限度降低鉆孔塌孔問題發(fā)生的概率。具體表現(xiàn)在：（1）及時改變鉆孔的方位角。瓦市抽放鉆孔施工中將其中的鉆孔傾角控制在60°的范圍內時，可知30°方向的鉆孔方位角產(chǎn)生的臨界坍塌壓力最大，將會產(chǎn)生鉆孔塌孔問題。因此，鉆孔施工中應將其方位角控制在30°范圍內進行打孔，提高鉆孔質量；（2）注重鉆孔傾角的改變。相關的研究報告指出，瓦斯抽放鉆孔傾斜角控制在小于22.5°的范圍內時，其中產(chǎn)生的內摩擦角較小，應力大小不會超過鉆孔坍塌臨界壓力。因此，鉆孔施工中結合坍塌臨界壓力的要求，應將鉆孔傾角控制在22.5°的范圍內；（3）注重鉆孔直徑的改變。通過計算機系統(tǒng)相關軟件的模擬分析，可知瓦斯抽放鉆孔圍巖塑性區(qū)的變壓與鉆孔之間有著緊密聯(lián)系，二者呈正相關的關系。當鉆孔直徑大時，塑性區(qū)也會變大，其中產(chǎn)生的應力將會給鉆孔質量帶來潛在威脅。因此，鉆孔施工中應加強對鉆機的合理運用，促使鉆孔直徑保持在94 mm左右，優(yōu)化鉆孔質量；（4）對鉆進工藝的改進研究。我們與煤科院西安分院合作，選用其研發(fā)的松軟煤層中風壓空氣鉆進工藝技術及配套裝備。用中風壓空氣鉆進及鉆桿內部安設篩管的施工工藝，在西安煤科分院技術人員的現(xiàn)場指導下，掌握了鉆進設備的使用性能，提高了在松軟煤層施工鉆孔的成孔率。

2.2 加強側壓系數(shù)的合理控制

煤層埋設對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔穩(wěn)定性的臨界值有著一定影響。相對而言，側壓系數(shù)對鉆孔穩(wěn)定性的影響更大。因此，松軟煤層瓦斯抽放鉆孔施工中應加強對專業(yè)技術手段的合理運用，通過對煤層斷層、塌落柱等復雜地質條件的有效分析，將鉆孔過程中的側壓系數(shù)控制在合理的范圍內，減少其對鉆孔的影響。

2.3 提高套管的利用效率

作為解決松軟煤層鉆孔坍塌的重要措施，適當增加套管，有利于降低鉆孔塌孔發(fā)生的幾率。在使用套管的過程中，應充分考慮鉆孔變形對瓦斯抽放作業(yè)效率的影響，確保套管的合理運用能夠達到生產(chǎn)現(xiàn)場的實際要求。同時，由于套管強度與鉆孔圍巖垂直位移、塑性區(qū)范圍大小等不同因素之間呈反比關系，因此，在經(jīng)濟條件允許的前提下，應加強PP管及PVC管的合理使用，有效避免瓦斯抽放鉆孔塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)，確保松軟煤層瓦斯抽放作業(yè)效率能夠始終保持在更高層面上。

3 結語

通過對松軟煤層瓦斯抽放鉆孔塌孔機理的深入研究，并制定出相關的改進措施確保生產(chǎn)計劃的安全實施，一定程度上加快了現(xiàn)代化煤礦企業(yè)的發(fā)展速度，促使煤礦企業(yè)的生產(chǎn)目標能夠在規(guī)定的時間內順利實現(xiàn)，全面提升我國煤礦的整體生產(chǎn)水平。與此同時，結合市場用煤的實際需求，可知未來松軟煤層瓦斯抽放過程中需要注重行業(yè)技術規(guī)范的具體要求，靈活運用各種安全措施進行針對性處理，降低作業(yè)計劃實施中鉆孔塌孔問題發(fā)生的幾率，為后續(xù)生產(chǎn)計劃的實施打下堅實基礎。

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