長期以來，瓦斯災(zāi)害一直影響著煤礦的安全生產(chǎn)。尤其在高瓦斯礦井，瓦斯治理不僅成本高，而且常常因不能及時與原煤生產(chǎn)工作相銜接制約著煤礦的生產(chǎn)。因此高瓦斯礦井力求通過高效的抽放技術(shù)和先進的裝備緩和生產(chǎn)和瓦斯防治工作之間的矛盾，提高煤礦的經(jīng)濟效益。

用鉆孔抽放煤層瓦斯是目前國內(nèi)常用而用效的方法，具有施工速度快，鉆場布置機動靈活等特點，但由于鉆孔直徑小，孔壁產(chǎn)生的裂隙小，抽放效果不如巷道抽放好。通過加大鉆孔的直徑和數(shù)量，提高孔口抽放負壓，可以彌補后者的不足，但必須有一整套適合我國煤礦鉆孔抽放瓦斯的裝備，才能達到理想的抽放效果。煤科總院西安分院經(jīng)多年研究，相繼開發(fā)研制出一系列能夠施工大直徑鉆孔的鉆機及其配套的施工工藝，投入到高產(chǎn)高效的煤礦生產(chǎn)中，在高瓦斯礦井瓦斯防治中發(fā)揮了重要作用。

1大直徑瓦斯抽放鉆機的開發(fā)與應(yīng)用效果

陽泉礦務(wù)局屬典型的高瓦斯礦井，煤層透氣性差，回采工作面瓦斯涌出量高且大部分來源于上鄰層及圍巖。上個世紀80年代，陽泉礦務(wù)局為解決制約煤礦安全生產(chǎn)的瓦斯問題，采取鉆進密集的小直徑頂板穿層鉆孔結(jié)合掘進50m長的上斜巷道（高抽巷）抽放瓦斯，來解決上鄰層瓦斯問題。這種抽放方式不僅需要消耗大量的人力、物力，而且施工費時，生產(chǎn)成本高，在時間上往往與工作面銜接不上，影響生產(chǎn)進度。為此，陽泉礦務(wù)局提出了通過鉆進大直徑瓦斯抽放孔代替傾斜高抽巷，并減少小直徑瓦斯鉆孔密集度和數(shù)量的設(shè)想，此設(shè)想得到了原中國統(tǒng)配煤礦總公司安全局的大力支持，在此前提下西安分院與陽泉礦務(wù)局合作研制開發(fā)了MKD-5型鉆機。該鉆機為全液壓動力頭式鉆機，由主機、泵站、操縱臺三部分組成，解體性好，搬遷運輸方便，可根據(jù)鉆場情況靈活布置。為防止鉆進傾斜孔時跑鉆并減輕鉆工的勞動強度，該鉆機設(shè)計了夾轉(zhuǎn)聯(lián)動、自動擰卸鉆桿和液壓缸調(diào)整角度等功能。MKD-5型鉆機的技術(shù)參數(shù)如下：

鉆孔深度：100m

鉆桿直徑：73mm

開孔直徑：250mm

終孔直徑：200mm

鉆孔傾角：±90°

回轉(zhuǎn)速度：10～320r/min

最大扭矩：1850N·m

給進能力：105kN

起拔能力：73kN

給進行程：600mm

電機功率：30kW

該鉆機1992年在陽泉三礦進行了工業(yè)性度驗，配直徑215mm的牙輪鉆頭，一徑到底，施工40°仰角的鉆孔100m.陽泉礦務(wù)局同時進行了大直徑鉆孔、密集小直徑鉆孔和巖石走向巷道的瓦斯抽放對比試驗。抽放技術(shù)指標對比如表1所示。

表1 幾種抽放技術(shù)指標對比

抽放

方式

鉆孔或巷道間距/m

工作面瓦斯量/m³·min^-1

有效抽

放距離/m

鄰近層

抽放率/%

回風(fēng)

尾巷

抽放

小孔

10

3.14

20.67

10.06

7

32.73

小孔

7

4.18

9.51

14.52

7

60.42

巖巷

200

3.50

6.47

17.54

230

72.24

巖巷

200

2.91

8.62

27.73

205

76.28

大孔

140

6.26

11.16

28.29

128

71.71

大孔

70

3.65

4.78

11.98

210