张文武
淮河能源控股公司煤业公司勘探工程分公司，安徽淮南 232001
摘要：我国大多数矿井煤层透气性差，煤质松软，甚至有动力现象或突出危险性，属于松软煤层，这使本煤层预抽钻孔打钻难度极大，塌孔、卡钻严重，钻孔打不深，致使瓦斯抽放效果差，不能很好的满足生产和开发的要求，影响了煤矿生产的正常进行。所以解决松软本煤层钻进问题对于我国煤矿生产具有极其重要的意义。
关键词：松软煤层；钻孔；钻进；问题；措施
煤矿瓦斯治理和利用工作已经引起我国政府和煤矿企业的高度重视，国家在煤层气资源开发和利用方面作了大量的投入，很多煤矿企业也开始转变观念，变传统的安全性瓦斯抽放为利用性或生产性瓦斯抽放，将各种抽放技术结合起来，想方设法提高瓦斯抽放浓度和抽采率，既确保了生产安全，也有效利用了能源。
1 松软煤层顺层钻孔和穿层钻孔比较
对于特定的煤层，煤的坚固性系数、煤的瓦斯解吸性系数、煤层中软分层厚度三个参数相对来说是难以改变的。根据上述分析可以看出，为了减少和消除煤层突出危险性，主要是降低瓦斯压力，而钻孔预抽煤层瓦斯是降低瓦斯应力的有效方法。
目前钻孔预抽煤层瓦斯的方法主要有穿层钻孔预抽和顺层钻孔预抽两种方式。以往普遍采用以穿层钻孔为主的本煤层瓦斯抽采方法，即先在煤层底板岩石中施工出一条岩石巷，然后沿岩石巷施工上仰穿层孔作为瓦斯预抽放孔。这种瓦斯抽放方法有以下缺点：
底板专用瓦斯抽放道每区段有一条岩石巷道，因此掘进巷道工程量大。
钻孔的工程量大，钻孔的岩石长度占比例较大，钻孔利用率低，成本较高。
工作面准备时间长，先打底板道，再打钻孔预抽瓦斯，最后掘煤巷。
穿层钻孔浅，预抽瓦斯范围受到限制，只解决了巷道掘进带防突，回采工作面瓦斯涌出并未得到解决。
而采用顺煤层钻孔抽采瓦斯则具有成本低，钻孔利用率高等优点。因此在松软煤层瓦斯抽放多采用顺层孔瓦斯抽放。顺层钻孔抽采煤层瓦斯减弱直至消除煤层突出危险的实质在于：煤层抽采钻孔的施工，造成钻孔周围煤层的局部卸压；通过抽排煤层中的瓦斯，可以使具有突出危险的煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量大幅度降低，使煤体内的瓦斯潜能得到释放并降低；由于瓦斯的排放可以引起煤层的收缩变形，使煤层的地应力下降、透气性增大，煤体应力的下降也使煤层中的潜能得到释放。这些都在不同程度上降低了导致突出发生的主动力和能量。同时，煤体中的瓦斯释放以后，煤体的透气性增大，煤层应力减少，煤体强度增大，这 样就增强了煤体的机械强度和稳定性，使得发生煤与瓦斯突出的阻力增大。
2 松软煤层钻进遇到的问题及原因分析
在松软煤层中钻进过程中，常遇见 喷孔、塌孔、堵孔和卡钻事故问题，这些问题严重影响了钻进效率，甚至导致终孔。
2.1 喷孔往往伴随着垮孔、堵孔和卡钻的出现
钻孔喷孔应看作是钻孔中出现的动力现象，这种现象类似于煤与瓦斯突出，主要是高压瓦斯、应力集中和软煤存在三个因素综合作用的结果。当钻孔进入软煤分层时，钻头的切削回转对软煤产生一种冲击和破碎力，这种力使煤体破裂、粉碎。破裂和粉碎的煤体顿时产生瓦 斯迅速解吸。钻孔周边煤体快速的瓦斯解吸使流入钻孔中的瓦斯增加到正常瓦斯涌出的几十倍，此时钻孔前方与后方出现了较大的瓦斯梯度，因而出现了明显的瓦斯激流。承压的瓦斯激流对破坏的煤颗粒起着边运送边粉化的作用，同时还继续向钻孔周边扩大影响范围，由于钻孔孔径小或钻孔出现堵孔，瓦斯激流和粉化了的煤颗粒难以顺利的向孔外排出，进一步增加了钻孔内外的瓦斯梯度，致使这种瓦斯涌出变成了爆发性的孔内瓦斯向孔口外流，形成喷孔。
钻孔垮孔是钻孔壁发生垮塌的现象，形成垮孔的原因主要有三个方面：煤层松软，孔壁受振动后随钻进而崩塌；钻孔深度增加，钻头下扎，孔壁不直，发生弯曲、钻进时钻杆发生摆动，破坏孔壁；喷孔时瓦斯流对孔壁的破坏。
钻孔堵孔是钻进中钻孔被煤粉煤渣充实造成无法排渣的现象，形成堵孔的原因主要有：孔内排渣不尽，并不断积存，造成钻孔前方的煤渣、煤粉无法外排，形成堵孔；垮孔未能停止，边排边垮，造成无法正常清理孔内残渣；喷孔的结果。
2.2 顶钻和卡钻
顶钻是钻进时钻头打滑，无法前进的现象，往往是喷孔前的一种状态，瓦斯喷出的压力大，超过或接近给进压力，暂时出现钻头打滑。而卡钻是由于钻头既不能前进也不能后退的一种状况，它主要是由于喷孔时未能及时退出钻杆，破碎的煤体将钻杆和钻头箍紧、以及排渣不力、孔内积尘增多，此时仍然钻进，使堵孔、垮孔的范围不断扩大，从而造成卡钻，钻杆无法进退。
虽然喷孔、塌孔、堵孔和卡钻是不同现象，但它们又是相互联系的，其中卡钻是严重的打钻事故，往往可能出现扭断钻杆丢失钻头。影响钻进的正常进行，所以在钻进过程中要尽量避免这些现象的发生。
3 预防措施
松软煤层钻进过程中所遇到喷孔、塌孔、堵孔和卡钻事故问题，严重影响了钻孔的正常进行，为了减少这些现象的发生，在钻进过程中应做到以下几点：
3.1 稳固钻机
钻机底部有垫木垫在实底上，要用立柱控制钻机位置，防止钻机在钻进过程中震动，钻机震动将会造成钻杆在钻进过程中摆动或闪动，形成钻孔偏离中心，孔壁不平直，增加了钻进时的阻力，削弱了前进能力，孔壁受钻杆摆动影响而破坏，增加跨孔、堵孔的形成条件。如果是插接式接头会出现主动钻杆与钻杆插接接头对接困难，增加了辅助时间，影响钻进效率。所以稳固好钻机是钻进前重要环节。
3.2 掌握给进压力和钻进速度
钻机的给进压力的极限是固定的，不同层段要 掌握不同的给进压力，压力升高的原因是换层、孔内出现堵孔、 钻具损坏、断钻头钻杆也会致使压力突然变化。当给进压力突然升高时必须采取果断措施，停止钻进进行排渣或撤钻、退钻排屑或往返进退钻杆，待孔内动力现象平衡后再加尺进钻。
钻进速度必须保持适当，在松软煤层钻进过程中，主要是降低钻速。通过降低钻速充分排渣以减少沉渣，同时也起到降低给进压力的作用，所以松软煤层的钻进速度要比硬煤的钻进速度慢。钻进速度和给进压力的掌握，需要针对不同钻机、不同煤层特征和排渣条件进行测试和总结。
3.3 如果是用风排粉的方式钻进必须保证风压、风量
在钻进过程中，风量的大小直接关系到钻孔排渣的好坏：风量小，钻孔排渣不好，不仅造成堵孔卡钻，而且会摩擦生热产生高温，甚至会导致钻孔内起火，带来安全隐患。风量大，携带煤粉能力强，孔底干净，有利于钻进。但风量不能过大，风量过大会冲塌孔壁，成孔困难，不利于抽放瓦斯。由于有些矿井的压风系统风压小，不能满足钻孔排粉的需要。因此需要安设空压机和储能包以获得稳定的风压。
在钻进时，当发现孔口排渣受阻或风量减少，就要停止向前钻进，直到钻孔掏空后方可继续钻进。尤其是在过软分层时，由于应力和高压瓦斯的作用，会造成瓦斯喷孔、钻杆和钻头前方周围的煤体失去应力平衡，煤粒大量溃散，瓦斯喷孔时所带来的煤粉一时难以排出，从而积聚并堵塞钻孔，造成孔口气流不畅。这时钻杆必须后退，必要时应后退卸掉 1—2 根或更多的钻杆进行掏孔，只有在压风和排渣畅通时才能钻进。严禁强打、硬拔、蛮进。
当钻孔向煤体深部推进时，由于钻孔的排渣距离长，排渣阻力也相应增加，滞留在钻孔内的沉渣也就越多，孔内的空间也就越少。虽然这时孔内的风速增强，由于空间小，排渣也就少，因此只要发现孔内空间和孔口排渣量减少，必须停止前进，不能蛮进，此时钻杆退退进进、来回捣孔、反复掏空。
4 结束语
做为一名煤矿工程技术管理人员，必须重视松软煤层钻孔钻进的问题，并针对这些问题采取相应的措施，就一定能够确保安全钻孔。