2017-12-22 05:14:38
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煤礦井下鉆機鉆孔事故原因分析

煤礦井下鉆機鉆孔事故原因分析

鉆機鉆進是煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工的關鍵環節,其主要是利用三牙輪鉆頭進行沖擊破煤(巖),并采用靜壓水或壓氣,將破碎的煤(巖)渣排出孔內,達到瓦斯抽采鉆孔成型、清渣的效果。在實際工程施工中,多數鉆孔施工未能充分考慮瓦斯地質、水文地質等相關資料,施工中易造成卡鉆頂鉆、鉆桿扭斷、偏斜、串孔、涌水和噴孔等事故,這些事故的產生往往與地質條件的復雜程度及操作人員的經驗等各種因素相關聯,同時事故也將造成鉆機鉆具的嚴重損壞,而且也對鉆孔施工效率帶來較大影響。(不知不行

1、卡鉆頂鉆及鉆桿扭斷事故原因分析及對策
山西離柳焦煤集團有限公司朱家店煤礦首采4號煤層平均厚度為1.1m,最大煤的破壞類型為Ⅲ類,最小煤的堅固性系數f=0.39,最大煤層瓦斯壓力P=0.62MPa。由于煤層較為松軟、瓦斯壓力較大,且采用靜壓水排渣工藝施工瓦斯抽采鉆孔,卡鉆頂鉆是該礦井下鉆孔施工過程中常見的鉆孔事故,鉆孔縮徑、鉆孔局部坍塌、孔內瓦斯異常是導致該礦卡鉆頂鉆事故的主要原因。由于操作人員操作不當,卡鉆頂鉆事故的發生往往導致鉆桿扭斷事故,因此,將卡鉆頂鉆事故與鉆桿扭斷事故歸為一類進行原因分析及對策研究。
(1)鉆孔縮徑原因分析及對策
鉆孔縮徑是指抽采孔鉆進過程中,鉆頭在煤(巖)中鉆進形成的鉆孔,隨時間的變化,鉆孔直徑逐漸變小的現象。煤礦井下抽采鉆孔鉆進過程中,縮徑卡鉆頂鉆事故由鉆孔段可能遇到水敏性泥巖遇水膨脹、變形或者由于地應力及采動應力作用下對鉆孔孔內擠壓,導致鉆孔直徑變小或局部鉆孔坍塌。發生卡鉆鉆孔縮徑,輕則造成鉆孔內巖粉增多、鉆進效率變低、鉆具磨損加快、鉆具鉆進起拔困難;重則造成埋鉆、鉆桿扭斷事故,甚至報廢鉆孔。
若遇鉆孔縮徑事故發生,主要應對措施如下:在縮徑事故發生之初,可以嘗試通過強力回轉將孔內鉆具提出;如難以將鉆具提出,則可采用靜壓水循環洗孔,吹排孔內煤(巖)渣,再通過強力回轉將孔內鉆具提出。出現難以鉆進的卡鉆事故時,需保持鉆頭在鉆孔內持續的轉動洗孔排渣,這將造成鉆孔內高溫,只能用靜壓水來降溫。
(2)鉆孔局部坍塌原因分析及對策
鉆孔局部坍塌卡鉆是由于鉆孔環形孔幫不能自穩而造成的卡鉆事故。鉆孔局部坍塌卡鉆發生的原因與鉆孔縮徑原因基本一致,鉆孔穿過煤(巖)層,鉆孔周圍煤(巖)體的應力會重新分布,鉆孔周圍煤(巖)體受采動影響,主要分為兩個階段,即巷道一次采動影響及鉆孔二次采動影響。在地應力、瓦斯壓力、煤體力學性能和鉆桿擾動力等四個因素共同作用下可能導致鉆孔局部坍塌的形成。
主要應對措施如下:鉆孔局部坍塌事故發生往往沒有預兆,鉆機給進壓力突然增大,鉆桿難以給進或者卡死,不返水、返風常常導致鉆桿卡死或者扭斷,在處理該類事故時,首先應考慮調低鉆機卡盤轉速,增大扭矩力,在強行回轉鉆具無效的情況下,用大一級的鉆具前方接巖心管和取心鉆頭進行打撈。
(3)孔內瓦斯異常原因分析及對策
孔內瓦斯異常卡鉆是由于鉆孔內瓦斯壓力大于鉆桿內排渣用靜壓水壓力,靜壓水無法形成鉆孔內循環,孔內大量煤(巖)渣不能及時排出,同時,鉆孔內瓦斯壓力過大,可能導致孔壁煤(巖)體破壞,導致卡鉆及埋鉆事故的發生。
主要應對措施如下:在鉆孔上方及下風側懸掛便攜式瓦檢儀,發現瓦斯異常及時停止鉆進,如遇卡鉆事故,可停止鉆進,等待鉆孔自然排放瓦斯,或者通過卡鉆鉆孔旁邊再施工一個泄壓鉆孔,釋放煤層瓦斯壓力后再起拔鉆桿。

2、偏斜事故原因分析及對策
在瓦斯抽采鉆孔施工過程中,鉆桿與鉆孔之間存在空隙,鉆桿力矩的變化產生偏斜力,加之孔內煤層有軟硬,鉆桿本身存在一定的彈性,操作人員操作不當導致鉆機定位存在誤差的可能,從而導致鉆孔偏斜率超過設計值或鉆孔施工傾角偏離設計值,尤其在薄煤層鉆孔施工過程中,鉆孔偏斜導致本煤層預抽鉆孔不能保證全煤,影響煤層瓦斯預抽效果。
主要應對措施如下:打好單體液壓支柱,確保鉆機平穩牢固,并嚴格按照設計的鉆孔方位角、傾角施工。在施工過程中如遇孔內巖性變化,應減小給進壓力,緩慢勻速給進,并加大水量或風量,確保孔內煤(巖)渣及時排出。

3、串孔事故
由于朱家店煤礦煤層較薄,單側施工本煤層鉆孔難以保證鉆孔覆蓋整個工作面,只能采取雙側施工。在鉆孔施工過程中,相向施工可能導致鉆孔打通對向鉆孔,或者由于打通老空區,導致施工鉆孔串孔。串孔鉆孔不返水,無法繼續施工,且抽放時鉆孔內負壓損失大,導致鉆孔失效。
主要應對措施如下:準確測量鉆孔開孔高度和方位,盡量避開對向鉆孔、鄰近鉆孔和老空區,遇到鉆孔不返水或不返風的情況,應及時停止鉆進查明原因并退桿,對鉆孔進行封堵。

4、涌水事故原因分析及對策
鉆孔涌水是指在鉆進過程中,某一含水層內承壓水、裂隙水和采空區積水通過鉆孔而排至巷道的現象。若鉆孔在施工中出現涌水現象,不及時處理可能導致淹沒掘進頭或者工作面的事故。
主要應對措施如下:鉆孔施工前應充分考慮承壓水或裂隙水的位置,盡量避免在該區域進行作業,同時應準備聚氨酯、水泥、套管等應急處理物資。如遇鉆孔涌水較大時,不要急于退出鉆桿,觀察水壓大小,如果水壓很大,鉆桿在孔口位置斷開,利用鉆桿排水卸除鉆孔內部分水壓。準備直徑小于鉆孔直徑40mm的8m長止水套管,將套管末端1m纏繞上海帶,纏繞后盡量使套管接近鉆孔直徑。套管外露孔口300mm,在套管與孔壁之間插入注漿管,并用聚氨酯在孔口做一個長度為500mm的堵頭,帶壓注水泥漿,水泥漿內倒入適量的速凝劑,封堵套管與鉆孔之間的空隙。待注漿水泥凝固后,在止水套管上安設閥門控制出水量。最后,以涌水鉆孔為圓心,施工一定數量的小直徑鉆孔,帶壓注漿封孔,封堵涌水鉆孔周圍的裂隙。如果鉆孔涌水量不大,可直接把鉆桿退出,封孔方式同上。

5、噴孔事故原因分析及對策
鉆孔噴孔主要發生在鉆孔鉆進作業過程中,由于鉆孔鉆進擾動引起煤(巖)體應力環境變化,而導致鉆孔周圍煤體的失穩,在較短的時間內連續不斷地從鉆孔中噴出大量的煤粉和瓦斯,噴出距離一般大于0.5m。
主要應對措施如下:在鉆孔周圍瓦斯濃度急劇升高、鉆進壓力增大的情況下,應減慢鉆進速度,預防由鉆進擾動產生鉆孔孔壁裂隙發育而產生噴孔。鉆孔噴孔發生時,噴出的瓦斯及煤粉直接進入鉆場或者巷道,可能造成瓦斯事故并危及操作人員安全,在有噴孔危險的鉆孔施工作業中,在鉆孔正后方嚴禁人員操作,在發生噴孔現象后,應立刻停止鉆進,及時檢測鉆孔周圍及作業環境瓦斯濃度。在有可能發生噴孔的作業區域,在鉆孔孔口安裝防噴孔裝置進行邊鉆進邊抽采,以預防作業場所瓦斯超限及確保操作人員安全。防噴孔裝置主要由擴孔套管、排渣裝置、密封裝置、抽采管路等組成,發生噴孔時產生的煤塵、煤渣和瓦斯依次通過擴孔套管、排渣裝置、密封裝置進行初步分離及沉淀,將鉆孔內噴出的瓦斯通過排渣裝置上方的預留抽采口,引入抽采管路進行有效控制,從而防止鉆孔內噴出的煤與瓦斯涌入作業場所造成瓦斯事故和人員傷害。在不具備條件的礦井,也可以用孔口包裹固定帶式輸送機膠帶的簡易方法替代防噴孔裝置,但其僅僅能解決瓦斯及煤渣直接噴射到作業人員身上可能造成的傷害,不能解決作業環境瓦斯超限的問題。
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