煤矿井下钻机钻孔事故原因分析

钻机钻进是煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工的关键环节，其主要是利用三牙轮钻头进行冲击破煤（岩），并采用静压水或压气，将破碎的煤（岩）渣排出孔内，达到瓦斯抽采钻孔成型、清渣的效果。在实际工程施工中，多数钻孔施工未能充分考虑瓦斯地质、水文地质等相关资料，施工中易造成卡钻顶钻、钻杆扭断、偏斜、串孔、涌水和喷孔等事故，这些事故的产生往往与地质条件的复杂程度及操作人员的经验等各种因素相关联，同时事故也将造成钻机钻具的严重损坏，而且也对钻孔施工效率带来较大影响。（不知不行）

1、卡钻顶钻及钻杆扭断事故原因分析及对策
山西离柳焦煤集团有限公司朱家店煤矿首采４号煤层平均厚度为１.1m,最大煤的破坏类型为Ⅲ类，最小煤的坚固性系数f＝0.39，最大煤层瓦斯压力P＝0.62MPa。由于煤层较为松软、瓦斯压力较大，且采用静压水排渣工艺施工瓦斯抽采钻孔，卡钻顶钻是该矿井下钻孔施工过程中常见的钻孔事故，钻孔缩径、钻孔局部坍塌、孔内瓦斯异常是导致该矿卡钻顶钻事故的主要原因。由于操作人员操作不当，卡钻顶钻事故的发生往往导致钻杆扭断事故，因此，将卡钻顶钻事故与钻杆扭断事故归为一类进行原因分析及对策研究。
(1)钻孔缩径原因分析及对策
钻孔缩径是指抽采孔钻进过程中，钻头在煤（岩）中钻进形成的钻孔，随时间的变化，钻孔直径逐渐变小的现象。煤矿井下抽采钻孔钻进过程中，缩径卡钻顶钻事故由钻孔段可能遇到水敏性泥岩遇水膨胀、变形或者由于地应力及采动应力作用下对钻孔孔内挤压，导致钻孔直径变小或局部钻孔坍塌。发生卡钻钻孔缩径，轻则造成钻孔内岩粉增多、钻进效率变低、钻具磨损加快、钻具钻进起拔困难；重则造成埋钻、钻杆扭断事故，甚至报废钻孔。
若遇钻孔缩径事故发生，主要应对措施如下：在缩径事故发生之初，可以尝试通过强力回转将孔内钻具提出；如难以将钻具提出，则可采用静压水循环洗孔，吹排孔内煤（岩）渣，再通过强力回转将孔内钻具提出。出现难以钻进的卡钻事故时，需保持钻头在钻孔内持续的转动洗孔排渣，这将造成钻孔内高温，只能用静压水来降温。
(2)钻孔局部坍塌原因分析及对策
钻孔局部坍塌卡钻是由于钻孔环形孔帮不能自稳而造成的卡钻事故。钻孔局部坍塌卡钻发生的原因与钻孔缩径原因基本一致，钻孔穿过煤（岩）层，钻孔周围煤（岩）体的应力会重新分布，钻孔周围煤（岩）体受采动影响，主要分为两个阶段，即巷道一次采动影响及钻孔二次采动影响。在地应力、瓦斯压力、煤体力学性能和钻杆扰动力等四个因素共同作用下可能导致钻孔局部坍塌的形成。
主要应对措施如下：钻孔局部坍塌事故发生往往没有预兆，钻机给进压力突然增大，钻杆难以给进或者卡死，不返水、返风常常导致钻杆卡死或者扭断，在处理该类事故时，首先应考虑调低钻机卡盘转速，增大扭矩力，在强行回转钻具无效的情况下，用大一级的钻具前方接岩心管和取心钻头进行打捞。
(3)孔内瓦斯异常原因分析及对策
孔内瓦斯异常卡钻是由于钻孔内瓦斯压力大于钻杆内排渣用静压水压力，静压水无法形成钻孔内循环，孔内大量煤（岩）渣不能及时排出，同时，钻孔内瓦斯压力过大，可能导致孔壁煤（岩）体破坏，导致卡钻及埋钻事故的发生。
主要应对措施如下：在钻孔上方及下风侧悬挂便携式瓦检仪，发现瓦斯异常及时停止钻进，如遇卡钻事故，可停止钻进，等待钻孔自然排放瓦斯，或者通过卡钻钻孔旁边再施工一个泄压钻孔，释放煤层瓦斯压力后再起拔钻杆。

2、偏斜事故原因分析及对策
在瓦斯抽采钻孔施工过程中，钻杆与钻孔之间存在空隙，钻杆力矩的变化产生偏斜力，加之孔内煤层有软硬，钻杆本身存在一定的弹性，操作人员操作不当导致钻机定位存在误差的可能，从而导致钻孔偏斜率超过设计值或钻孔施工倾角偏离设计值，尤其在薄煤层钻孔施工过程中，钻孔偏斜导致本煤层预抽钻孔不能保证全煤，影响煤层瓦斯预抽效果。
主要应对措施如下：打好单体液压支柱，确保钻机平稳牢固，并严格按照设计的钻孔方位角、倾角施工。在施工过程中如遇孔内岩性变化，应减小给进压力，缓慢匀速给进，并加大水量或风量，确保孔内煤（岩）渣及时排出。

３、串孔事故
由于朱家店煤矿煤层较薄，单侧施工本煤层钻孔难以保证钻孔覆盖整个工作面，只能采取双侧施工。在钻孔施工过程中，相向施工可能导致钻孔打通对向钻孔，或者由于打通老空区，导致施工钻孔串孔。串孔钻孔不返水，无法继续施工，且抽放时钻孔内负压损失大，导致钻孔失效。
主要应对措施如下：准确测量钻孔开孔高度和方位，尽量避开对向钻孔、邻近钻孔和老空区，遇到钻孔不返水或不返风的情况，应及时停止钻进查明原因并退杆，对钻孔进行封堵。

４、涌水事故原因分析及对策
钻孔涌水是指在钻进过程中，某一含水层内承压水、裂隙水和采空区积水通过钻孔而排至巷道的现象。若钻孔在施工中出现涌水现象，不及时处理可能导致淹没掘进头或者工作面的事故。
主要应对措施如下：钻孔施工前应充分考虑承压水或裂隙水的位置，尽量避免在该区域进行作业，同时应准备聚氨酯、水泥、套管等应急处理物资。如遇钻孔涌水较大时，不要急于退出钻杆，观察水压大小，如果水压很大，钻杆在孔口位置断开，利用钻杆排水卸除钻孔内部分水压。准备直径小于钻孔直径40mm的8m长止水套管，将套管末端１ｍ缠绕上海带，缠绕后尽量使套管接近钻孔直径。套管外露孔口300mm，在套管与孔壁之间插入注浆管，并用聚氨酯在孔口做一个长度为500mm的堵头，带压注水泥浆，水泥浆内倒入适量的速凝剂，封堵套管与钻孔之间的空隙。待注浆水泥凝固后，在止水套管上安设阀门控制出水量。最后，以涌水钻孔为圆心，施工一定数量的小直径钻孔，带压注浆封孔，封堵涌水钻孔周围的裂隙。如果钻孔涌水量不大，可直接把钻杆退出，封孔方式同上。

5、喷孔事故原因分析及对策
钻孔喷孔主要发生在钻孔钻进作业过程中，由于钻孔钻进扰动引起煤（岩）体应力环境变化，而导致钻孔周围煤体的失稳，在较短的时间内连续不断地从钻孔中喷出大量的煤粉和瓦斯，喷出距离一般大于0.5m。
主要应对措施如下：在钻孔周围瓦斯浓度急剧升高、钻进压力增大的情况下，应减慢钻进速度，预防由钻进扰动产生钻孔孔壁裂隙发育而产生喷孔。钻孔喷孔发生时，喷出的瓦斯及煤粉直接进入钻场或者巷道，可能造成瓦斯事故并危及操作人员安全，在有喷孔危险的钻孔施工作业中，在钻孔正后方严禁人员操作，在发生喷孔现象后，应立刻停止钻进，及时检测钻孔周围及作业环境瓦斯浓度。在有可能发生喷孔的作业区域，在钻孔孔口安装防喷孔装置进行边钻进边抽采，以预防作业场所瓦斯超限及确保操作人员安全。防喷孔装置主要由扩孔套管、排渣装置、密封装置、抽采管路等组成，发生喷孔时产生的煤尘、煤渣和瓦斯依次通过扩孔套管、排渣装置、密封装置进行初步分离及沉淀，将钻孔内喷出的瓦斯通过排渣装置上方的预留抽采口，引入抽采管路进行有效控制，从而防止钻孔内喷出的煤与瓦斯涌入作业场所造成瓦斯事故和人员伤害。在不具备条件的矿井，也可以用孔口包裹固定带式输送机胶带的简易方法替代防喷孔装置，但其仅仅能解决瓦斯及煤渣直接喷射到作业人员身上可能造成的伤害，不能解决作业环境瓦斯超限的问题。