定向长钻孔综合瓦斯抽采技术

摘要： 为解决天荣公司一矿工作面瓦斯突出问题，在1001工作面试验了定向钻孔和回转方式钻孔相结合的本煤层顺层钻孔的综合瓦斯抽采方法，实践证明，应用此技术可短期内将煤层瓦斯含量降到安全值，可有效治理矿井瓦斯灾害，对同类矿井具有借鉴与指导意义。

Abstract： To solve the gas problem of a coalface of Tian Rong Company， at 1001 working face， we test the coal bedding boring comprehensive gas extraction method combined directional boring with rotary boring. The result shows that the content of gas can be reduced to safe value by using the technology， and it can effectively control mine gas disasters， providing reference for similar mine.

关键词： 定向钻孔；顺层钻孔；瓦斯抽采

Key words： directional drilling；bedding boring；gas extraction

中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0044-02

0 引言

随着人们对矿井瓦斯认识的逐步提高，矿井瓦斯防治逐渐由传统单一的瓦斯抽放转变为综合瓦斯抽采。长定向钻孔综合瓦斯抽采技术是治理工作面瓦斯隐患的一项新的技术途径，如何设计钻孔的布置参数，达到最优瓦斯抽采效果是该技术的研究重点。为此，在天荣公司矿进行了实验研究。

1 矿井概况

天荣公司一矿井田面积约0.68km2，可采煤层有四层，分别为一煤、二1煤、二2煤和四煤，剩余总储量686.64万吨，设计可采储量330.21万吨。

首采为一煤1001工作面，1001工作面走向长度300m，倾向长度120m，倾角30°，根据天荣公司的检测，瓦斯含量达到15.969m3/t左右，瓦斯压力达到1.2MPa左右，而根据《防治煤与瓦斯突出规定》中第四十三条规定，必须将瓦斯含量抽放至8m3/t以下、瓦斯压力达到到0.74MPa以下方可进行采掘活动。因此，天荣公司一矿停止了井下掘进，专门进行瓦斯抽采工作。采用相邻煤层施工穿层层钻孔，截止至2009年11月，天荣公司1001工作面局部和区域的瓦斯钻孔都已全部施工完毕，但仍未达到瓦斯抽采标准。未解决这一问题，天荣公司决定在1001运输石门的1001钻场施工本煤层顺层钻孔的瓦斯抽采方法。

工作面施工钻机为西安ZDY6000LD型定向钻机与ZDY4000S回转型钻机，采用深孔顺层钻进技术，定向钻孔的轨迹将不再是传统钻机所形成的略带抛物的直线轨迹，而成为一条偏向弯接头方向的空间曲线。钻孔最大长度约800m，钻孔孔径为97mm；ZDY4000S型钻机，钻孔最大长度约350m，钻孔孔径约94mm。

2 顺层钻孔布置及参数

2.1 本层煤 ZDY6000LD定向钻机抽采钻孔布置及参数 目前，国内大部分矿井采用底板岩石巷道施工穿层钻孔抽放邻近层，并取得较好的抽放效果，但岩石巷道的掘进费用较大，如能采用顺层钻孔代替抽放巷道，抽放成本将大大降低，并且能提高瓦斯抽采浓度，减少工作面准备时间。为此，在天荣公司一矿1001工作面进行了定向长钻孔抽放本层瓦斯的试验。

合理的钻孔布置层位是长钻孔抽采瓦斯成败的关键。合理层位的确定主要考虑两个因素口：①钻孔必须布置在煤层，最佳位置为煤层中部。②布孔层位的煤层性质应尽量选择中硬煤层或夹矸层，避免钻孔布置在软煤层中，这样可减少因垮孔而导致的钻孔堵塞。合理的钻孔布置层位可以提高瓦斯抽采效果，延长钻孔抽采利用时间。

一煤层位于延安组第四段上部，在井田内为大部可采煤层。该煤层位于二1煤层之上，距二1煤层平均间距15.5m。煤层厚度0.00m～3.66m，平均厚度1.62m。为局部含1层夹矸的简单结构煤层。该煤层顶板为泥岩、粉砂岩，局部为砂岩；煤层底板为粉砂岩、泥岩，偶见炭质泥岩伪底。因此，本次试验把瓦斯抽放钻孔布置整个采面，钻孔设计长500m-600m，根据ZDY6000LD定向钻机的性能要求，最大孔深800m，设计7个主孔、6个分支，钻孔水平间距取15m，保证钻孔具有瓦斯抽放量大和抽放周期长的特点，具体布置如图1所示。

2.2 本煤层ZDY4000S钻机钻孔抽采钻孔布置及参数 天荣一矿1001工作面局部煤层较软、瓦斯瓦斯动力现象较严重，仅靠本煤层定向钻孔抽采煤层瓦斯无法达到安全标准，因此增加DDY4000S钻机施工钻孔抽采配合本定向长钻孔综合治理该工作面瓦斯。

利用ZDY4000S回转钻机采用扇形布置进行施工，1001采面布置20个孔，终孔间距为15米，采面共设计施工钻孔量为：4670.326m，其中最长钻孔为321米，最短孔为139米。钻场开孔较多，间距较小较密，具体布置如图2所示。

3 顺层钻孔瓦斯抽采效果及优势

3.1 顺层钻孔瓦斯抽采效果 1001工作面共计施工27个顺层钻孔，平均流量为7-10m3/min，负压为20-35Kpa，抽放浓度为30%-45%，单孔最高浓度为86%，最低为15%。经过6个月的瓦斯预抽后，抽放浓度为8%-12%，单孔最高浓度为14%，最低为2%，累计抽出瓦斯纯量为70万m3（标况下纯量），抽采效果显著。按此计算：该工作面瓦斯含量约为7.58m3/t左右，实测瓦斯压力为0.42MPa左右，满足《防治煤与瓦斯突出规定》中的规定。

3.2 顺层钻孔瓦斯抽采技术的优势 顺层钻孔瓦斯抽采技术在天荣公司的应用，成功解决了工作面瓦斯突出问题，为矿井安全生产奠定了基础，也为矿井瓦斯治理积累了经验。该技术与传统的穿层瓦斯抽采技术相比，具有以下优点：①单孔成孔距离长。穿层钻孔深度一般在30～80m，顺层钻孔深度在400m以上，最深达到725m，平均单孔孔深为穿层钻孔的10倍。②钻孔煤孔比例高。决定瓦斯抽采效果的关键因素是钻孔的煤孔深度。穿层钻孔煤孔所占比例平均为15％左右，定向钻孔煤孔比例可达75％，为穿层钻孔的5倍。③瓦斯抽采效率高。定向钻孔的单孔平均流量是同等地质条件下穿层钻孔的4-5倍；穿层钻孔的瓦斯抽采浓度平均在20％左右，定向钻孔抽采浓度平均40％，最高达到86％，为穿层钻孔的2倍。④补充精确的地质资料。定向钻进可以通过其分支技术，来探明煤层顶、底板及断层等地质情况，可为矿方补充精确的地质资料。⑤钻孔施工适应性强。穿层钻孔施工工艺受时间、空间的制约较大，必须在区段底板岩石集中巷形成后才能进行施工。定向钻进不受此限制，可以在现有的巷道内通过其钻机精确定向技术施工钻孔抽采目标区域瓦斯。⑥钻孔覆盖范围大。穿层钻孔施工时因受岩石集中巷及设备制约，在抽采区域范围内有50m的抽采盲区。定向钻孔可以利用其钻进分支技术，将钻孔覆盖整个区域，可消除抽采盲区，并且水平分支孔还可以提高煤层的透气性，提高抽采效果。

4 结语

采用长距离定向钻孔瓦斯抽采技术，有效地解决了天荣公司利用传统抽采工艺所不能解决的问题，在短期内达到了预期的抽采效果，保障了天荣一矿工作面瓦斯突出问题。是真正落实“先抽后采”瓦斯治理理念的一种有效手段，这种技术较好地提高了瓦斯抽出率和抽采量，能在短期内解决矿井“抽、掘、采”失调的矛盾，对我国类似高瓦斯矿井的瓦斯治理具有推广和借鉴意义。

参考文献：

[1]俞启香，王凯，杨胜强．中国采煤丁作而瓦斯涌出规律及其控制研究[J]．中国矿业大学学报，2000，（1）：9-14．

[2]俞启香．矿井瓦斯防治[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1992．

[3]赵旭生，孙东玲．定向长钻孔综合抽放瓦斯方法[J]．煤炭科学技术，2001，（3）：13-15．