VLD—1000型定向鉆機在金能煤業分公司的應用效果初探

強維河

摘 要：金能煤業分公司于2006年引進了澳大利亞VLD-1000型定向鉆機，在公司二區2457、3252、3262工作面進行了試應用，達到了良好的應用效果，在一定程度上緩解金能公司抽、掘、采接續緊張的現狀。

關鍵詞 定向 鉆機 應用

1 礦井概況

石嘴山金能煤業公司一區（原石嘴山一礦）、二區（原石嘴山二礦），均為有著近50年開采歷史的老礦井，一、二區井田屬同一煤田。礦井劃分為兩個層組開采，上組煤含煤3層，可采煤層2層，下組煤含煤6層，可采煤層4層。

2012年礦井瓦斯、二氧化碳涌出量測定結果為：絕對瓦斯涌出量為97.97m3/min，相對瓦斯涌出量為20.93m3/t；絕對二氧化碳涌出量為29.31m3/min，相對二氧化碳涌出量為6.26m3/t。現瓦斯地質儲量2621Mm3，瓦斯可采儲量1327Mm3。主要含瓦斯煤層為三層煤（平均厚7.2m）測得瓦斯壓力為4.2Mpa，五、六層煤測得瓦斯壓力為1.8Mpa，三層煤瓦斯含量為9.47～10.58 m3/t，具有煤與瓦斯突出危險，瓦斯問題已嚴重制約礦井的安全生產。

2 瓦斯抽放現狀

2.1 瓦斯抽放系統及抽放方式

公司現有固定抽放泵9臺，其中：2BEC-72型水環式真空泵3臺，額定抽采量為442 m3/min；2BEC-52型抽放泵3臺，額定抽采量為238 m3/min； 2BE3-400型水環式真空泵3臺，額定抽采量為85 m3/min；ZWY90/110—G型井下移動抽放泵2臺，額定抽采量為90 m3/min；ZWY110/160-G型井下移動抽放泵2臺，額定抽采量為110 m3/min；抽放主管Ф800mm480m，干管Ф550mm5060m，支管Ф450mm1350m，支管Ф325mm13730m，支管Ф219mm200m，管路總長20820m。瓦斯抽采泵24h正常、連續運轉。

礦井現有各種類型鉆機13臺，最大施工能力為150-600米，都均為普通型鉆機。金能公司多年來主要采用底板巷穿層鉆孔預抽，回采機巷、回風巷順層鉆孔邊采邊抽，回風巷施工高位鉆孔等工藝相結合的瓦斯抽采方式綜合治理礦井瓦斯，取得了一定效果。

2.2 影響瓦斯抽放效果的原因

（1）長期使用傳統的抽采方法和工藝，多年來都是在新采區開拓巷道形成后，才能進行瓦斯抽放鉆場施工。這樣就造成一個采區的采煤工作面和瓦斯抽放鉆場幾乎是在同時開始施工，往往造成采煤工作面已經開始回采，而該工作面的瓦斯抽放鉆場施工滯后現狀，形成了預抽期短。

（2）在采用穿層鉆孔施工時，由于鉆孔施工中煤孔只占30%、巖孔占70%，這樣就形成無效進尺多，施工速度慢。

（3）抽放瓦斯時由于煤孔有效進尺少從而造成抽放鉆孔利用率低、單孔抽放量小、抽放率低，并使抽放周期延長。

（4）鉆機性能低，不能施工傾角大的俯角孔，這樣就造成了工作面存在抽放盲區影響瓦斯抽放。

3 VLD-1000千米鉆機的應用

針對金能公司采、掘、抽關系嚴重失調，影響礦井正常生產接續的問題，2006年引進了一臺澳大利亞VLD-1000型定向鉆機，在金能公司二區2457、3252、3262工作面進行了試應用。

3.1 VLD-1000型定向鉆機的特點

（1）VLD-1000型鉆機具有定向鉆進功能，利用這個功能可以集中布置瓦斯抽放鉆孔。

（2）利用VLD定向鉆機的水平分支功能，可以在扇形鉆孔布置時，在鉆孔接近終端進行分支，保證煤層鉆孔在終端的間距基本相同。

（3）鉆孔在垂直方向進行的探頂與探底形成了垂直方向的多分支，充分提高了煤層的透氣性。

（4）VLD-1000型鉆機是井下定向鉆進設備，具有鉆進能力大的優點，可以鉆進1000m以上。

通過VLD-1000型鉆機最先進的技術隨鉆測量定向導向系統，模塊化電子信息傳遞連接鉆桿，可以根據瓦斯抽放設計要求，按照指定目標定向鉆進。實行鉆孔軌跡的實測和控制來進行鉆場施工。

3.2 鉆場的選定和鉆孔布置

在2457、3252、3262三個區段進行打鉆，2457（2458）工作面走向長度為1650 m，傾斜長度為130 m，煤層厚度2.2m 。3252工作面走向長度為1300m，傾斜長度為160 m，煤層厚度2.2m。3262工作面走向長度為1300m，傾斜長度為185m，煤層厚度11.59m。五、六層煤層間距平均1.4m。

鉆場分別選在+725水平2457工作面、+660水平31-32區集中運輸機石門內，根據測得抽放半徑為6-8m，在+725水平2457工作面南、北段各施工一個鉆場布置7個瓦斯抽放鉆孔，鉆孔間距平均為12m，每個鉆孔主孔沿煤層走向設計為550-600米。在3252、3262工作面南、北段各施工一個鉆場布置12個瓦斯抽放鉆孔，鉆孔間距平均為16 m，沿工作面傾斜方向平行布置，每個鉆孔鉆孔主孔沿煤層走向設計為696-790米，為了增加煤層透氣性和更好地控制定向軌跡，并分別在主孔內每格50米設計一個樹狀分支孔。設計圖如下

3.3 鉆機施工

從2006年11月6日，VLD一1000鉆機在+725水平2457工作面，開始施工第一個測試鉆機性能的瓦斯抽放鉆孔至2007年1月17日，由外方高級鉆工施工完第一個測試鉆機性能的鉆孔（主孔深519米），測得瓦斯濃度85%、流量0.9m3/min，單孔抽放量17.1萬m3。因生產接續需要2457工作面要進行回采安裝只施工了1851米。于2007年4月10日至2008年4月，VLD一1000鉆機搬至+660水平3252、3262工作面進行瓦斯抽放鉆孔施工了20148米。通過對3252、3262工作面的瓦斯抽放鉆孔的施工（主孔深619米），測得瓦斯濃度100%、流量.3.2m3/min、單孔抽放量50萬m3.使工作面的平均預抽期達到30個月以上。可以從根本上解決3252、3262工作面的瓦斯問題。

3.4 瓦斯抽放效果分析

（1）2457-2458工作面走向長1560米，已采完。根據2457工作面瓦斯抽放鉆孔完成時間和實測個各鉆孔的平均流量為0.9 m3/min和濃度為85%。按百米鉆孔衰減率公式和百米鉆孔任意時間內抽放總量為38.7萬m3。由于2457工作面沒有按設計完成鉆孔施工，故在此沒有對抽放率進行統計。

（2）3252、3262工作面走向長1300米，傾斜長度分別160 m、185 m，預計2010年開采。在31-32區+600m中央石門測得五層煤瓦斯壓力1.8MPa，計算得：五、六層煤的瓦斯含量為6m3/t，工作面瓦斯儲量為2725萬m3。根據實測已完成鉆孔的平均流量2.8m3/min和濃度為90%。按百米鉆孔衰減率公式和百米鉆孔任意時間內抽放總量計算公式計算截止到2010年抽放量可達1790萬m3

4 VLD-1000型鉆機的應用效果評價

長距離水平定向鉆孔瓦斯抽采技術在金能煤業公司的應用，成功解決了礦井瓦斯治理和生產接續的難題，為礦井安全生產奠定了基礎，也為礦井瓦斯治理積累了經驗。該技術與傳統的穿層瓦斯抽采技術相比，具有以下優點：

4.1 單孔成孔距離長，瓦斯抽采量大

長距離水平定向鉆孔能夠發揮鉆機的最大效能，成孔距離長，鉆孔瓦斯抽采量大，單孔百米瓦斯抽采量，平均0.34m3/min，傳統鉆孔百米瓦斯抽采量為0.04m3/min，長距離水平定向鉆孔百米瓦斯抽采量相當與傳統鉆孔的8倍。

4.2 提高瓦斯抽采效率，延長預抽期

瓦斯抽采效率高，單孔平均瓦斯流量達到0.9-3.2 m3/min，最高達到4m3/min，平均抽采濃度在75%以上。預抽期可比傳統抽采工藝延長3年以上。根據對3252、3262工作面現以完成的鉆孔進行觀測，初步預計3252、3262工作面的瓦斯抽放率可達到72%。對傳統工藝施工的3251和2458兩個工作面的瓦斯抽放量和風排瓦斯量進行統計，兩個工作面的瓦斯抽放率分別為32%和27%。

4.3 鉆孔利用率高

傳統的穿層抽放鉆孔煤孔段占30%，采用順層定向孔煤孔段占90%，減少了巖孔工程量，提高了鉆孔利用率。根據對神化寧煤金能公司3121和2332兩個工作面抽放鉆孔深度統計，每個鉆孔平均深63.8米，巖石51.2米，煤12.6米。共施工無效進尺8.2萬米，如按每班每人按5.5米計算，造成無效用工1.5萬個。VLD-1000型千米鉆機在3252、3262共施工了22000米，無效進尺只有1000米。

4.4 鉆孔覆蓋范圍大。消滅抽采盲區

傳統的穿層鉆孔受巖石集中巷布置和設備性能制約，在預抽區段之內形成40米的抽采盲區。長距離水平定向鉆孔不受施工環境影響，鉆孔可以按設計覆蓋整個區段，不存在抽采盲區。

4.5 鉆孔施工適應性強

以往的抽采工藝受時間、空間的制約比較大，必須形成一定的井巷工程后才能進行鉆孔施工，千米鉆機在施工順層定向鉆孔對施工環境適應性強，可以只一個鉆場就可進行定向鉆孔。

5 結論

VLD-1000型鉆機通過利用它精確的導向定位和可以鉆進1000m以上的功能，可以在礦井開拓巷道施工的同時，對高瓦斯煤層進行鉆孔施工，極大延長煤層鉆孔瓦斯預抽期.現在鉆機在金能公司3252、3262工作面施工瓦斯抽放鉆孔，將在一定程度上緩解金能公司抽、掘、采嚴重失調的現象。避免了象3251、2458兩個工作面開采時的被動局面.減少為風排瓦斯施工的巷道，緩解了采、掘接續緊張的現狀.節省了工作面開采時為解決瓦斯問題而投入的大量人力、物力、財力.節省了抽放鉆場施工、安裝、維護耗費的大量人力、物力、財力.采用長距離水平定向鉆孔瓦斯抽采技術，是真正落實“先抽后采”瓦斯治理理念的一種有效手段，這種技術較好的提高了瓦斯抽放率和抽采量。對我國高瓦斯、突出礦井的瓦斯治理具有推廣和借鑒意義。