定向長鉆孔高效成孔技術(shù)在煤礦瓦斯抽采中的應(yīng)用

李磊

摘 要：文中深入分析了煤礦瓦斯抽采定向長鉆孔高效成孔工藝所具備的優(yōu)越性，并進(jìn)一步探討了煤礦瓦斯抽采定向長鉆孔高效成孔工藝所應(yīng)注意的事項，旨在通過本文的分析與研究，能夠為煤礦瓦斯抽采作業(yè)技術(shù)的愈加完善，做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：煤礦；瓦斯抽采；定向長鉆孔

在煤礦開采過程中，進(jìn)行煤礦井下瓦斯的治理，是確保煤礦開采安全的前提工作?，F(xiàn)階段，采用鉆孔技術(shù)，進(jìn)行煤礦井下瓦斯的抽采作業(yè)極為普遍，且依照成孔位置的差異，可將瓦斯抽采鉆孔劃分成本煤層鉆孔、高位鉆孔以及穿層鉆孔等方式。而由此衍生出的定向長鉆孔高效成孔工藝，更是促使瓦斯抽采作業(yè)更加的高效及完善，同時，由此也促使此種工藝技術(shù)在現(xiàn)階段的煤礦瓦斯抽采中得以普及。因而，對其進(jìn)行細(xì)致且深入的分析與探討，便具有極為重要的現(xiàn)實(shí)價值與意義。

1 煤礦瓦斯抽采定向長鉆孔工藝的優(yōu)勢分析

1.1 定向長鉆孔工藝的優(yōu)勢

首先，定向長鉆孔工藝具有極強(qiáng)的瓦斯抽采能力。根據(jù)現(xiàn)階段煤礦行業(yè)所進(jìn)行的煤礦瓦斯治理措施分析，應(yīng)用定向長鉆孔工藝后，其單孔平均流量較穿層鉆孔工藝提升近50倍，而百米鉆孔瓦斯平均流量也有近9倍的差距。并且，利用定向長鉆孔工藝進(jìn)行瓦斯抽采時，瓦斯抽采濃度可由原來的40%，提升至95%左右，并能夠持續(xù)保持濃度≥80%，穿層鉆孔的效率提升了兩倍。其次，利用定向長鉆孔工藝，還能夠?qū)γ旱V井下的地質(zhì)情況做出精確勘探，由此確定煤層頂、底板以及斷層等位置及具體情況，這對于煤礦井下作業(yè)環(huán)境的勘察與方案的制定極為重要。而且，與傳統(tǒng)的穿層鉆孔工藝相比定向長鉆孔工藝具有較高的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠有效避免空間及時間等因素的制約。再次，定向長鉆孔工藝技術(shù)的應(yīng)用，將有效避免因抽采區(qū)域及范圍的限定，而造成的盲區(qū)出現(xiàn)情況。通常情況下，定向長鉆孔工藝可進(jìn)行分支技術(shù)的拓展應(yīng)用，既能促使煤層的透氣效果顯著增強(qiáng)，又能有效提升瓦斯的抽采效果，進(jìn)而促進(jìn)煤礦井下作業(yè)效率的全面提升。同時，由于此種技術(shù)的應(yīng)用，也間接的降低了大直徑鉆孔對煤層穩(wěn)定性的破壞程度，這無疑是提升井下人員作業(yè)安全的有效措施。最后，通過定向長鉆孔工藝技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提升各類設(shè)備儀器等在井下作業(yè)的應(yīng)用程度，使受環(huán)境及溫濕度影響較大的儀器與設(shè)備等，能夠在煤礦井下作業(yè)中趨于安全及穩(wěn)定。

1.2 定向長鉆孔高效成孔工藝分析

首先，鉆孔的設(shè)置條件。作為煤礦井下瓦斯抽采的關(guān)鍵性技術(shù)工藝形式，定向長鉆孔技術(shù)對鉆孔的設(shè)置合理性要求較高。通常情況下，在實(shí)際施工作業(yè)過程中，對于鉆孔設(shè)置的要求因素可大致劃分成兩點(diǎn)：其一，在布孔層位設(shè)定時，盡可能選取地層裂縫位置及中硬巖層。其中，地層裂縫帶在選取時，應(yīng)盡量控制在中上部為宜，如此不僅能確保瓦斯抽采濃度及抽采量的提升，更能夠避免因巖層移動而中斷瓦斯抽采作業(yè)。其二，在布孔層位設(shè)定時，若鉆孔設(shè)定在煤層傾斜位置處，則操作人員應(yīng)著重分析開采位置的通風(fēng)效果及瓦斯的流動性，以便促進(jìn)瓦斯抽采效率的進(jìn)一步提升。

其次，鉆機(jī)設(shè)備的選取特點(diǎn)?，F(xiàn)階段，由西安煤科院所研制的型號為ZDY6000LD型鉆機(jī)，是煤礦井下瓦斯抽采工序中，應(yīng)用最為普遍的鉆機(jī)型號之一。其重量可達(dá)到10噸，最大鉆孔深度可達(dá)1km，鉆孔角度在-10°～20°范圍內(nèi)。同時，其電動機(jī)功率為90kw，為轉(zhuǎn)速偏低且扭矩較大的鉆機(jī)類型。而此方面特點(diǎn)，也促使其不僅能夠應(yīng)用孔口回轉(zhuǎn)方式，進(jìn)行較大直徑的長鉆孔作業(yè)，更能通過孔底動力隨鉆傾斜方式，來進(jìn)行煤層的定向長鉆孔施工作業(yè)。

2 定向長鉆孔高效成孔工藝操作要點(diǎn)

2.1 組合鉆具所具備的特性

作為水平長鉆孔作業(yè)過程中最常應(yīng)用到的工具，穩(wěn)定組合鉆具及螺桿馬達(dá)的搭配應(yīng)用，為定向鉆孔的成孔工藝帶來了極大的促進(jìn)與幫助。尤其是穩(wěn)定組合鉆具，不僅具有極為輕巧的結(jié)構(gòu)與極好的運(yùn)作性能，更在進(jìn)行介質(zhì)的沖洗環(huán)節(jié)中，能夠節(jié)省下較大的投入成本，這也使得穩(wěn)定組合鉆具在我國現(xiàn)階段的煤礦企業(yè)中被廣泛應(yīng)用。與此同時，孔底穩(wěn)定組合鉆具也是與其相對應(yīng)的高應(yīng)用率鉆具設(shè)備之一，其所具備的優(yōu)勢主要在于：對穩(wěn)定器及鉆桿匹配角度上的給進(jìn)力與離心力方面的操作。在對本煤層中厚煤層所進(jìn)行的瓦斯抽采及鉆孔作業(yè)時，既能夠促進(jìn)瓦斯抽采效率的提升，又能由此顯著的降低投入成本，進(jìn)而促使煤礦井下瓦斯抽采作業(yè)的功效顯著增強(qiáng)。

2.2 千米鉆機(jī)瓦斯抽采施工要點(diǎn)

首先，開孔作業(yè)要點(diǎn)。應(yīng)確保在煤礦鉆場內(nèi)及回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛?0.5%時，才能進(jìn)行開孔作業(yè)。并且，確保供水、供電環(huán)節(jié)不存在安全隱患，排水、排渣以及應(yīng)急避災(zāi)線路保持暢通。而在施工前期所進(jìn)行的應(yīng)急預(yù)案設(shè)定，以及安全隱患排除等工作，也需在此之前做好準(zhǔn)備工作。在開孔時，應(yīng)優(yōu)先應(yīng)用φ96mm的PDC鉆頭，采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式進(jìn)行作業(yè)，直至鉆進(jìn)長度達(dá)到12m后方可提鉆，并應(yīng)用φ153mm的復(fù)合片擴(kuò)孔鉆頭，進(jìn)行后續(xù)的擴(kuò)孔作業(yè)，并要確保在擴(kuò)孔達(dá)到一定距離后，對孔洞進(jìn)行清理作業(yè)，且在后期進(jìn)行排水與排渣管道嚴(yán)密性的檢查等工作。唯有如此，才能確保開孔作業(yè)的完善性與安全性標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成，也才能避免瓦斯抽采環(huán)節(jié)中瓦斯和水溢出現(xiàn)象的發(fā)生。

其次，鉆進(jìn)作業(yè)要點(diǎn)。在鉆進(jìn)作業(yè)前期，應(yīng)對相關(guān)設(shè)備、儀器以及工器具等進(jìn)行細(xì)致的檢查，以此確保鉆進(jìn)工序的連續(xù)性和安全性。開新孔前，應(yīng)確保在鉆具組合完畢后，且在下入馬達(dá)作業(yè)前，應(yīng)保持馬達(dá)頭部朝向正上方，如此便可防止鉆具出現(xiàn)回轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在鉆進(jìn)過程中，既要時刻確保鉆壓的穩(wěn)定性，又要對工作面進(jìn)行實(shí)時的修正與調(diào)整，對于加壓及減壓作業(yè)要做到連續(xù)，避免跳躍式加壓。此外，水壓的高低也是鉆進(jìn)打孔過程中所應(yīng)著重注意的部分，對此，應(yīng)在鉆進(jìn)環(huán)節(jié)中應(yīng)用氣水分離設(shè)備，在進(jìn)行抽采的同時，同步實(shí)施鉆進(jìn)作業(yè)，以此在確保施工連續(xù)作業(yè)的基礎(chǔ)上，保障瓦斯抽采作業(yè)的效率得以提升。

3 結(jié)語

綜上所述，在煤礦瓦斯抽采環(huán)節(jié)中，應(yīng)用定向長鉆孔高效成孔工藝，不僅能夠顯著提升瓦斯抽采的效率，更能有效的降低施工投入成本，進(jìn)而在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，為煤礦瓦斯抽采技術(shù)的完善，做出必要的促進(jìn)與推動。

參考文獻(xiàn)：

[1]程效明.定向長鉆孔預(yù)抽放技術(shù)研究[J].山東煤炭科技，2011，（1）：160，162.