長(zhǎng)距離大孔徑高位鉆孔在瓦斯抽采中的應(yīng)用

吳鑫 陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號(hào)煤礦

一、625工作面概況

根據(jù)《625綜采工作面回采地質(zhì)說(shuō)明書(shū)》、625綜采工作面煤層頂?shù)装寰C合柱狀圖及實(shí)際施工鉆孔情況，625綜采工作面所采煤層為2號(hào)煤層，屬于較穩(wěn)定煤層。煤層厚度2.1-2.6m，平均2.4m，開(kāi)采深度301-457m。煤層屬低中灰，中高揮發(fā)分、特低-低硫，中-高磷，特高-高發(fā)熱量的弱粘煤。煤系地層為中下侏羅紀(jì)延安組，煤層呈單一傾向，煤層傾角1-5°。根據(jù)巷道實(shí)際揭露情況及三維地震勘探成果，回采過(guò)程中，距停采線290～430m范圍為向斜軸部。625工作面上覆地表為低林山區(qū)，溝壑縱橫。回采后可能導(dǎo)致地表局部出現(xiàn)裂縫。

二、鉆機(jī)介紹及鉆進(jìn)原理

長(zhǎng)距離大孔徑高位裂隙鉆孔抽采瓦斯是瓦斯治理的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。但要想達(dá)到理想的瓦斯治理效果，須有一套合適的瓦斯抽采設(shè)備。

（一）鉆機(jī)具介紹

黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦所使用的鉆機(jī)為ZDY12000LD型履帶式液壓定向鉆機(jī)，該鉆機(jī)具有扭矩大、操作簡(jiǎn)單、性能先進(jìn)、搬移方便、安全等優(yōu)點(diǎn)，主要用于煤礦井下探查孔、區(qū)域預(yù)抽鉆孔、高位裂隙鉆孔、本煤層預(yù)抽鉆孔、煤層注水孔等。

（二）工作原理

ZDY12000LD型定向鉆機(jī)采用泥漿脈沖深孔測(cè)量定向鉆進(jìn)技術(shù)，已成為一項(xiàng)很成熟的鉆機(jī)技術(shù)，該鉆機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵部位在于螺桿馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)短接、測(cè)量短接和脈沖發(fā)生器裝置。

使用配套的泥漿泵（BLY390/12型）給鉆機(jī)供水壓力為4-8MPa，通過(guò)高韌性鉆桿送至螺桿馬達(dá)，螺桿馬達(dá)內(nèi)的轉(zhuǎn)子在水壓的輸送中進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，螺桿馬達(dá)的前端軸承帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，從而起到破煤、破巖的作用，在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆桿不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，只進(jìn)行輸送以及信號(hào)傳輸，從而有效的降低了鉆桿的負(fù)載和磨損，螺桿馬達(dá)的接頭處是一處特殊的部件，接頭帶有1.25°的角度，對(duì)鉆孔可以進(jìn)行造斜功能，鉆孔的軌跡不再是直線軌跡，而成為一條偏向螺桿馬達(dá)接頭的三維曲線。使用（1.25°，這個(gè)角度指的是鉆桿每鉆進(jìn)3m造斜的最小值）的彎頭可以改變鉆孔彎曲率半徑（改變?cè)煨钡目炻潭龋⑶以阢@孔軌跡的最低點(diǎn)或最高點(diǎn)還可以作為分支鉆孔開(kāi)孔的鉆進(jìn)。

ZDY12000LD型定向鉆機(jī)，扭矩大，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)寬，適合巖巷施工條件，使用Φ89mm高韌性鉆桿，以提高其承受更大扭矩的能力。鉆孔最大長(zhǎng)度約為450m。孔徑Φ120mm，擴(kuò)孔孔徑為Φ153mm。

三、長(zhǎng)距離大孔徑高位裂隙鉆孔的布置

（一）技術(shù)原理

高位鉆孔瓦斯抽放又稱(chēng)頂板高位裂隙抽放。回采工作面周?chē)膲毫Γ诖怪狈较蛏闲纬擅奥鋷Ш拖鲁翈В谒椒较蛏闲纬擅罕谥斡绊憛^(qū)及重新壓實(shí)區(qū)。根據(jù)采空區(qū)頂板巖層移動(dòng)“三帶”理論和采空區(qū)內(nèi)瓦斯運(yùn)移規(guī)律，在“O”形圈周邊是裂隙區(qū)域，該區(qū)域則是瓦斯抽采的通道。“O”形圈是采空區(qū)四周離層裂隙發(fā)育區(qū)域的形象描述。由于“O”形圈的存在，為采空區(qū)以及上覆巖層裂隙帶的瓦斯流動(dòng)和貯存提供了通道和空間，是采空區(qū)瓦斯聚集的地方。高位鉆孔的抽放負(fù)壓，加速了裂隙帶內(nèi)瓦斯的移動(dòng)，從而高位鉆孔能夠抽出裂隙內(nèi)高濃度瓦斯。

表1 北二東翼綜采工作面回采期間高位裂隙瓦斯抽采情況

（二）鉆孔設(shè)計(jì)

從表1中可以看出北二東翼綜采工作面回采時(shí)高位裂隙瓦斯抽采量為28.1m3/min左右，依此作為625綜采工作面高位裂隙應(yīng)抽瓦斯量，根據(jù)623綜采工作面高位裂隙抽采濃度平均為18%。按照下式可以計(jì)算出625綜采工作面高位裂隙抽采流量。根據(jù)一號(hào)煤礦北二盤(pán)區(qū)工作面高位鉆孔施工及瓦斯抽采經(jīng)驗(yàn)，可以推斷出裂隙層位在30m左右。

（三）鉆孔施工軌跡

結(jié)果表明，工作面回采期間，由于煤層厚度2.2m左右，通過(guò)大孔徑長(zhǎng)鉆孔抽采鉆孔的應(yīng)用，抽采效果比較明顯，單孔瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)88%，單孔瓦斯混合量在8.4 ～12.6m3/min之間，鉆場(chǎng)內(nèi)的8個(gè)鉆孔混合流量為120.5m3/min，平均瓦斯?jié)舛葹?8.5%，抽采瓦斯量為18.55m3/min.占工作面瓦斯絕對(duì)涌出量的46.24%。鉆場(chǎng)內(nèi)的2～7號(hào)鉆孔處于煤層頂板以上24m～36m，抽采濃度和流量效果較好，而1號(hào)鉆孔位置較高，雖然有高濃度，但高位裂隙發(fā)育不好，抽采流量不大，而8號(hào)鉆孔位置較低，瓦斯?jié)舛扔懈邼舛龋浅掷m(xù)抽采周期較短。為保證最佳抽采效果，鉆孔終孔點(diǎn)的范圍為距煤層頂面往上24m～36m 處。

四、結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)距離大孔徑高位裂隙鉆孔替代普通個(gè)哦為裂隙鉆孔時(shí)煤礦瓦斯治理的必然趨勢(shì)，通過(guò)8個(gè)鉆孔的施工可以替代普通高位10個(gè)鉆場(chǎng)，為今后上隅角瓦斯治理積累了大量經(jīng)驗(yàn)。后期須解決好地質(zhì)條件復(fù)雜的鉆孔施工軌跡，及掉鉆塌孔等現(xiàn)象，并減少隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的誤差。