ZDY12000LD鉆機(jī)在岳城煤礦15號(hào)煤的應(yīng)用實(shí)踐

寇 龍

（山西晉能控股集團(tuán)有限公司，山西 晉城 048006）

岳城煤礦井田面積13.806 km2，可采煤層為3號(hào)、9號(hào)和15號(hào)煤層，現(xiàn)開(kāi)采3號(hào)煤層，15號(hào)煤層配采工程正在進(jìn)行延伸。3號(hào)煤利用定向鉆機(jī)實(shí)施區(qū)域模塊遞進(jìn)式鉆孔抽采，同時(shí)利用普通鉆機(jī)在掘進(jìn)巷道正前及順層施工密集鉆孔抽采，對(duì)采掘工作面區(qū)域?qū)嵤┤采w抽采。但在15號(hào)煤施工普鉆及定向鉆孔時(shí)遇到了塌孔、壓鉆、見(jiàn)矸等問(wèn)題，成孔困難，嚴(yán)重制約了岳城煤礦15號(hào)煤的瓦斯治理。

為了解決15號(hào)煤瓦斯治理難題[1-2]，岳城煤礦引進(jìn)了ZDY12000LD定向鉆機(jī)，經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化鉆孔設(shè)計(jì)、合理選擇鉆具、改進(jìn)施工工藝，目前ZDY12000LD鉆機(jī)在岳城煤礦取得了重大突破，平均單孔主孔深度達(dá)到了300 m以上，單孔日抽放量最高達(dá)到了1.2萬(wàn)m3。

1 15號(hào)煤基本情況

15號(hào)煤堅(jiān)固性系數(shù)1.03～1.18，瓦斯放散初速度為40.7，最大相對(duì)瓦斯壓力0.43 MPa，瓦斯含量11.39～15.36 m3/t，鉆孔瓦斯衰減系數(shù)為0.035 1 d-1，煤層透氣性系數(shù)為6.133 m2/MPa2·d，無(wú)煤塵爆炸性，自燃傾向性為Ⅱ類。2021年4月對(duì)15號(hào)煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性鑒定，鑒定結(jié)果為無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

2 改進(jìn)方案

2.1 鉆具選擇

岳城煤礦組織專業(yè)人員分別到胡底煤業(yè)、寺河礦、趙莊煤業(yè)、長(zhǎng)平公司重點(diǎn)針對(duì)定向鉆機(jī)在酥軟煤層中的先進(jìn)施工技術(shù)及工藝進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)合15號(hào)煤的特點(diǎn)隨后確定了ZDY12000LD型定向鉆機(jī)的鉆具選擇：Φ89 mm螺旋刻槽鉆桿；Φ120 mm鉆頭，Φ89 mm螺旋螺桿馬達(dá)；無(wú)線泥漿脈沖測(cè)量系統(tǒng)。

2.2 工藝改進(jìn)

（1）封孔工藝改進(jìn)

針對(duì)15號(hào)煤煤體破碎排渣不利這一現(xiàn)狀，將原有159 mm封孔管改為200 mm封孔管，封孔長(zhǎng)度10 m改為封孔15 m。千米鉆孔封孔示意圖如圖1。

圖1 千米鉆孔封孔示意圖（m）

（2）煤體注漿固化

由于現(xiàn)有巷道輪廓線外20 m范圍內(nèi)已抽采達(dá)標(biāo)，經(jīng)過(guò)抽放后該區(qū)域煤體酥碎，形成破碎帶，不利于定向鉆孔成孔。針對(duì)施工過(guò)程中孔口煤體破碎導(dǎo)致無(wú)法鉆進(jìn)這一現(xiàn)狀，該礦對(duì)鉆場(chǎng)周邊煤體進(jìn)行噴漿，噴漿厚度100 mm，隨后進(jìn)行煤層注漿加固，利用普通鉆機(jī)布置6個(gè)煤體注漿鉆孔，孔深40 m左右，漿液為水泥加速凝劑混合，凝固后再開(kāi)孔，有效防止煤壁裂隙漏水和負(fù)壓短路等問(wèn)題。注漿鉆孔平面布置如圖2。

圖2 巷道正前及鉆場(chǎng)北幫注漿孔平面布置示意圖（m）

（3）鉆場(chǎng)改進(jìn)

相比于原有鉆場(chǎng)巷道設(shè)計(jì)，此次施工提前將15號(hào)煤東軌道大巷八鉆場(chǎng)進(jìn)行起底1 m，并將底板使用水泥進(jìn)行固化，相比于下行鉆孔返渣不利，ZDY12000LD定向鉆機(jī)臥底更便于排水、排渣和施工。上行鉆孔施工剖面布置如圖3。

圖3 上行鉆孔施工剖面布置示意圖

（4）施工工藝改進(jìn)

大膽嘗試復(fù)合鉆進(jìn)工藝：遇塌孔、軟煤出煤量大、壓力異常等情況時(shí)，選擇“旋轉(zhuǎn)+拉拔式”洗孔排渣工藝，充分發(fā)揮刻槽鉆桿的優(yōu)越性，充分排渣，直至壓力正常后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

精確掌握鉆孔軌跡：每個(gè)定向鉆孔打印出設(shè)計(jì)全孔長(zhǎng)度的預(yù)定頂、底和方位軌跡（每個(gè)鉆孔一個(gè)設(shè)計(jì)圖本），每班鉆機(jī)司機(jī)在井下填繪，上井后在接班室根據(jù)實(shí)際軌跡填繪，若施工出現(xiàn)偏差由抽采隊(duì)技術(shù)人員重新調(diào)整施工角度，避免現(xiàn)場(chǎng)鉆孔與設(shè)計(jì)偏差過(guò)大。

3 鉆孔施工情況

15號(hào)煤東軌道大巷八鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)3個(gè)千米鉆孔，設(shè)計(jì)孔深均為320 m，孔間距1 m，開(kāi)孔高度1.8 m。

圖4 15號(hào)煤東軌大巷八鉆場(chǎng)千米鉆孔示意圖（m）

15號(hào)煤東軌道大巷八鉆場(chǎng)1號(hào)鉆孔于2021年9月10日開(kāi)始開(kāi)孔，9月22日施工完畢退鉆。1號(hào)孔開(kāi)孔高度1.9 m，距頂板1.5 m，開(kāi)孔方位角1.8°，開(kāi)孔傾角1.9°，主孔孔深324 m，單孔長(zhǎng)度創(chuàng)岳城煤礦15號(hào)煤定向長(zhǎng)鉆孔之最。同時(shí)，1號(hào)孔施工有4個(gè)探頂分支，鉆孔孔深累計(jì)779 m。1號(hào)孔施工成功后又利用同樣的工藝，先后施工了2、3、4號(hào)孔，主孔孔深均在300 m以上。

4 抽采效果分析

岳城煤礦已施工完成的5個(gè)千米鉆孔抽采純量高達(dá)10 m3/min，抽采濃度平均75%，地面泵站抽采濃度由原來(lái)的37.5%上升至39.5%左右，整體濃度提升2%。與普鉆施工相對(duì)比，在15號(hào)煤施工一個(gè)140 m的普鉆鉆孔從施工完成至抽采達(dá)標(biāo)平均抽采純量為0.25 m3/min，施工40個(gè)普通鉆孔抽采純量才能達(dá)到10 m3/min，需施工5600 m進(jìn)尺，但利用ZDY12000LD鉆機(jī)施工定向長(zhǎng)鉆孔可減少4296 m進(jìn)尺。岳城煤礦ZDY12000LD鉆機(jī)在減少抽采進(jìn)尺的前提下， 真正實(shí)現(xiàn)了抽采效果的提升。

5 結(jié)論及改進(jìn)

（1）鉆孔在施工初期探頂傾角太大而煤層走向較平緩，導(dǎo)致鉆孔進(jìn)入頂板后再進(jìn)入煤層困難，下探煤層時(shí)施工俯角大導(dǎo)致鉆孔上下落差較大，使鉆孔排渣阻力大以及后期抽采放水十分不利，從而影響抽采效果。

改進(jìn)措施：鉆機(jī)司機(jī)在調(diào)整孔底馬達(dá)工具面角度時(shí)必須精確，必須對(duì)孔底馬達(dá)施工傾角及方位角在煤層中變化角度預(yù)判到位，防止因角度變化太多導(dǎo)致鉆孔進(jìn)入到煤層底板或頂板距離太長(zhǎng)導(dǎo)致再次進(jìn)入煤層困難，造成巖孔段太多、煤孔段少，或者鉆孔施工上下落差大，成孔效果不理想。

（2）1號(hào)鉆孔在施工至225～234 m孔段處遇軟煤和破碎層，導(dǎo)致憋泵、無(wú)法送入水并且有壓鉆現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的旋轉(zhuǎn)拉拔沖孔以及退桿再送桿依然無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，然后退至預(yù)留分支點(diǎn)開(kāi)分支，再施工至225～234 m孔段處沿頂板與煤層交界處，比原上下位置高出1 m左右順利打過(guò)軟煤和破碎層。

改進(jìn)措施：施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行探頂，合理預(yù)留分支點(diǎn)，摸清楚煤層走向及軟、硬煤分布情況，并在鉆孔軌跡圖上標(biāo)出軟煤及破碎區(qū)，然后盡量沿頂板下方1 m范圍內(nèi)硬煤層施工，防止鉆孔再次進(jìn)入破碎軟煤區(qū)或夾矸層，導(dǎo)致憋泵無(wú)法鉆進(jìn)。

（3）鉆孔在施工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)返渣堵塞排渣管路與孔口五通的情況。

改進(jìn)措施：施工2號(hào)孔時(shí)將Φ159 mm封孔管更換為Φ200 mm封孔管，孔口五通下方Φ108 mm排渣口更換為Φ159 mm排渣口，將Φ108 mm排渣管更換為Φ159 mm排渣管，將排渣管路從孔口至抽氣罐的長(zhǎng)度縮短并吊掛平直，嚴(yán)禁出現(xiàn)拐急彎現(xiàn)象，從而擴(kuò)大鉆孔排渣通道，減少排渣阻力，避免因返出煤塊顆粒大堵塞排渣管路等異常情況發(fā)生。

6 推廣應(yīng)用

隨著岳城煤礦15號(hào)煤ZDY12000LD鉆機(jī)的成功運(yùn)用，15號(hào)煤區(qū)域防突措施改用定向鉆機(jī)施工長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯（如圖5）。

每輪掘進(jìn)將由原來(lái)的100 m延伸至300 m，可少施工2個(gè)聯(lián)絡(luò)橫川及4個(gè)鉆場(chǎng)，掘進(jìn)效率提升10%，人員工效減少投入192個(gè)工，起到了降本增效的目標(biāo)。