煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)

母培安

(四川省廣元市川煤集團(tuán)廣旺公司趙家壩煤礦,四川廣元 628206)

煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)

母培安

(四川省廣元市川煤集團(tuán)廣旺公司趙家壩煤礦,四川廣元 628206)

為了確保煤礦開采的安全性就需要在煤礦開采過程中對瓦斯進(jìn)行抽采,這樣就能夠在很大程度上降低礦井內(nèi)瓦斯的含量,在煤礦井下進(jìn)行瓦斯抽采的過程中通常使用的是鉆孔抽采,但是對于不同類型的鉆孔要使用不同型號的鉆孔施工技術(shù),只有這樣才能夠達(dá)到瓦斯抽采的效果,本文將詳述高位瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)、本煤層瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)、穿層瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)以及瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)的發(fā)展方向。

煤礦井 瓦斯抽采 鉆孔施工

我國煤礦中的瓦斯含量較多，這使得在煤礦開采的過程中遇到了較多的問題，而且不同的煤層地質(zhì)條件也有較大的區(qū)別，給煤礦開采帶來了較大的難度。由于瓦斯而導(dǎo)致的煤礦災(zāi)害占據(jù)總災(zāi)害數(shù)量的大部分，而且隨著今年來采煤深度的增加而使得原本瓦斯含量較低的礦井中的瓦斯含量增高了，這樣就更容易導(dǎo)致煤礦安全事故的發(fā)生。為了有效的避免由于瓦斯而導(dǎo)致煤礦災(zāi)害的發(fā)生就可以進(jìn)行瓦斯鉆孔抽采，將礦井中的瓦斯抽采到地面上，這樣就能夠在較大程度上減少煤礦災(zāi)害的發(fā)生速度。目前最常用的就是瓦斯鉆孔抽采技術(shù)，這樣技術(shù)能夠更加多的抽采礦井中的瓦斯，在進(jìn)行瓦斯抽采鉆孔施工中會考慮礦井的地質(zhì)條件、礦井中瓦斯的含量以及抽采設(shè)備的能力，這樣才能夠使得礦井瓦斯鉆孔抽采效果更佳。

為了確保煤礦安全，2006年6月，國務(wù)院5/采后必須堅(jiān)持的同時加快煤層氣(煤礦瓦斯)開采利用的數(shù)量6收集意見的原則抽水，處理和利用，再一次清楚地0。所謂第一次提取后，是利用預(yù)抽瓦斯鉆孔，降低煤層瓦斯含量，確保經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇是不溢出的氣體，以達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，除了在煤炭建設(shè)的幾個條件部分可以預(yù)先地排水垂直鉆井，鉆探瓦斯抽放一定要多多建設(shè)的煤礦。據(jù)估計(jì)，在煤炭開采業(yè)鉆探氣體控制的工作量每年有超過1億5000萬米。

在煤礦瓦斯抽放鉆孔的治理，根據(jù)鉆孔的安排，常用的方法有：采用鉆孔引流術(shù);縫(床上用品)鉆孔和鉆孔引流等。因此，我們可以將煤礦瓦斯抽放鉆孔鉆入屋頂高峰，鉆三類沿煤層(床上用品)鉆探及耐磨層。在實(shí)際施工過程中，我們應(yīng)該按照礦山地質(zhì)條件，瓦斯含量，排水方式，井下作業(yè)條件，設(shè)備容量等因素綜合考慮確定的瓦斯抽放鉆孔的合理形式。

1 高位瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)分析

所謂的高位瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)就是指的抽采上鄰近層或者由于開采而導(dǎo)致的瓦斯，其中包括采空區(qū)的瓦斯，這樣在抽采瓦斯的過程中將更加徹底，下面將詳述高位瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)。

1.1 鉆孔層位的選擇

高位瓦斯抽采鉆孔施工主要是在裂隙帶、采空區(qū)以及受開采影響較大的鄰近層，這樣將能夠更大限度的減少煤礦開采工作中瓦斯的含量，避免了煤礦事故的發(fā)生。裂隙帶中下部的裂隙發(fā)展的較為充分，是瓦斯的主要聚集區(qū)[1]，該地區(qū)的瓦斯含量較高，最有利于瓦斯的抽采。為了使得瓦斯抽采的效果更加顯著就需要在鉆孔的過程中選用穩(wěn)定的巖層，這樣就能夠使得瓦斯抽采的效果更加良好。另外，要保證鉆孔的抽放效果，首先應(yīng)保證成孔和后期鉆孔的完整性，鉆孔布置層位選擇時，通過對有效區(qū)域內(nèi)巖層性質(zhì)和成孔性的分析，盡量使鉆孔布置在相對穩(wěn)定的巖層中。

1.2 鉆孔參數(shù)的確定

在進(jìn)行瓦斯抽采的過程中為了達(dá)到較好的抽采效果并且縮短抽采時間的話最好是采用大直徑的長鉆孔，但是關(guān)于鉆孔深度以及直徑的選擇需要考慮到實(shí)際的地層條件以及相應(yīng)的抽放要求。地層條件是鉆孔參數(shù)確定的主要依據(jù)，因?yàn)橹挥芯邆淞己玫牡貙訔l件才能夠提高抽采要求并且改進(jìn)抽采方法，使得抽采的面積更大[2]。如果該煤礦的地層條件較為復(fù)雜，很難進(jìn)行鉆孔施工的話就要根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整鉆孔參數(shù)，通常情況下直徑越大抽采效果越好，但是在實(shí)際的抽放過程中還需要考慮到抽放周期以及施工成本的問題，那么就要在實(shí)際施工中因地制宜，選擇最具有經(jīng)濟(jì)效益的鉆孔直徑。

1.3 鉆孔的布置形式

鉆孔的參數(shù)確定之后就要在開采工作面上布置鉆孔，來使得瓦斯的抽放達(dá)到較好的效果。由于礦井通風(fēng)壓差的影響，靠近回風(fēng)側(cè)鉆孔的抽放效果高于進(jìn)風(fēng)側(cè)鉆孔，所以在布置鉆孔的過程中要將鉆孔盡量布置在回風(fēng)側(cè)，并且在回風(fēng)巷道中設(shè)置鉆窩，這樣就能夠保障瓦斯抽放的容量較大。另外在鉆孔的過程中還要盡量避免松軟泥巖層，這樣才能夠保證瓦斯抽采的穩(wěn)定性。目前國內(nèi)大多采用的是大直徑高位長鉆孔抽放瓦斯，并且取得了較好的效果。目前，全國有許多煤炭公司使用大口徑高瓦斯抽放長鉆孔，取得了很好的效果，如使用的陽泉煤業(yè)集團(tuán)最大孔的603大口徑高長鉆孔深度MK-6鉆機(jī)施工。5米，鐵法煤業(yè)集團(tuán)擁有超過400米;七臺河煤炭使用ZDY10000S鉆機(jī)施工大直徑高瓦斯抽放孔，685米最大孔深，陜西煤業(yè)首爾局有520余米。

2 本煤層瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)分析

在煤礦的開采中為了預(yù)防安全事故的發(fā)生就需要對瓦斯進(jìn)行抽采，那么就需要在煤層中進(jìn)行一系列的鉆孔。在開采煤層進(jìn)行的鉆孔可分為兩類，分別是巷道掘進(jìn)中釋放瓦斯的鉆孔，另一種是回采中的鉆孔。在巷道掘進(jìn)中的鉆孔間距應(yīng)該達(dá)到5米，而為了不偏離巷道的掘進(jìn)方向就要在鉆孔的過程中保證孔道的方向[3]。另外為了保證開采過程中的安全并防止瓦斯的危險(xiǎn)，就要進(jìn)行防突鉆孔，以此來降低瓦斯的壓力，確保施工的安全性。另外在煤礦的開采過程中還要根據(jù)瓦斯的含量來進(jìn)行預(yù)抽鉆孔，這種方式主要是為了預(yù)防瓦斯大量聚集而設(shè)置的，使得煤礦的開采更具安全性。

在煤層一些特別高的瓦斯含量，有時也在氣體排放上的孔的兩側(cè)煤巷，以保證正常的煤巷的施工。而且這種防突鉆機(jī)，只是由于施工設(shè)備，鉆探深度淺，我們不作為討論的重點(diǎn)。實(shí)踐證明，只要地面條件適宜，設(shè)備，方法得當(dāng)，類能起到很好的防突鉆孔防噴器的效果，有利于加快巷道掘進(jìn)速度。

在煤礦的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，一般各礦根據(jù)本礦區(qū)瓦斯賦存量和相對涌出量、回采工作面長度等決定本煤層預(yù)抽鉆孔的布置方式。目前所采用的鉆孔布置方式主要有兩種，一種是沿工作面走向布置走向長鉆孔，另一種是沿工作面傾向布置沿煤層鉆孔。沿工作面走向布置走向長鉆孔的鉆場一般設(shè)置在回采終止線或尾巷附近，鉆孔深度根據(jù)工作面長度和具體的施工條件而定。現(xiàn)有設(shè)備的能力已經(jīng)完成1000米鉆井施工的能力，它通常是1000米上面面前，如果煤成孔更好的條件，水平長鉆孔深度的設(shè)計(jì)可達(dá)到800～1000米，布置每個人臉4至5長鉆孔，覆蓋整個臉部進(jìn)行預(yù)抽瓦斯，如陳家山煤礦在銅川，陜西，超過1000米，沿煤層鉆孔深度800～1000米，鉆孔直徑設(shè)計(jì)工作面長度113毫米，使用ZDY10000S鉆機(jī)完成鉆探865米的深度。晉城煤業(yè)集團(tuán)，利用ZDY6000S，ZDY6000L鉆機(jī)，沿煤層鉆井施工導(dǎo)致500～600米好。由于形成的原因或設(shè)備容量的問題，深條件的結(jié)構(gòu)受到限制，考慮工作表面被劃分成幾個部分，然后沿面分割排列的金剛石場區(qū)間和設(shè)計(jì)長鉆孔，鉆深一般為300～500微米。[4]在這種情況下，你可以使用ZDY3200S，ZDY4000S，ZDY4000L像深孔鉆機(jī)，沿煤層瓦斯抽放鉆孔施工。面對傾向沿沿鉆孔的煤層，鉆孔的鉆孔對角排列在平行和交叉鉆孔鉆探的形式。鉆孔深度一般為80～150米，終孔直徑94～130毫米，鉆孔間距10～30微米。根據(jù)實(shí)際使用效果試驗(yàn)采場鉆孔鉆進(jìn)方向斜角布局提取(售)更好。陽泉煤業(yè)集團(tuán)利用ZDY1200L，ZDY4000L那種挖鉆機(jī)施工中，由于拆卸方便，并取得了良好的效果。

3 穿層瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)分析

穿層鉆孔施工技術(shù)是為了解決煤礦瓦斯的另一種途徑，穿層鉆孔可分為兩類，分別是施工上仰鉆孔和回風(fēng)巷道上仰鉆孔，通過穿層瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)將能夠顯著的降低煤層的壓力，使得松散的煤層不會出現(xiàn)塌落的情況。[5]另外在回風(fēng)巷道進(jìn)行上仰鉆孔將能夠使得抽采煤層鄰近層以及采空區(qū)的瓦斯，從此來降低了回采工作面上的瓦斯?jié)舛?。穿層瓦斯抽采鉆孔抽采施工主要是針對具有突出危險(xiǎn)的松軟煤層，這類煤層中的瓦斯含量較高，而且煤層松軟極難進(jìn)行鉆孔，這類鉆孔要能夠穿過煤層，直到進(jìn)入頂板。

在某些情況下，比如在斷裂帶和其他天然氣儲量豐富的地區(qū)遇到的將是一些較短的專用車道在煤層氣樓，幾十個甚至上百個不同的方向，鉆井不同角度的建設(shè)，施工覆蓋區(qū)域，其煤層瓦斯抽放。例如鉆孔，一般通過縫入屋頂最后一洞。[6]在每個鉆孔間距之間的煤炭分部這樣的鉆孔應(yīng)盡可能接近，以確保當(dāng)天然氣開采，希望整個天然氣開采區(qū)域可以有效地釋放，以確保安全煤層開采。由于小孔的深度這樣的情況下，由容量較小的平臺，希望良好的實(shí)際效果。

鉆孔煤層頂板施工耐磨層，通常在回風(fēng)順槽及私人道路(或注漿巷道雨水排放隧道)選定的瓦斯抽放方法進(jìn)行的，它適用于礦山煤層頂板巖性較好，相鄰層不予受理，但高瓦斯含量，壓力情況。在這種情況下，幾乎不可能層可以是一層的煤，它可以是多層，它們的共同特點(diǎn)是由于關(guān)閉從主煤層，采煤頂板斷裂帶是在范圍內(nèi)。在開采過程中，受礦山，煤炭幾乎不可能氣體沿?cái)嗔褞Ш兔奥鋷簩?，采掘工作面的涌入，瓦斯超限受礦山生產(chǎn)安全，甚至造成嚴(yán)重的瓦斯事故。如果楊鉆至接縫屋頂結(jié)構(gòu)，通過在相鄰的層，從而使鉆入屋頂裂隙帶并進(jìn)行負(fù)壓，由采礦的影響與在鉆孔的高濃度氣體的裂紋將被排出，使它不產(chǎn)生影響采煤工作面的涌入工作。[7]為了提高天然氣開采，高濃度的氣體，例如鉆井軌跡無法進(jìn)入冒落帶的提取效率，否則會導(dǎo)致較低的瓦斯抽放濃度，起不到應(yīng)有的效果。如果軌道鉆設(shè)計(jì)合理，采掘工作面過鉆孔位置，依靠鉆孔和接觸的斷裂帶，在一定時間內(nèi)仍然可以排出高濃度瓦斯裂縫帶，防止采空區(qū)，采場安全的涌入威脅，這個距離，一般50m左右。

建設(shè)時，在回風(fēng)槽或?qū)Ｓ孟锏烂扛?0～50米安排了專門的演練場，每個鉆場煽動呈放射狀排列5至10個孔。鉆孔深度一般為100米，最大鉆孔直徑到200mm，35B～45B之間鉆孔傾角。選擇軌跡的角度是必要的，以確保鉆孔不進(jìn)入冒落帶，也能保證有足夠長的斷裂帶。[8]在一些情況下，鉆孔進(jìn)入裂隙帶時，使用定向鉆井減少鉆孔方法傾角在斷裂帶延伸鉆孔的長度，從而提高排水效果。例如陽泉煤業(yè)集團(tuán)利用ZDY1900S，ZDY3200S鉆機(jī)，在相鄰層瓦斯抽采，取得了良好的排水效果。

4 未來的發(fā)展方向

在煤礦開采事故多發(fā)的現(xiàn)今社會，人們越來越重視瓦斯抽采的重要性，而且在瓦斯抽采方面取得了較大的進(jìn)步。但是我國的煤礦地質(zhì)條件較為復(fù)雜，所以在進(jìn)行定向瓦斯抽采鉆孔施工以及松軟煤層鉆孔施工方面需要進(jìn)行加強(qiáng)，只有這樣才能夠提高我國煤礦瓦斯抽采的鉆孔施工技術(shù)，使得煤礦開采的事故更大限度的減少。近20年來，中國不僅在煤礦瓦斯抽放方法，而且在瓦斯抽放鉆孔和建筑設(shè)備，采礦技術(shù)成孔，都取得了長足的進(jìn)步。專用瓦斯抽放鉆孔設(shè)備從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)鉆施工公里的能力。但是我們應(yīng)該看到，由于煤，在定向鉆井施工和軟煤層鉆孔區(qū)瓦斯抽放，并與礦山的實(shí)際需求，需要進(jìn)一步改進(jìn)復(fù)雜的地質(zhì)條件。術(shù)后2～3進(jìn)一步努力，在軟煤鉆，適用于軟煤螺旋鉆桿鉆井的中壓空氣鉆井和鉆井方面的條款預(yù)計(jì)將取得長足進(jìn)步。條件合適的情況下，無論是高或沿煤層瓦斯抽放鉆孔，最大深度將達(dá)到800～1000米以上，甚至大于1200M，并根據(jù)不同的需要，該系列的產(chǎn)品和方法能實(shí)現(xiàn)受控定向鉆探真正意義上的500μm以下，600～800微米形成。

煤礦瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的施工技術(shù)，所以在進(jìn)行瓦斯抽采的工作中要能夠針對實(shí)際情況合理的進(jìn)行施工。

[1]王二鵬.超長鉆孔瓦斯抽采工藝研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2010-12-01.

[2]劉志偉,何俊材,馮康武.瓦斯含量直接測定法在大方煤田的研究[J].中國煤炭,2011.

[3]郝富昌,劉明舉,孫麗娟.基于多物理場耦合的瓦斯抽放半徑確定方法[J].煤炭學(xué)報(bào),2013年.

[4]陳向軍,劉軍,王林.不同變質(zhì)程度煤的孔徑分布及其對吸附常數(shù)的影響[J].煤炭學(xué)報(bào),2013年.

[5]李琦,陳學(xué)習(xí),陳鵬.瓦斯抽采鉆孔主動承壓式密封技術(shù)及應(yīng)用[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2012年.

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[7]杜春志,王東武,邱文艷.煤層氣井多井壓裂效果的數(shù)值分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2012.

[8]王大慶,邢祥,徐學(xué)伏.聚氨酯注漿封孔技術(shù)在松軟煤層瓦斯抽放中的應(yīng)用[J].中國煤炭,2011年.