煤礦瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)研究

董崇澤

(山西能源學院，山西 晉中 030600)

煤礦瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)研究

董崇澤

(山西能源學院，山西 晉中 030600)

瓦斯治理是煤礦安全高效開采的基礎(chǔ)。通過對山西北部某高瓦斯礦井地質(zhì)條件的研究，分析設(shè)計了9號煤層瓦斯抽采鉆孔的鉆孔角度、鉆孔長度、開終孔直徑等抽采鉆孔基本參數(shù)，施工后達到了預期的抽采效果。

鉆孔設(shè)計;瓦斯抽采;回采工作面;本煤層;鄰近層

引言

瓦斯煤塵爆炸是我國煤礦的主要災害之一，嚴重威脅并制約著煤礦的生產(chǎn)，因此，瓦斯治理對于煤礦安全生產(chǎn)顯得尤為重要。山西北部某煤礦屬高瓦斯礦井，煤層透氣性較差，常規(guī)的瓦斯治理措施已經(jīng)不能滿足該煤礦安全生產(chǎn)的需要，因此，需要采取不同的抽采鉆孔布置措施進行瓦斯治理，以提高其瓦斯抽采率，實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)［1－2］。

1 基本地質(zhì)條件

該煤礦地層由老到新依次為奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)、石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)、二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)、二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)、第四系上更新統(tǒng)(Q2+3)。地層總厚度約為460 m，煤系地層厚度約為170 m。9號煤層最小埋藏深度60 m，最大埋藏深度255 m;15號煤層最小埋藏深度130 m，最大埋藏深度327 m。井田內(nèi)9號、15號煤層是主采煤層。

本井田總體為向斜構(gòu)造，S1向斜軸位于井田西部，走向近南北向，兩翼傾角不大，傾角一般為5°～8°，在井田內(nèi)延伸長度約600 m。S2向斜軸位于井田中部偏東，走向北東向，兩翼傾角不大，傾角一般為5°～10°，在井田內(nèi)延伸長度約1 700 m。另外，該礦井下巷道還發(fā)現(xiàn)3條斷層和4個陷落柱。

2 回采工作面抽采鉆孔設(shè)計

該礦9號煤層瓦斯涌出量最高的采區(qū)(已經(jīng)開采)回采工作面絕對瓦斯涌出量為13.7 m3/min，其中，工作面本煤層瓦斯5.77 m3/min;鄰近層瓦斯7.93 m3/min。結(jié)合全國高瓦斯礦井的抽采經(jīng)驗，設(shè)計本礦井在實施瓦斯抽采時應進行綜合瓦斯抽采。

2.1 回采工作面本煤層瓦斯抽采

根據(jù)預測，該礦開采9號煤層時回采工作面本煤層瓦斯涌出量較大，需要進行本煤層抽采。本煤層抽采分為開采層未卸壓抽采和卸壓抽采2種方法。設(shè)計對回采工作面本煤層采用未卸壓抽采(預抽)方法。回采工作面布置順層平行鉆孔方式進行9號煤層預抽采，孔間距3 m。其主要優(yōu)點為:可保證該煤層瓦斯預抽的均衡性，能實行邊采邊抽，提高9號煤層瓦斯抽采率。其鉆孔布置方式見第98頁圖1。

主要參數(shù):

1)鉆孔位置:回風順槽內(nèi)，距離巷道底板1.2 m;

2)鉆孔角度:垂直于巷道中線，與工作面平行，水平角上仰約2°～3°(實際生產(chǎn)中需根據(jù)煤層賦存情況再作調(diào)整);

圖1 回采工作面本煤層抽采布置圖

3)開孔直徑:94 mm;

4)終孔直徑:75 mm;

5)鉆孔長度:105 m(可根據(jù)實際情況調(diào)整);

6)鉆孔間距:根據(jù)實際抽采經(jīng)驗及該礦實際情況，結(jié)合回采工作面采長、工作面走向長度、工作面產(chǎn)量、鉆孔施工條件等因素綜合考慮［3－4］，確定該礦9號煤回采工作面預抽鉆孔間距為3 m;

7)封孔方式:聚氨酯封孔;

8)封孔深度:不小于8 m;

9)封孔長度:不小于1 m。

2.2 回采工作面鄰近層瓦斯抽采

9號煤層的上鄰近層瓦斯主要是1、2、3、4、5、8號煤層，9號煤層平均厚度大約為2.4 m，按照6倍～8倍的采高計算，9號煤裂隙帶高度大約在14.4 m以上，根據(jù)9號煤層上鄰近煤層的層間距可知，除8號煤層位于冒落帶外，其余煤層均位于裂隙帶中。9號煤回采工作面，在工作面外側(cè)尾巷向工作面一側(cè)的上鄰近煤層布置傾斜穿層鉆孔，對上鄰近煤層瓦斯卸壓抽采。該傾斜穿層鉆孔最后的終孔位置選擇在3號煤層，并且需超出3號煤層1 m。其布置方式見圖2。

圖2 9號煤回采工作面傾斜穿層鉆孔抽采鄰近層瓦斯布置圖

主要參數(shù):

1)鉆孔間距:9號煤回采工作面從開切眼往外20 m的位置布置1對鉆孔(1個高位鉆孔、1個低位鉆孔)，從第1對鉆孔往外每隔30 m布置1個高位鉆孔;

2)開孔直徑:250 mm;

3)終孔直徑:200 mm;

4)鉆孔角度:上仰35°～50°(根據(jù)實際情況確定);高位鉆孔取40°、低位鉆孔取30°;

5)鉆孔夾角:垂直二次復用的尾巷中線;

6)鉆孔位置:布置在工作面二次復用的尾巷中，鉆孔打至3號煤后且超出3號煤不小于1 m;

7)鉆孔長度:高位鉆孔長度78 m、低位鉆孔長度70 m(可根據(jù)實際情況調(diào)整);

8)封孔方式:聚氨酯封孔;

9)封孔深度:不小于5 m;

10)封孔長度:不小于1 m。

3 鉆孔機具選擇

3.1 鉆機

考慮到本礦井的煤、巖硬度以及鉆孔長度、鉆孔施工等，對本煤層和鄰近層抽采鉆機分別設(shè)置:

1)鄰近層鉆孔施工鉆機

采用國產(chǎn)的ZDY－4000S型大口徑全液壓鉆機。該鉆機體積小、輕便，便于拆卸及搬遷，給進方式為液壓傳動。

2)本煤層鉆孔施工鉆機

采用國產(chǎn)的ZDY－1200S型全液壓鉆機。

3.2 鉆桿

可采用φ42 mm/50 mm/73 mm直徑鉆桿。鉆桿是將鉆機的動力傳遞給鉆頭，并且將鉆井液引入到孔底，鉆桿在鉆孔中受到扭矩、壓力等的綜合作用，鉆桿材料要求使用抗裂強度不小于55 kg/mm2～65 kg/mm2，延展率大于12%的無縫鋼管制成。

3.3 鉆頭

按照煤巖層的性質(zhì)和是否需要取芯的不同，選用不同的鉆頭［5］。開孔用筒狀鉆頭，其孔形光滑、平整便于封孔。開孔后使用三翼刮刀鉆頭或其他鉆頭。

3.4 巖芯管

巖芯管用于取巖芯和起導向作用等，宜用無縫鋼管制成。巖芯管的長度為1.5 m～2.0 m。為了防止鉆孔歪斜，可用長度2 m以上的巖芯管。巖芯管一端用正旋螺紋與其下的鉆頭連接，另一端用異徑接頭(俗稱大腦袋)與其上的鉆桿連接。巖芯管螺紋連接處很容易磨損，所以異徑接頭外圓直徑及鉆頭直徑應比巖芯管大1 mm～2 mm，并且施工中隨時觀察，如果發(fā)現(xiàn)磨損較嚴重應當及時更換。

4 結(jié)論

根據(jù)本礦瓦斯涌出的特點，結(jié)合同類礦井的抽采經(jīng)驗，本礦應進行綜合瓦斯抽采，對該礦的9號煤層回采工作面使用單側(cè)順層平行鉆孔進行該煤層抽采，對鄰近煤層采用傾斜穿層鉆孔進行卸壓抽采，施工后達到了預期的抽采效果。

［1］ 李學來，劉見中.瓦斯災害治理新技術(shù)［J］.中國安全科學學報，2014，14(7):101－104.

［2］袁亮.瓦斯治理理念和煤與瓦斯共采技術(shù)［J］.中國煤炭，2010，36(6):5－12.

［3］王兆豐，武煒.煤礦瓦斯抽采鉆孔主要封孔方式剖析［J］.煤炭科學技術(shù)，2014，42(6):31－34，103.

［4］石智軍，姚寧平，葉根飛.煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)與裝備［J］.煤炭科學技術(shù)，2009，37(7):1－4.

［5］荊鴻飛.西山煤田區(qū)域瓦斯抽采深孔定向鉆進技術(shù)［J］.煤炭科學技術(shù)，2013，41(11):90－94.

Study on construction technology of gas drainage borehole drilling in coal mine

DONG Chongze

(Shanxi Institute of Energy，Jinzhong Shanxi 030600，China)

Gas control is the basis of safe and efficient exploitation of coal mine.Through the geological conditions study of a gas mine in north of Shanx，this paper analyzes and designs the basic parameters of drainage borehole drilling，including drilling angle，drilling length，and borehole diameter of the No.9 gas drainage borehole drilling in coal seam.After construction，the expected pumping effect is achieved.

drilling design;gas drainage;mining face;coal seam;adjacent coal seam

TE22

A

1004－7050(2016)06－0097－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.31

2016－08－28

董崇澤，男，1968年出生，1989年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(北京)，工學學士，高級工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)工程教學、研究等工作。