原创《煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术浅述》
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低瓦斯矿井处于正常通风状态时,井下瓦斯浓度通常不会达到爆炸下限,但受多种因素影响,部分煤层瓦斯含量较低的矿井,仍然多次发生瓦斯超限,甚至发生瓦斯爆炸事故.因此,加强采钻孔施工技术是非常重要的.
一、基本地质条件
该煤矿地层由老到新依次为奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1S）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、第四系上更新统（Q2+3）.地层总厚度约为460m,煤系地层厚度约为170m.9 号煤层最小埋藏深度60m,最大埋藏深度255m；15 号煤层最小埋藏深度130m,最大埋藏深度327m.井田内9 号、15 号煤层是主采煤层.本井田总体为向斜构造,S1 向斜轴位于井田西部,走向近南北向,两翼倾角不大,倾角一般为5°～ 8°,在井田内延伸长度约600m.S2 向斜轴位于井田中部偏东,走向北东向,两翼倾角不大,倾角一般为5°～ 10°,在井田内延伸长度约1700m.另外,该矿井下巷道还发现3 条断层和4 个陷落柱.
二、回采工作面抽采钻孔设计
该矿9 号煤层瓦斯涌出量最高的采区（已经开采）回采工作面绝对瓦斯涌出量为13.7m3 ／ min,其中,工作面本煤层瓦斯5.77m3／ min；邻近层瓦斯7.93m3 ／ min. 结合全国高瓦斯矿井的抽采经验,设计本矿井在实施瓦斯抽采时应进行综合瓦斯抽采.
(一)回采工作面本煤层瓦斯抽采
根据预测,该矿开采9 号煤层时,回采工作面本煤层瓦斯涌出量较大,需要进行本煤层抽采.本煤层抽采分为开采层未卸压抽采和卸压抽采２种方法.设计对回采工作面本煤层采用未卸压抽采（预抽）方法.回采工作面布置顺层平行钻孔方式进行9 号煤层预抽采,孔间距3m.其主要优点为：可保证该煤层瓦斯预抽的均衡性,能实行边采边抽,提高9 号煤层瓦斯抽采率.其钻孔布置方式如下图1 所示：
2）钻孔角度：垂直于巷道中线,与工作面平行,水平角上仰约2°～ 3°（实际生产中需根据煤层赋存情况再作调整）；3）开孔直径：94mm；4）终孔直径：94mm；5）钻孔长度：105m（可根据实际情况调整）；6）钻孔间距：根据实际抽采经验及该矿实际情况,结合回采工作面采长、工作面走向长度、工作面产量、钻孔施工条件等因素综合考虑,确定该矿9 号煤回采工作面预抽钻孔间距为3m；7）封孔方式：聚氨酯封孔；8）封孔深度：不小于8m；9）封孔长度：不小于1m.
(二)回采工作面邻近层瓦斯抽采
9 号煤层的上邻近层瓦斯主要是1、2、3、4、5、8 号煤层,9 号煤层平均厚度大约为2.4m,按照6 倍～ 8 倍的采高计算,9 号煤裂隙带高度大约在14.4m 以上,根据9 号煤层上邻近煤层的层间距可知,除8 号煤层位于冒落带外,其余煤层均位于裂隙带中.9 号煤回采工作面,在工作面外侧尾巷向工作面一侧的上邻近煤层布置倾斜穿层钻孔,对上邻近煤层瓦斯卸压抽采.该倾斜穿层钻孔最后的终孔位置选择在３号煤层,并且需超出3 号煤层1m.主要参数：1）钻孔间距：9 号煤回采工作面从开切眼往外20m 的位置布置1 对钻孔（1 个高位钻孔、1 个低位钻孔）,从第１对钻孔往外每隔30m 布置１个高位钻孔；2）开孔直径：133mm,经193mm,一次扩孔；3）终孔直径：193mm；4）钻孔角度：上仰35°～ 50°（根据实际情况确定）；高位钻孔取40°、低位钻孔取30°；5）钻孔夹角：垂直二次复用的尾巷中线；6）钻孔位置：布置在工作面二次复用的尾巷中,钻孔打至３号煤后且超出３号煤不小于1m；7）钻孔长度：高位钻孔长度78m、低位钻孔长度70m 可根据实际情况调整）；8）封孔方式：聚氨酯封孔；9）封孔深度：不小于5m；10）封孔长度：不小于1m.
(三)抽采管路管理
随着工作面的推进,第一组钻孔将逐渐 进入卸压区,实现卸压瓦斯抽采.随着工作面继续推进,第一组抽采钻孔将逐步报废,需要将靠近切眼最里段管路逐段拆卸,将端头用法兰片密封.工作面开采推进过程中,需要至少提前拆除面前20m 内管路,给瓦斯管路管理和工作面生产造成一定影响.为最大程度降低上述工作对正常生产影响,距工作面切眼30m 以内钻孔用软胶管与抽采管末端相连,抽采管末端特制一段2~3m 长的短管,短管设置3 ～ 5个变径三通,与靠近工作面的钻孔用软管相连,钻孔报废后向前移动短管,保持短管始终在抽采管路的末端.
三、钻孔机具选择
(一)钻机
考虑到本矿井的煤、岩硬度以及钻孔长度、钻孔施工等,对本煤层和邻近层抽采钻机分别设置：1）邻近层钻孔施工钻机采用国产的ZDY6500LP 型大口径全液压钻机.该钻机扭矩大、多自由度调角机构可实现大角度施工,全液压传动能.2）本煤层钻孔施工钻机采用国产的ZDY4000L 型全液压钻机.
(二)钻杆
可采用φ73mm ／ 89mm 直径钻杆.钻杆是将钻机的动力传递给钻头,并且将钻井液引入到孔底,钻杆在钻孔中受到扭矩、压力等的综合作用,钻杆材料要求使用抗裂强度不小于55 ｋｇ／ｍｍ２～ 65 ｋｇ／ mm2,延展率大于12％的无缝钢管制成.
(三)钻头
按照煤岩层的性质和是否需要取芯的不同,选用不同的钻头.本煤层瓦斯抽采钻孔用φ94 三翼内凹PDC 钻头开孔,其孔形光滑、平整便于封孔.邻近层瓦斯抽采钻孔采用φ133mm 弧角钻头开孔钻至设计深度,后使用φ133/193mm 导向扩孔钻头扩孔至设计深度.
( 四) 泥浆泵
泥浆泵用于钻进时向钻孔内提供冲洗液,这里选用BW250 卧式三缸活塞往复式单作用泥浆泵,该泥浆泵排量可根据孔深需要调节四种挡速.
四、结论
根据本矿瓦斯涌出的特点,结合同类矿井的抽采经验,本矿应进行综合瓦斯抽采,对该矿的９号煤层回采工作面使用单侧顺层平行钻孔进行该煤层抽采,对邻近煤层采用倾斜穿层钻孔进行卸压抽采,施工后达到了预期的抽采效果.
瓦斯抽采论文参考资料：
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