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1302022年第8期
兴峪煤矿高位定向长钻孔***抽采技术研究
刘成军
(晋能控股煤业集团阳泉煤炭事业部,山西阳泉045000)
摘要为有效解决兴峪煤矿工作面开采时***含量高的问题,基于15508工作面的实际地层条件,通过理
论分析及工程类比的方法,采用高位定向长钻孔对***进行抽采治理,对高位定向钻孔的施工层位、钻孔深度、
钻孔间距等参数进行了设计,对定向钻进装备进行了合理选型。结果表明,³/m,
回风巷钻场覆盖范围内的***,***治理效果良好,保障了工作面的生产安全。
关键词采煤工作面;定向钻孔;***抽采;卸压增透
中图分类号TD712+.6文献标识码 Bdoi:.1005-
StudyonGasDrainageTechnologyofHighDirectionalLongBoreholeinXingyuCoalMine
LiuChengjun
(YangquanCoalBusinessDepartmentofJinnengHoldingCoalIndustryGroup.,ShanxiYangquan045000)
Abstract:InordertoeffectivelysolvetheproblemofhighgascontentinXingyuCoalMineworkingface,basedonthe
actualstratumconditionsof15508workingface,ahighdirectionalandlongdrillingholewasusedtocontrolthegas.
Bymeansoftheoreticalanalysisandengineeringanalogy,theparameterssuchasconstructionhorizon,drillingdepth
,
combinedwithtunnelconditionsandstratumconditions,
,andthegascontent
,andthe
productionsafetyofworkingfaceisguaranteed.
Keywords:coalface;directionaldrilling;gasdrainage;pressurereliefandanti-reflection
目前矿井采取顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦
1工程概况
斯,由于钻进装备不具备定向功能,不能控制钻孔
兴峪煤矿位于阳泉市盂县,现采煤层为沁水轨迹,钻孔施工过程中受地层条件、地质构造等因
煤田15号煤,~,,素影响,钻孔轨迹未按照设计成孔,导致工作面形
设计生产能力90万t/a。根据综合测试鉴定,15#成抽采空白带。且不能确定抽采空白带区域、规模,
煤层自燃倾向性等级为Ⅲ级,属不易自燃煤层,对矿井***治理造成难题。因此,开展15#煤层定
煤尘有爆炸危险性。~,向长钻孔***治理技术研究[1-5],对保障煤层***治
~·d,透气性较差。理水平和开采的安全性具有重要意义。
15#煤层***~³/t,***压力为
2高位定向钻孔参数设计
~。
煤层回采工作面***涌出都以邻近层为主、
采层为辅,其中,邻近层***%,开采***高位钻孔一般施工在裂隙带内的稳定岩层
层***%,属于高***矿井。内。裂隙带的高度按煤层高度的5倍计算,15#煤
,。在
高度范围内根据煤层上方岩层情况,选择普氏系数
收稿日期2022-02-08#
作者简介刘成军(1988—),男,山西阳泉人,2011年毕业于小于8的稳定岩层作为钻孔施工层位。距15煤层
阳泉职业技术学院矿井通风与安全专业,大专,助理工程师,现33~39m范围内的粉砂岩层抗压强度大于40MPa,
从事通风管理技术工作,研究方向:***抽采治理。
2022年第8期刘成军:兴峪煤矿高位定向长钻孔***抽采技术研究131
,可作为本次定向钻孔的施工层位。走向不明,则其钻孔布置形式采用上下分层布置,
。
(1)钻孔深度及孔径
钻孔的孔深主要与岩层情况、钻机能力、***
含量等因素有关。另外,钻孔深度增大后,其钻
进效率及***抽采效率都会随之降低。兴峪煤矿
15508工作面倾向长度为180m,走向长度为1500m,
钻孔可按500m为间距,分为三段布置。为保证瓦
斯抽放效果,综合考虑各影响因素,确定钻孔深度
为500~700m。15508工作面布置方式如图1。
图3高位定向长钻孔在剖面分布
在15508回风巷布置3#钻场,该钻场共布设3
个高位定向长钻孔,1#、2#、3#钻孔的终孔位置与
15#、、,
图115508工作面布置图
具体钻孔参数如下(轨迹图如图4所示)。
(2)钻孔数量及间距
根据以往采空区***治理经验,高位定向钻孔
一般与巷道平行布置。考虑到钻孔施工时相邻钻孔
间会相互影响,为了保证施工进度及钻孔轨迹精度,
高位钻孔的间距需控制在5~10m之间,因此各钻
场的高位孔数量应小于10个。考虑现场实际条件,
图高位定向长钻孔轨迹示意图()
确定每个钻场施工3个钻孔。4m
(1)1#钻孔
根据通风实测数据推测,兴峪煤矿15508工作
3钻孔深度为510m,钻孔仰角为11°,开孔磁
面在回采期间,其***最大涌出量为9m/min,其
方位角为247°。设计钻孔钻进100m后进入15#
中60%为采空区内的***。为提高抽放效果,设计
,继续钻进至510m深度
布置3个直径为153mm的钻孔,钻孔间距为10m,
期间,钻孔均保持在该高度内。由于1#钻孔终孔层
各钻孔与回风巷分别相距15m、25m及35m。其
位的岩性为泥岩,钻进时可能出现钻孔断面缩小或
平面布置示意图如图2。
塌孔现象,施工时需注意,并及时清理。
(2)2#钻孔
钻孔深度为510m,钻孔仰角为8°,开孔磁
方位角为255°。设计钻孔钻进100m后进入15#
,继续钻进至510m深度
期间,钻孔均保持在该高度内。由于2#钻孔终孔层
位的岩性为中粒砂岩,钻进时可能出现钻头磨损的
情况,施工至该层位时需更换坚固性较高的钻头及
图2高位定向长钻孔平面布置示意图(m)钻具,保证钻进效率。
(3)钻孔剖面布置形式(3)3#钻孔
高位钻孔开孔位置一般选择在同一条水平线钻孔深度为510m,钻孔仰角为10°,开孔磁
上,即高度一致,若所开采煤层的走向趋势无法确方位角为266°。设计钻孔钻进100m后进入15#
定,则钻孔在剖面上可选择上下分层布置,,继续钻进至400m深
两排不同高度的钻孔。兴峪煤矿15508工作面煤层度期间,钻孔均保持在该高度内,由400m钻进至
1322022年第8期
510m期间,终孔位置逐渐调整降低至35m的位置。,回风巷钻场累计抽采量63473m3。
由于3#钻孔目标层位的岩性为砂质泥岩,钻进时可可见采用定向高位钻孔后,工作面的***抽采量大
能出现钻孔断面缩小或塌孔现象,施工时需注意,幅提高,降低了作业环境的***含量,治理效果良
并及时清理。好,有效保障了工作面的回采安全。
表1钻孔掏煤量统计
3定向钻进装备选型
钻孔孔深冲孔掏煤量每米掏煤量
施工地点
/(m3/m)
考虑到设计钻孔的深度为500~700m,属于超
深钻孔,且孔径为153mm,相对较大,因此,
选择钻进能力大,可采用大直径钻具的钻机。另外,
由于兴峪煤矿地质条件较为复杂,煤层周围存在多回
15508未冲孔
个地质构造,加之顶板上方有多个泥岩层,强度较
低,钻孔成型质量将会受到影响,因此,钻机还需
具备处理塌孔事故的能力。
综合考虑,最佳钻机选择方案为ZYL-17000D
5结论
履带式全液压千米定向钻机。
(1)根据兴峪煤矿15508工作面的实际地层
ZYL-17000D履带式千米定向钻机配备Φ89条件,结合类似工程经验,确定出高位定向钻孔施
mm五级螺杆钻具,其功率较大,要求的泥浆流量工层位为煤层顶板上方33~39m范围内的砂岩层,
不低于375L/min。为了满足大功率螺杆钻具对泵钻孔深度为500~700m,钻孔间距为10m,并对钻
压和流量的要求,同时,考虑井下运输搬迁要求,孔布置及钻孔轨迹进行了设计。
泵车需选择较大流量的BLY390/12型煤矿井下定向(2)根据高位定向钻孔的设计参数,结合巷
钻进用全液压履带泵车。道条件及地层条件,对定向钻机、泥浆泵车、螺杆
。
由于钻孔孔径较大,施工时需采用定向扩孔工(3)现场工业性试验结果表明,高位定向钻
艺,同时可提升顶板高位定向钻孔***抽采效果。孔的掏煤卸压半径增大,,卸
另外,由于兴峪煤矿地质条件较为复杂,为避免钻压增透效果显著;钻场覆盖范围内的***含量下降
孔发生塌孔后无法处理,,***治理效果良好,保证了矿井安全
地层高效排渣的能力。经过综合分析和考虑,优选高效生产。
Φ89mm/73mm大通径宽翼片螺旋钻杆用于回转扩【参考文献】
孔钻进。[1]方俊,李泉新,许超,***抽
采钻孔施工技术及发展趋势[J].煤炭科学技术,
4***抽采效果分析
2018,46(05):130-137+172.
为评价高位定向长钻孔方案及设备的***抽采[2]
效果,对15508回风巷各定向钻孔的卸压掏煤量及斯中的应用[J].煤矿开采,2014,19(05)8:6-88.
***抽采量进行了统计分析。各钻孔掏煤量统计见[3]许超,姜磊,李泉新,
动减阻钻进关键技术研究煤矿安全,,
表1。[J].2022
53(01):145-150+155.
由表1可知,定向钻孔在兴峪煤业实现了“掏
[4]何玢洁,
的出”,掏煤卸压半径增大,³/m,
***技术研究[J].中国矿业,2022,31(01):
有利于卸压增透,沟通裂隙,提高了煤层的透气性
121-125.
系数,增加抽采范围,提高抽采效果。
[5]石智军,姚克,田宏亮,
***抽采量统计结果表明,高位定向钻孔的初
定向钻进技术与装备现状及展望[J].煤炭科学技
始最大抽采***%,初始最大纯***量术,2019,47(05):22-28.