VLD—1000型定向鉆機(jī)在金能煤業(yè)分公司的應(yīng)用效果初探

強(qiáng)維河

摘 要：金能煤業(yè)分公司于2006年引進(jìn)了澳大利亞VLD-1000型定向鉆機(jī)，在公司二區(qū)2457、3252、3262工作面進(jìn)行了試應(yīng)用，達(dá)到了良好的應(yīng)用效果，在一定程度上緩解金能公司抽、掘、采接續(xù)緊張的現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 定向 鉆機(jī) 應(yīng)用

1 礦井概況

石嘴山金能煤業(yè)公司一區(qū)（原石嘴山一礦）、二區(qū)（原石嘴山二礦），均為有著近50年開采歷史的老礦井，一、二區(qū)井田屬同一煤田。礦井劃分為兩個(gè)層組開采，上組煤含煤3層，可采煤層2層，下組煤含煤6層，可采煤層4層。

2012年礦井瓦斯、二氧化碳涌出量測(cè)定結(jié)果為：絕對(duì)瓦斯涌出量為97.97m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為20.93m3/t；絕對(duì)二氧化碳涌出量為29.31m3/min，相對(duì)二氧化碳涌出量為6.26m3/t?，F(xiàn)瓦斯地質(zhì)儲(chǔ)量2621Mm3，瓦斯可采儲(chǔ)量1327Mm3。主要含瓦斯煤層為三層煤（平均厚7.2m）測(cè)得瓦斯壓力為4.2Mpa，五、六層煤測(cè)得瓦斯壓力為1.8Mpa，三層煤瓦斯含量為9.47～10.58 m3/t，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，瓦斯問題已嚴(yán)重制約礦井的安全生產(chǎn)。

2 瓦斯抽放現(xiàn)狀

2.1 瓦斯抽放系統(tǒng)及抽放方式

公司現(xiàn)有固定抽放泵9臺(tái)，其中：2BEC-72型水環(huán)式真空泵3臺(tái)，額定抽采量為442 m3/min；2BEC-52型抽放泵3臺(tái)，額定抽采量為238 m3/min； 2BE3-400型水環(huán)式真空泵3臺(tái)，額定抽采量為85 m3/min；ZWY90/110—G型井下移動(dòng)抽放泵2臺(tái)，額定抽采量為90 m3/min；ZWY110/160-G型井下移動(dòng)抽放泵2臺(tái)，額定抽采量為110 m3/min；抽放主管Ф800mm480m，干管Ф550mm5060m，支管Ф450mm1350m，支管Ф325mm13730m，支管Ф219mm200m，管路總長(zhǎng)20820m。瓦斯抽采泵24h正常、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

礦井現(xiàn)有各種類型鉆機(jī)13臺(tái)，最大施工能力為150-600米，都均為普通型鉆機(jī)。金能公司多年來(lái)主要采用底板巷穿層鉆孔預(yù)抽，回采機(jī)巷、回風(fēng)巷順層鉆孔邊采邊抽，回風(fēng)巷施工高位鉆孔等工藝相結(jié)合的瓦斯抽采方式綜合治理礦井瓦斯，取得了一定效果。

2.2 影響瓦斯抽放效果的原因

（1）長(zhǎng)期使用傳統(tǒng)的抽采方法和工藝，多年來(lái)都是在新采區(qū)開拓巷道形成后，才能進(jìn)行瓦斯抽放鉆場(chǎng)施工。這樣就造成一個(gè)采區(qū)的采煤工作面和瓦斯抽放鉆場(chǎng)幾乎是在同時(shí)開始施工，往往造成采煤工作面已經(jīng)開始回采，而該工作面的瓦斯抽放鉆場(chǎng)施工滯后現(xiàn)狀，形成了預(yù)抽期短。

（2）在采用穿層鉆孔施工時(shí)，由于鉆孔施工中煤孔只占30%、巖孔占70%，這樣就形成無(wú)效進(jìn)尺多，施工速度慢。

（3）抽放瓦斯時(shí)由于煤孔有效進(jìn)尺少?gòu)亩斐沙榉陪@孔利用率低、單孔抽放量小、抽放率低，并使抽放周期延長(zhǎng)。

（4）鉆機(jī)性能低，不能施工傾角大的俯角孔，這樣就造成了工作面存在抽放盲區(qū)影響瓦斯抽放。

3 VLD-1000千米鉆機(jī)的應(yīng)用

針對(duì)金能公司采、掘、抽關(guān)系嚴(yán)重失調(diào)，影響礦井正常生產(chǎn)接續(xù)的問題，2006年引進(jìn)了一臺(tái)澳大利亞VLD-1000型定向鉆機(jī)，在金能公司二區(qū)2457、3252、3262工作面進(jìn)行了試應(yīng)用。

3.1 VLD-1000型定向鉆機(jī)的特點(diǎn)

（1）VLD-1000型鉆機(jī)具有定向鉆進(jìn)功能，利用這個(gè)功能可以集中布置瓦斯抽放鉆孔。

（2）利用VLD定向鉆機(jī)的水平分支功能，可以在扇形鉆孔布置時(shí)，在鉆孔接近終端進(jìn)行分支，保證煤層鉆孔在終端的間距基本相同。

（3）鉆孔在垂直方向進(jìn)行的探頂與探底形成了垂直方向的多分支，充分提高了煤層的透氣性。

（4）VLD-1000型鉆機(jī)是井下定向鉆進(jìn)設(shè)備，具有鉆進(jìn)能力大的優(yōu)點(diǎn)，可以鉆進(jìn)1000m以上。

通過VLD-1000型鉆機(jī)最先進(jìn)的技術(shù)隨鉆測(cè)量定向?qū)蛳到y(tǒng)，模塊化電子信息傳遞連接鉆桿，可以根據(jù)瓦斯抽放設(shè)計(jì)要求，按照指定目標(biāo)定向鉆進(jìn)。實(shí)行鉆孔軌跡的實(shí)測(cè)和控制來(lái)進(jìn)行鉆場(chǎng)施工。

3.2 鉆場(chǎng)的選定和鉆孔布置

在2457、3252、3262三個(gè)區(qū)段進(jìn)行打鉆，2457（2458）工作面走向長(zhǎng)度為1650 m，傾斜長(zhǎng)度為130 m，煤層厚度2.2m 。3252工作面走向長(zhǎng)度為1300m，傾斜長(zhǎng)度為160 m，煤層厚度2.2m。3262工作面走向長(zhǎng)度為1300m，傾斜長(zhǎng)度為185m，煤層厚度11.59m。五、六層煤層間距平均1.4m。

鉆場(chǎng)分別選在+725水平2457工作面、+660水平31-32區(qū)集中運(yùn)輸機(jī)石門內(nèi)，根據(jù)測(cè)得抽放半徑為6-8m，在+725水平2457工作面南、北段各施工一個(gè)鉆場(chǎng)布置7個(gè)瓦斯抽放鉆孔，鉆孔間距平均為12m，每個(gè)鉆孔主孔沿煤層走向設(shè)計(jì)為550-600米。在3252、3262工作面南、北段各施工一個(gè)鉆場(chǎng)布置12個(gè)瓦斯抽放鉆孔，鉆孔間距平均為16 m，沿工作面傾斜方向平行布置，每個(gè)鉆孔鉆孔主孔沿煤層走向設(shè)計(jì)為696-790米，為了增加煤層透氣性和更好地控制定向軌跡，并分別在主孔內(nèi)每格50米設(shè)計(jì)一個(gè)樹狀分支孔。設(shè)計(jì)圖如下

3.3 鉆機(jī)施工

從2006年11月6日，VLD一1000鉆機(jī)在+725水平2457工作面，開始施工第一個(gè)測(cè)試鉆機(jī)性能的瓦斯抽放鉆孔至2007年1月17日，由外方高級(jí)鉆工施工完第一個(gè)測(cè)試鉆機(jī)性能的鉆孔（主孔深519米），測(cè)得瓦斯?jié)舛?5%、流量0.9m3/min，單孔抽放量17.1萬(wàn)m3。因生產(chǎn)接續(xù)需要2457工作面要進(jìn)行回采安裝只施工了1851米。于2007年4月10日至2008年4月，VLD一1000鉆機(jī)搬至+660水平3252、3262工作面進(jìn)行瓦斯抽放鉆孔施工了20148米。通過對(duì)3252、3262工作面的瓦斯抽放鉆孔的施工（主孔深619米），測(cè)得瓦斯?jié)舛?00%、流量.3.2m3/min、單孔抽放量50萬(wàn)m3.使工作面的平均預(yù)抽期達(dá)到30個(gè)月以上?？梢詮母旧辖鉀Q3252、3262工作面的瓦斯問題。

3.4 瓦斯抽放效果分析

（1）2457-2458工作面走向長(zhǎng)1560米，已采完。根據(jù)2457工作面瓦斯抽放鉆孔完成時(shí)間和實(shí)測(cè)個(gè)各鉆孔的平均流量為0.9 m3/min和濃度為85%。按百米鉆孔衰減率公式和百米鉆孔任意時(shí)間內(nèi)抽放總量為38.7萬(wàn)m3。由于2457工作面沒有按設(shè)計(jì)完成鉆孔施工，故在此沒有對(duì)抽放率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（2）3252、3262工作面走向長(zhǎng)1300米，傾斜長(zhǎng)度分別160 m、185 m，預(yù)計(jì)2010年開采。在31-32區(qū)+600m中央石門測(cè)得五層煤瓦斯壓力1.8MPa，計(jì)算得：五、六層煤的瓦斯含量為6m3/t，工作面瓦斯儲(chǔ)量為2725萬(wàn)m3。根據(jù)實(shí)測(cè)已完成鉆孔的平均流量2.8m3/min和濃度為90%。按百米鉆孔衰減率公式和百米鉆孔任意時(shí)間內(nèi)抽放總量計(jì)算公式計(jì)算截止到2010年抽放量可達(dá)1790萬(wàn)m3

4 VLD-1000型鉆機(jī)的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

長(zhǎng)距離水平定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)在金能煤業(yè)公司的應(yīng)用，成功解決了礦井瓦斯治理和生產(chǎn)接續(xù)的難題，為礦井安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為礦井瓦斯治理積累了經(jīng)驗(yàn)。該技術(shù)與傳統(tǒng)的穿層瓦斯抽采技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1 單孔成孔距離長(zhǎng)，瓦斯抽采量大

長(zhǎng)距離水平定向鉆孔能夠發(fā)揮鉆機(jī)的最大效能，成孔距離長(zhǎng)，鉆孔瓦斯抽采量大，單孔百米瓦斯抽采量，平均0.34m3/min，傳統(tǒng)鉆孔百米瓦斯抽采量為0.04m3/min，長(zhǎng)距離水平定向鉆孔百米瓦斯抽采量相當(dāng)與傳統(tǒng)鉆孔的8倍。

4.2 提高瓦斯抽采效率，延長(zhǎng)預(yù)抽期

瓦斯抽采效率高，單孔平均瓦斯流量達(dá)到0.9-3.2 m3/min，最高達(dá)到4m3/min，平均抽采濃度在75%以上。預(yù)抽期可比傳統(tǒng)抽采工藝延長(zhǎng)3年以上。根據(jù)對(duì)3252、3262工作面現(xiàn)以完成的鉆孔進(jìn)行觀測(cè)，初步預(yù)計(jì)3252、3262工作面的瓦斯抽放率可達(dá)到72%。對(duì)傳統(tǒng)工藝施工的3251和2458兩個(gè)工作面的瓦斯抽放量和風(fēng)排瓦斯量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，兩個(gè)工作面的瓦斯抽放率分別為32%和27%。

4.3 鉆孔利用率高

傳統(tǒng)的穿層抽放鉆孔煤孔段占30%，采用順層定向孔煤孔段占90%，減少了巖孔工程量，提高了鉆孔利用率。根據(jù)對(duì)神化寧煤金能公司3121和2332兩個(gè)工作面抽放鉆孔深度統(tǒng)計(jì)，每個(gè)鉆孔平均深63.8米，巖石51.2米，煤12.6米。共施工無(wú)效進(jìn)尺8.2萬(wàn)米，如按每班每人按5.5米計(jì)算，造成無(wú)效用工1.5萬(wàn)個(gè)。VLD-1000型千米鉆機(jī)在3252、3262共施工了22000米，無(wú)效進(jìn)尺只有1000米。

4.4 鉆孔覆蓋范圍大。消滅抽采盲區(qū)

傳統(tǒng)的穿層鉆孔受巖石集中巷布置和設(shè)備性能制約，在預(yù)抽區(qū)段之內(nèi)形成40米的抽采盲區(qū)。長(zhǎng)距離水平定向鉆孔不受施工環(huán)境影響，鉆孔可以按設(shè)計(jì)覆蓋整個(gè)區(qū)段，不存在抽采盲區(qū)。

4.5 鉆孔施工適應(yīng)性強(qiáng)

以往的抽采工藝受時(shí)間、空間的制約比較大，必須形成一定的井巷工程后才能進(jìn)行鉆孔施工，千米鉆機(jī)在施工順層定向鉆孔對(duì)施工環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以只一個(gè)鉆場(chǎng)就可進(jìn)行定向鉆孔。

5 結(jié)論

VLD-1000型鉆機(jī)通過利用它精確的導(dǎo)向定位和可以鉆進(jìn)1000m以上的功能，可以在礦井開拓巷道施工的同時(shí)，對(duì)高瓦斯煤層進(jìn)行鉆孔施工，極大延長(zhǎng)煤層鉆孔瓦斯預(yù)抽期.現(xiàn)在鉆機(jī)在金能公司3252、3262工作面施工瓦斯抽放鉆孔，將在一定程度上緩解金能公司抽、掘、采嚴(yán)重失調(diào)的現(xiàn)象。避免了象3251、2458兩個(gè)工作面開采時(shí)的被動(dòng)局面.減少為風(fēng)排瓦斯施工的巷道，緩解了采、掘接續(xù)緊張的現(xiàn)狀.節(jié)省了工作面開采時(shí)為解決瓦斯問題而投入的大量人力、物力、財(cái)力.節(jié)省了抽放鉆場(chǎng)施工、安裝、維護(hù)耗費(fèi)的大量人力、物力、財(cái)力.采用長(zhǎng)距離水平定向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，是真正落實(shí)“先抽后采”瓦斯治理理念的一種有效手段，這種技術(shù)較好的提高了瓦斯抽放率和抽采量。對(duì)我國(guó)高瓦斯、突出礦井的瓦斯治理具有推廣和借鑒意義。