井下定向鉆進技術與裝備在大灣煤礦的應用

摘要：井下定向鉆機及其配套設備在水城礦業(yè)股份有限公司大灣煤礦120204機巷迎頭鉆場施工本煤層定向鉆孔，對治理瓦斯預抽、解決安全綜掘巷道難題有顯著作用。

關鍵詞：定向鉆進；瓦斯；綜掘

貴州水城礦業(yè)股份有限公司大灣煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，針對120204工作面采用常規(guī)鉆機鉆進施工時，施工工作量大、單孔深度不足、鉆孔軌跡不可控、瓦斯抽采濃度較低等問題，擬采用ZDY6000LD（B）定向鉆機進行長距離本煤層定向孔施工。施工期間在120204回風巷工作面迎頭鉆場共施工7個長距離本煤層定向鉆孔，單孔設計深度300m，總結出一套適合大灣煤礦本煤層定向長鉆孔成孔方法和布孔參數，以解決瓦斯預抽、安全綜掘巷道難題[1]。本次使用的是ZDY6000LD（B）型井下定向鉆機及其配套設備，試驗期間共施工本煤層定向鉆孔2個。主孔深度分別為1號鉆孔303m，2號鉆孔306m，分支孔總進尺888m，定向鉆進總計進尺1497m。施工技術指標為：ZDY6000LD（B）定向鉆機計劃施工7個孔徑≥96mm、單孔深度≥300m本煤層定向鉆孔。

1 鉆孔軌跡設計

1.1 鉆孔設計原則

（1）定向鉆場、鉆孔布置應該與工作面巷道工程圍巖環(huán)境、構造條件、采掘現狀、排水通道、鉆機能力相適應；

（2）設計定向鉆孔沿工作面走向布設；

（3）選擇合理的軌跡設計，科學布孔，達到最佳抽放效果；

（4）發(fā)揮ZDY6000LD（B）型鉆機定向優(yōu)勢，在地層中精確定位，確保鉆孔軌跡在目標地層中延伸，達到最佳瓦斯抽采效果。

（5）為了達到良好的抽采效果，布置本煤層瓦斯抽采定向鉆孔時，設計鉆孔應盡量穿過本煤層區(qū)域，保證本煤層內瓦斯抽采順暢，以解決條帶瓦斯預抽、保障巷道掘進安全。

1.2 鉆孔設計及相關施工參數

鉆孔分布在2#煤層巷道掘進方向，距離分布在巷道（寬46m）兩側15m范圍內，共7個鉆孔，終孔間距5m。

定向鉆孔在水平面設計：平行于巷道掘進方向，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#孔位置分別距離巷道中心0m、5m、10m、15m、5m、10m、15m位置；在剖面上沿著2#煤層走向施工。主孔設計深度300m。

1.3 鉆場布置

（1）鉆場內要形成水渠和沉淀池。

（2）鉆場內要進行硬化處理（或為巖石底板）。

（3）鉆場內水管吊掛要統一、整齊。

（4）鉆場內水泥硬化要形成一定坡度，保證水可以流入水倉內。

（5）每一鉆場施工完畢要掛定向鉆孔管理牌版，牌板要吊掛整齊標準，填寫要完整、規(guī)范。掉鉆頭鉆桿牌板必須是帶黃色警示的專用牌板。

2 鉆孔施工情況

鉆孔施工工藝：

1）移機定位。根據鉆孔設計的要求和鉆機操作規(guī)程的規(guī)定將鉆機搬移至開孔位置，按照規(guī)定方位角和傾角固定鉆機，鉆機前方距離開孔點煤（巖）壁的距離不小于1.5米但不宜大于3米，開孔高度不得小于1.5米，當條件不具備無法按照設計參數開孔時，需經過鉆孔設計人員的認可重新修訂設計參數。

2）開孔和擴孔。移機定位完成后即可進行開孔擴孔操作。鉆孔開孔之前，在開孔位置將網片剪開400mm×400mm的開口，便于下鉆開孔。使用ф98mm弧角鉆頭和普通鉆桿采用旋轉鉆進方式直接開孔，然后用ф153和ф193mm擴孔鉆頭和普通鉆桿采用旋轉鉆進方式分二次擴孔，開孔段長度根據所使用的封孔管長度鉆進到合適位置停止鉆進。

3）封孔。 采用成熟的上行孔注漿管和排氣管的布置方式封孔。

4）安裝孔口裝置。封孔后進行孔口安全設施的安裝，在孔口封孔管外端加裝導引四通，導引四通上端與匯流管相接，導引四通下端與汽水煤分離器連接，汽水煤分離器連接再與沉淀箱連接，導引四通前端聯接鉆機，導引四通后端聯接封孔管。孔口四通上口與抽管間應依次加設水針、四寸控制閥門，水針應留設在單孔控制閥門上游。然后將抽管串聯放水器后連入抽放管路。鉆孔施工過程中根據現場瓦斯大小，調節(jié)閥門，做到邊打邊抽?？卓谒耐ㄏ露伺c氣水分離器相連。氣水分離器上端應加設四寸控制閥門、水針、蛇形管、放水器后連入抽放系統[2]。

3 結論

（1）本次采用ZDY6000LD（B）型定向鉆機及配套定向鉆進設備，共計施工2個本煤層鉆孔，分支孔7個。最大鉆孔深度306m，分支孔累計進尺888m，定向鉆進累計進尺1497m，各鉆孔均達到設計要求。

（2）ZDY6000LD（B）型定向鉆機性能穩(wěn)定可靠，采用聯動操作控制，操作簡單方便；采用鉆車和泵車兩體式布局結構，且能夠相互獨立行走，搬遷方便，現場布置靈。

（3）YSXWT（B）無線隨鉆測量裝置測量信號穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，采用電池供電方式供電，使用方便，且單次使用時間長，大大減小勞動強度。

（4）采用Ф96mm鉆頭定向鉆進，Ф153/193mm擴孔鉆頭擴孔6m的鉆進工藝，該工藝鉆具級配合理，鉆進效率高。

（5）ZDY6000LD（B）定向鉆機及配套裝備與技術適合水城礦業(yè)股份有限公司大灣煤礦定向鉆孔施工，為實現區(qū)域瓦斯高效治理和安全高效掘進提供了一個新的技術手段，為該礦的瓦斯抽采鉆孔施工提供了一個可行的新方法，對于煤礦安全高效生產有重要意義[3]。

參考文獻：

[1]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[2]程遠平，付建華，俞啟香.中國煤礦瓦斯抽采技術的發(fā)展[J].采礦與安全工程學報，2009，26（2）.

[3]國家安全生產監(jiān)督管理總局.AQ10262006煤礦瓦斯抽采基本指標[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

作者簡介：劉楠（1988），河南鄧州人。