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）發揮ZDY6000LD（B）型鉆機定向優勢，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程的規定將鉆機搬移至開孔位置，按照規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，調節閥門，做到邊打邊抽。孔口四通下端與氣水分離器相連。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股份有限公司大灣煤礦定向鉆孔施工，為實現區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展[J].采礦與安全工程學報，2009，26（2）.

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

作者簡介：劉楠（1988），河南鄧州人。