礦山開采區易燃氣體定向長鉆孔高效成孔技術研究

王繼承

（寧夏煤炭科學技術研究所，寧夏 銀川 750000）

井下易燃氣體抽采是保證礦山開采安全前提條件，定向長鉆孔高效成孔技術是礦井易燃氣體抽采中常用的技術，根據布孔位置的不同，可分為成本礦層鉆孔、高位鉆孔、穿層鉆孔等多種形式，定向長鉆孔高效成孔技術可提升氣體抽采的安全性和高效性。基于此開展井下可燃氣體抽采定向長鉆孔高效成孔技術的研究就顯得尤為必要。

1 定向長鉆孔高效成孔技術的優勢

提前做好井下易燃氣體開采及氣體泄漏治理措施，是保證煤礦開采安全性的重要工作。應用定向長鉆孔高效成孔技術是目前井下易燃氣體開采中應用的主流技術。在同等地質條件下，此項技術的單孔平均流量是傳統穿層鉆孔的50倍。抽采濃度標準是穿層鉆孔的2倍以上。

礦層頂板、底板、斷層可通過定向長鉆孔高效成孔分支技術進行探查，從而幫助能源開采企業提供更加完善的地質資料。

定向長鉆孔高效成孔技術在應用過程中，不會受到空間和時間上的限制，具有更強的適應能力。

2 定向長鉆孔高效成孔技術應用要點

2.1 合理設置鉆孔條件

定向長鉆孔高效成孔技術是礦井易燃氣體抽采中應用的主流技術，提升應用效率的關鍵在于提升鉆孔布置的合理性。在鉆孔布置中要綜合考慮以下兩點：①在進行布孔層設定時，盡量選擇底層裂縫位置或者中硬度巖層。如果選擇了底層裂縫帶，則以中部或者上部為主，避開下部位置，以提升氣體抽采的濃度和效率，避免巖層移動或者斷裂影響易燃氣體抽采的安全性。②在設定布孔層位時，如果鉆孔位置設定在礦層傾斜處，則要對開采位置的通風效果以及易燃氣體的流動性進行全面分析，進一步提升抽采效率[1]。

2.2 選擇合理的鉆孔設備

井下采施工的鉆探施工裝備系列較多，其中應用于定向鉆孔施工的常用設備為ZDY6000LD型鉆機。其主要參數見表1所示。

表1 ZDY6000LD型鉆機主要參數表

應用該型號鉆機及配套裝備，采用合理的鉆進工藝，鉆孔孔深可達1000m以上。此種鉆機具有較廣的適用性，即可滿足普通回轉鉆進施工要求，又可滿足長距離定向鉆孔施工要求，普遍應用于井下易燃氣體抽采、防治水等鉆孔施工領域。

3 定向長鉆孔高效成孔技術在礦井易燃氣體抽采中的應用

3.1 開孔

開孔是定向長鉆孔高效成孔技術應用首要環節，其施工質量直接決定了后期各道能否順利開展，因此，為保證開孔質量，必須從以下幾個方面同時入手：

第一，在開孔之前，需要對施工現場和易燃氣體濃度進行全面系統的檢查，此外，還要對供水、供電等情況進行全面檢查，確認其能否順利進行，并檢查排水、排渣、避災線路是否通暢。

如果發生堵塞或者存在安全隱患要及時處理，未達標之前嚴禁動工，將安全隱患控制在萌芽狀態，保證施工的安全性。第二，在鉆機啟動之前，需要對現場情況進行全面巡視，按照施工方案和設計標準參數進行鉆孔操作，在鉆孔時要控制傾斜角和方位角的誤差在允許范圍中，開孔時要嚴格遵循“輕壓慢進”的原則，以保證施工質量滿足設計要求。第三，當孔口管徹底凝固以后，將排水管和排查管接到回風側，如果采用軟管連接，必須用鋼絲扎緊，避免發生易燃氣體泄漏，在孔口位置還要采用棉紗、密封裝置等進行封堵。

3.2 鉆進過程

第一，鉆進開始之前，對易燃氣體、風電閉鎖裝置等進行全面檢查，確認達到要求后，才能開始鉆進操作。鉆具準備完成，鉆機啟動之前，保證馬達朝向正前方，避免鉆具發生回轉，下入15m左右時，進行開新孔操作，對工作面進行及時修正，如果需要進行提鉆操作，應當對鉆具的整體性進行檢測，并重新組合鉆具。第二，在鉆進過程中，也保證鉆頭受壓的均勻性，無論是加壓還是減壓，都要連續進行，嚴禁采用跳躍式加壓，保證鉆孔質量，避免發生塌孔等質量問題。在鉆進過程中，還要時刻關注水壓、水量、反渣情況。這些參數反映了鉆孔狀態。在鉆孔過程中，可充分利用氣水分離器，一邊抽采一邊鉆進，距離設計孔底3m左右時，要適當降低鉆進的速度，避免發生超鉆或者欠鉆問題。第三，鉆進到設計深度后，需要再次進行洗孔，以保證退鉆、抽放的通暢性，鉆進工作結束后，及時同時現出工程監理單位進行驗收。

4 現場應用實例分析

某采礦區，礦層比較穩定性，但局部存在的斷層，斷層位置尚不明確，在底板上存在2m～3m軟礦層，在鉆進過程中容易發生卡鉆問題，對鉆具安全造成了一定的隱患。為滿足定向長鉆孔高效成孔施工的要求，采用了探頂、開分支、再探聽、再分支循環往復施工的方法，每隔50m～80m探頂一次，保證鉆孔工作能順利開展。4#鉆孔實鉆深度為1106m，總進尺為1412m，探頂10次。5#鉆孔實鉆深度為1056m，總進尺為1842m，探頂10次，探底8次，鉆孔工期為10天，取得了良好效果。

此種施工方法的特點是在鉆進過程中，每鉆進50m～80m就進行一次人為主動探頂，以獲知頂板起伏情況，然后提鉆一定18m～22m進行分支開孔，促使鉆孔從頂板下的礦層中前繼續延伸，如此循環往復操作，直到達到設計標準。在退鉆操作時，進行一定距離的探底后釋放下分層礦層易燃氣體，和傳統礦井易燃氣體抽采技術相比，此種施工技術具有：可實現全煤層鉆進、可精確探測礦層起伏情況，保證鉆孔精度、避免盲目鉆進，提升鉆孔效率的特性。

5 結語

研究結果表明，在礦井易燃氣體抽采過程中，合理應用定向長鉆孔高效成孔技術，既能提升抽采效率，又能降低施工投入成本，保證施工的安全性，為礦企財產提供良好的環境，符合目前我國井下易燃氣體抽采相關標準和規范的要求，值得大范圍推廣應用。