曹 銳

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦）

寺河礦是國家“九五”期間重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。采用“一礦兩井”生產(chǎn)模式，開采的3#煤層煤種為低硫、低灰、低磷、高發(fā)熱量優(yōu)質(zhì)無煙煤。礦井平均煤厚6.0 m，煤層5°左右，采煤方法為綜合機(jī)械化大采高綜采工藝。綜采工作面采用“二進(jìn)一回”多巷通風(fēng)方式，工作面風(fēng)流在回風(fēng)上隅角處呈直角拐彎，采空區(qū)涌出的大量瓦斯在工作面上隅角形成集聚，且不易被風(fēng)流稀釋，經(jīng)常出現(xiàn)因上隅角瓦斯超限而導(dǎo)致的停產(chǎn)事故［1］。

近年來，寺河礦通過廣泛調(diào)研和積極試驗(yàn)，不斷摸索總結(jié)治理綜采工作面上隅角瓦斯的有效途徑。頂板高位鉆孔瓦斯抽放措施的實(shí)施，從根本上解決了綜采工作面上隅角瓦斯問題，為寺河礦建設(shè)本質(zhì)安全型高產(chǎn)高效礦井提供了重要保障［2］。為不斷提高頂板高位鉆孔的抽放效果，進(jìn)一步驗(yàn)證高位鉆孔設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，寺河礦于2015 年使用澳大利亞VLD-1000 型定向千米鉆機(jī)施工頂板高位抽放鉆孔，對鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期提升瓦斯治理的效果［3］。

1 普通非定向鉆機(jī)頂板高位鉆孔的設(shè)計(jì)與施工

1.1 頂板高位鉆孔設(shè)計(jì)

以寺河礦5302 綜采工作面為例，頂板高位鉆孔施工地點(diǎn)為53022 巷南幫，使用1 臺MK-6 型鉆機(jī)或MK-7 型鉆機(jī)配套φ113 或φ153 mm 鉆頭，φ73 mm 或φ89 mm 鉆桿施工。先使用φ94 mm 的鉆頭施工，之后用φ153 mm 的鉆頭擴(kuò)孔。53022巷6#～19#橫川每個橫川設(shè)計(jì)5 個鉆孔，間距為10 m，第一個鉆孔距離橫川的西幫（外幫）5.5 m，開孔高度為2.5 m，以上橫川的鉆孔依次往外施工，鉆孔的終孔點(diǎn)距離煤層頂板40 m，鉆孔設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2 頂板高位鉆孔的施工要求

鉆孔在施工過程中用循環(huán)水打鉆，用靜壓水沖孔，若遇到異常情況如噴孔、夾鉆、頂鉆、瓦斯異常等現(xiàn)象應(yīng)立即停鉆。鉆孔施工先采用φ113 mm 鉆頭施工到位，再用φ193 mm 鉆頭擴(kuò)孔至終孔位置，施工完畢后采用水泥注漿封孔，封孔管采用6 吋（15.24 cm）鋼管，封孔至矸段。鉆孔封孔長度不得小于16 m，孔口加裝測點(diǎn)、蝶閥，之后用6吋（15.24 cm）鎧裝管連接至φ377 mm 管路的三通上，每個三通連接1 個鉆孔，之后再連接入53022巷φ560 mm 管路，每個鉆孔必須有獨(dú)立的濃度測點(diǎn)和控制閥門，每個橫川必須有獨(dú)立的抽放參數(shù)人工測點(diǎn)，鉆孔管路布置如圖2所示。

2 定向千米鉆機(jī)頂板高位鉆孔的設(shè)計(jì)與施工

在回風(fēng)巷利用橫川煤柱使用千米定向鉆機(jī)向采空區(qū)頂板裂隙帶（6～8 倍采高層位）提前施工高位鉆孔［4］，定向高位鉆孔施工長度為400 m，每組鉆孔3～4個鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)如圖3 所示；終孔位置布置在采面順槽以里20～60 m 范圍，鉆孔剖面如圖4 所示，封孔全部采用大直徑封孔管進(jìn)行封孔［5］。施工設(shè)備如圖5所示。

3 定向千米鉆機(jī)在上隅角瓦斯治理中的效果

在采用定向千米鉆機(jī)施工頂板高位鉆孔后，5302 工作面采空區(qū)抽放量由原來的15 m3/min 增大至30 m3/min，采空區(qū)瓦斯抽放量增加100%。而5302 工作面風(fēng)排瓦斯量由原來的50 m3/min 減少到30 m3/min，風(fēng)排瓦斯量減少了40%。5302 工作面上隅角瓦斯?jié)舛扔?.6%下降至0.36%，下降幅度達(dá)40%，瓦斯變化如圖6 所示。由此可知，定向鉆機(jī)頂板高位鉆孔從根本上解決了綜采工作面上隅角瓦斯超限集聚的問題［6］。

4 結(jié)論

（1）澳大利亞VLD-1000 型定向千米鉆機(jī)鉆桿具有通訊功能，利用隨機(jī)電腦實(shí)時(shí)顯示鉆進(jìn)軌跡，可以利用孔底馬達(dá)的拐角來修正鉆進(jìn)軌跡方向鉆［7］，利用這一功能，現(xiàn)場施工人員能夠?qū)㈨敯甯呶汇@孔準(zhǔn)確地施工在綜采工作面的頂板裂隙帶內(nèi)，實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，頂板高位鉆孔瓦斯抽采濃度由原來的最低13%提高至最低52%。

（2）由于定向千米鉆機(jī)具有鉆機(jī)功率大、成孔效率高、鉆進(jìn)距離長的特點(diǎn)。定向千米鉆機(jī)每施工5個300 m頂板高位鉆孔，可以掩護(hù)綜采工作面推進(jìn)200 m；而傳統(tǒng)非定向鉆機(jī)每施工5個100 m頂板高位鉆孔只能掩護(hù)綜采工作面推進(jìn)50 m。用定向千米鉆機(jī)施工頂板高位鉆孔具有掩護(hù)距離長，鉆機(jī)搬家次數(shù)少的特點(diǎn)。

（3）通過使用定向千米鉆機(jī)施工頂板高位鉆孔提高采空區(qū)瓦斯抽放效果，降低了綜采工作面回采過程中的風(fēng)排瓦斯量，把瓦斯氣有效地利用起來，節(jié)約了能源，降低了甲烷這種溫室氣體對大氣的污染和破壞，對遏制全球變暖的溫室效應(yīng)具有積極的意義［8］。