孫笑寒

（冀中能源股份有限公司 東龐礦，河北 邢臺054000）

1 概 況

冀中能源股份有限公司東龐礦東龐井位于河北省內(nèi)丘縣西南約10 km，礦井于1983年12月26日建成投產(chǎn)，井田南北長約8 km，東西寬約5 km，面積40.88 km2。井田西南以各小煤礦、局部以9號煤層露頭和F40斷層為界，西北及東北分別止于F2及F18斷層，東以F22、F19、F34斷層為界；東南止于F12斷層。礦井核定生產(chǎn)能力3.6 Mt/a，主采2號煤層，該煤層屬自燃煤層，有煤塵爆炸性；經(jīng)鑒定2號煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

21218工作面位于十二采區(qū)，地面位置位于西永安村西南，工作面東北到北f331（DF12）斷層，東南到21220工作面采空區(qū)，西南到12采區(qū)回風(fēng)巷。21218工作面切眼距離北f311斷層30 m，煤層賦存標(biāo)高為-518—-530 m。21218工作面切眼消突塊段包括外切眼、補(bǔ)軌道巷、切眼、皮帶巷（里段）。2號煤層平均厚度4.35 m。

根據(jù)《冀中能源股份有限公司東龐礦2號煤層突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分研究報(bào)告》，東龐礦的2號煤層第Ⅰ-Ⅳ瓦斯地質(zhì)單元判定為無突出危險(xiǎn)區(qū)，第Ⅴ瓦斯地質(zhì)單元標(biāo)高-510 m以淺判定為無突出危險(xiǎn)區(qū)，第Ⅴ瓦斯地質(zhì)單元標(biāo)高-510 m及以深判定為突出危險(xiǎn)區(qū)。21218工作面切眼塊段位于瓦斯地質(zhì)單元Ⅴ，標(biāo)高為-510—-540 m，因此，21218切眼塊段位于突出危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)。

2 定向鉆孔消突措施

東龐礦于2020年購置了ZDY4000LD（C）煤礦井下用履帶式全液壓定向鉆機(jī)，該鉆機(jī)是一種低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、適于中深孔鉆進(jìn)的履帶自行式定向鉆機(jī)。該鉆機(jī)具有技術(shù)性能先進(jìn)、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、安全、可靠、移動搬遷方便等優(yōu)點(diǎn)，主要適用于煤礦井下大直徑中深瓦斯抽采孔及其它工程孔的施工。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》之規(guī)定及東龐礦對新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝推廣與應(yīng)用的需要，結(jié)合現(xiàn)場瓦斯地質(zhì)賦存情況和工作面布置，21218切眼塊段范圍，包括外切眼、補(bǔ)軌道巷、切眼、皮帶巷（里段）及其合圍的21218工作面回采區(qū)域，采取定向鉆機(jī)施工的“順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯”的區(qū)域防突措施。

2.1 定向鉆孔設(shè)計(jì)

在21218軌道巷A18點(diǎn)前37.38 m以里至巷道迎頭巷幫施工順層抽采鉆孔。鉆孔控制范圍：傾向上自21218工作面軌道巷到補(bǔ)軌道巷上30 m、走向上自外切眼左側(cè)30 m起，到切眼右側(cè)30 m范圍內(nèi)的煤體。抽采鉆孔孔徑113 mm，終孔間距≤4.5 m。設(shè)計(jì)鉆孔51個(gè)，孔深13～157 m，鉆孔量6 196 m，抽采時(shí)間不少于30 d，孔口負(fù)壓≥13 kPa。鉆孔采用定向鉆機(jī)施工。具體參數(shù)見表1。

表1 21218外切眼、補(bǔ)充軌道巷區(qū)域預(yù)抽鉆孔施工參數(shù)Table 1 Construction parameters of 21218 outer hole cutting and pre-pumping hole in supplementary track roadway area

2.2 定向鉆孔施工

設(shè)計(jì)鉆孔均采用ZDY4000LD（C）定向鉆機(jī)施工，該鉆機(jī)在鉆孔施工過程中能夠利用先進(jìn)技術(shù)，通過鉆機(jī)配套的無磁鉆桿、探管在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示鉆孔參數(shù)、設(shè)計(jì)軌跡、實(shí)鉆軌跡等信息，通過對比分析實(shí)鉆軌跡和設(shè)計(jì)軌跡差別，調(diào)整螺桿馬達(dá)彎頭朝向，從而使得鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)軌跡施工實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)，確保了鉆孔間距滿足要求，并且布置均勻。

鉆機(jī)固定好后調(diào)整鉆桿方位角、傾角，開孔使用φ113 mmPDC復(fù)合片鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)5 m，換φ154 mmPDC擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔2 m，提鉆后下入防噴裝置，連接好除塵設(shè)施，再使用φ113 mmPDC復(fù)合片鉆頭定向鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深，拔桿后去掉防噴裝置，下入φ50 mm×1 800 mm抽放管及配套封孔囊袋，要求最前面3 m抽放管為花管，封孔囊袋固定在15 m和6 m位置（有特殊情況以設(shè)計(jì)為準(zhǔn)），再下入篩管，篩管盡量下至鉆孔最深處，最后使用膨脹水泥進(jìn)行固管。接好抽放管進(jìn)行后續(xù)接抽作業(yè)。

3 瓦斯抽采及消突效果

21218工作面位于12采區(qū)，根據(jù)預(yù)抽鉆孔抽采前取煤樣實(shí)測，21218工作面范圍內(nèi)最大原始煤層瓦斯含量為5.471 1 m3/t，預(yù)計(jì)21218工作面外切眼、補(bǔ)軌道巷（預(yù)抽后）掘進(jìn)期間絕對瓦斯涌出量為2.5 mm3/min（風(fēng)排量）。

2020年7月24日至2020年12月10日，在21218軌道巷A18點(diǎn)前37.38 m以里至巷道迎頭巷幫，由定向鉆機(jī)施工完成了51個(gè)預(yù)抽鉆孔，已由定向鉆機(jī)全部施工完畢，鉆孔施工過程中無噴孔、頂鉆等瓦斯異常現(xiàn)象，并采用視頻監(jiān)控手段檢查確認(rèn)鉆孔深度，按要求進(jìn)行了核查分析。鉆孔控制范圍：傾向上自21218工作面軌道巷到補(bǔ)軌道巷上30 m、走向上自外切眼左側(cè)30 m起到切眼右側(cè)30 m范圍內(nèi)的煤體。抽采鉆孔孔徑113 mm，終孔間距≤4.5 m?？咨?3～157 m，截止到2021年1月13日，所有預(yù)抽鉆孔已抽采滿30 d，且抽采負(fù)壓不低于13 kPa。利用定向鉆機(jī)先進(jìn)的技術(shù)，21218工作面切眼塊段預(yù)抽鉆孔實(shí)際終孔間距在3.4～5.4 m，預(yù)抽鉆孔抽采時(shí)間均不少于30 d，滿足2號煤層在孔徑φ113 mm、抽采30 d條件下的瓦斯抽采，有效抽采半徑為3.5 m的要求。所有鉆孔布置均勻、施工長度等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，符合《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》有關(guān)要求。

4 防突效果檢驗(yàn)

4.1 效果檢驗(yàn)措施

東龐礦于2021年1月14日-2021年1月25日，利用定向鉆機(jī)定向鉆進(jìn)技術(shù)按照設(shè)計(jì)于21218切眼塊段施工了5個(gè)效果檢驗(yàn)鉆孔，共18個(gè)效果檢驗(yàn)點(diǎn)。

效果檢驗(yàn)點(diǎn)布置原則：區(qū)段寬度寬度未超過120 m，則沿工作面推進(jìn)方向每間隔30 m至少布置2個(gè)檢驗(yàn)測試點(diǎn)。

效果檢驗(yàn)孔采用ZDY4000LD（C）定向鉆機(jī)結(jié)合定點(diǎn)取樣裝置施工，取樣程序?yàn)殂@機(jī)施工至取樣點(diǎn)位置后，退鉆桿，重新采用定點(diǎn)取樣裝置，沿鉆孔軌跡施工至取樣點(diǎn)位置后取煤樣，即5個(gè)效果檢驗(yàn)鉆孔也實(shí)時(shí)進(jìn)行了軌跡測定。利用定點(diǎn)取樣裝置現(xiàn)場按要求取樣，并進(jìn)行了殘余瓦斯含量（或瓦斯壓力）等瓦斯基本參數(shù)的測定。

檢驗(yàn)鉆孔布置在措施孔密度較小、孔間距較大、預(yù)抽時(shí)間較短的位置。施工過程中無噴孔、頂鉆等瓦斯異常現(xiàn)象，采用視頻監(jiān)控手段檢查確認(rèn)鉆孔深度，按要求進(jìn)行核查分析。安排專人現(xiàn)場取樣，進(jìn)行殘余瓦斯含量（或瓦斯壓力）、可解吸瓦斯含量等瓦斯基本參數(shù)的測定，實(shí)測結(jié)果見表2。

表2 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)指標(biāo)實(shí)測值Table 2 Measured values of regional measures effect inspection indexes

4.2 效果檢驗(yàn)結(jié)論

東龐礦東龐井2號煤層區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測指標(biāo)相對瓦斯壓力臨界值為0.60 MPa，瓦斯含量臨界值為6 m3/t，以上所得相對瓦斯壓力、瓦斯含量臨界值可作為區(qū)域預(yù)測與區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)指標(biāo)的臨界值。

18個(gè)效果檢驗(yàn)點(diǎn)井下實(shí)測的煤體殘余瓦斯含量均小于6 m3/t，根據(jù)殘余瓦斯含量反算的殘余瓦斯壓力均小于0.6 MPa，且區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)鉆孔施工過程中，未出現(xiàn)頂鉆、卡鉆、鉆孔噴瓦斯等煤與瓦斯突出預(yù)兆。判定區(qū)域預(yù)抽防突措施有效，鉆孔覆蓋傾向上自21218工作面軌道巷到補(bǔ)軌道巷上30 m、走向上自外切眼左側(cè)30 m起到切眼右側(cè)30 m范圍內(nèi)的煤體為無突出危險(xiǎn)區(qū)。

防突效果檢驗(yàn)合格后，東龐礦對21218軌道巷切眼塊段進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，期間未發(fā)生煤壁開掉渣、片幫、響煤炮等突出征兆。

5 結(jié) 論

（1）定向鉆機(jī)擁有先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢，對比傳統(tǒng)鉆機(jī)，最顯著的特點(diǎn)為定向鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡的人工控制，可以保證鉆孔終孔位置符合設(shè)計(jì)要求，從而實(shí)現(xiàn)抽采期間沒有空白帶存在，符合《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》相關(guān)規(guī)定，達(dá)到有效消突的目的。

（2）通過利用定向鉆機(jī)對有瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域的煤層實(shí)施消突，可以為工作面安全掘進(jìn)提供可靠的保障，此方法為煤與瓦斯突出礦井的消突，特別是取消巖石底板瓦斯抽放巷道提供了有說服力的依據(jù)。