馮艷陽(yáng)

（山西汾西礦業(yè)孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300）

瓦斯是煤炭伴生物，隨著井下煤炭生產(chǎn)，煤層中瓦斯會(huì)源源不斷向回采空間涌出，回采空間內(nèi)高濃度瓦斯會(huì)給煤炭開(kāi)采安全及煤炭生產(chǎn)連續(xù)性到來(lái)較大制約[1-3]?，F(xiàn)階段一般采用預(yù)抽方式進(jìn)行瓦斯治理，但也面臨抽采效果不佳、工程量大以及管理難度高等問(wèn)題[4-5]。隨著鉆探技術(shù)發(fā)展，定向鉆進(jìn)技術(shù)煤礦井下瓦斯治理、構(gòu)造探測(cè)以及水害防治等方面應(yīng)用逐漸普遍[6-7]。文中就以山西某礦3506綜采工作面瓦斯治理為工程背景，對(duì)定向鉆孔在瓦斯治理中應(yīng)用進(jìn)行研討。

1 工程概況

山西某礦井田面積23.5 km2，井田內(nèi)開(kāi)采煤層主要為2號(hào)、5號(hào)、9號(hào)、11號(hào)等，其中2號(hào)及5號(hào)層間距為14.5 m，為近距離煤層群，煤層原始瓦斯含量分別為8.9 m3/t、9.7 m3/t。2號(hào)煤層3206綜采工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)600 m、傾向長(zhǎng)160 m，開(kāi)采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，局部位置發(fā)育有褶曲、小落差斷層。3206綜采工作面頂板以泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖以及泥巖為主，底板以粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等為主?，F(xiàn)階段礦井將淺部2號(hào)煤層作為保護(hù)層先開(kāi)采，隨著采面推進(jìn)，底板出現(xiàn)一定卸壓裂隙，導(dǎo)致下部5號(hào)煤層瓦斯通過(guò)底板裂隙向2號(hào)煤層開(kāi)采空間涌出。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)2號(hào)煤層3206綜采工作面瓦斯涌出用約有70%來(lái)至于5號(hào)煤層，隨著開(kāi)采范圍增加5號(hào)煤層卸壓瓦斯涌出量呈增大趨勢(shì)。

目前礦井采用底板穿層鉆孔攔截下部5號(hào)煤層瓦斯，具體鉆孔布置見(jiàn)圖1所示。在回風(fēng)巷內(nèi)共計(jì)布置41個(gè)鉆場(chǎng)，單個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)有5個(gè)鉆孔（鉆孔開(kāi)孔間距1 m、終孔間距10 m），在回風(fēng)巷內(nèi)共計(jì)設(shè)計(jì)205個(gè)抽采鉆孔。采用的底板穿層抽采鉆孔具有鉆探工程量大、鉆探設(shè)備頻繁搬家以及作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題。為此，礦井提出采用定向鉆孔對(duì)卸壓瓦斯進(jìn)行抽采。

圖1 底板穿層鉆孔布置示意圖

2 定向鉆孔現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 鉆孔設(shè)計(jì)

在3206綜采工作面底板設(shè)計(jì)3個(gè)定向長(zhǎng)鉆孔（編號(hào)分別為1號(hào)、2號(hào)及3號(hào)）。1號(hào)鉆孔與采面回風(fēng)巷間水平間距為10 m，距離2號(hào)煤層底板約7 m（距5號(hào)煤層頂板約7 m）；2號(hào)鉆孔與1號(hào)鉆孔在同一層位，與1號(hào)鉆孔間隔15 m；3號(hào)鉆孔距離2號(hào)鉆孔間距為15 m，與1號(hào)及2號(hào)鉆孔均在同一層位。具體施工的定向鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1所示，鉆孔布置圖見(jiàn)下頁(yè)圖2所示。

圖2 定向鉆孔布置示意圖

表1 定向鉆孔施工參數(shù)

2.2 定向鉆進(jìn)設(shè)備構(gòu)成

定向鉆孔施工采用的鉆進(jìn)設(shè)備為型號(hào)ZDY12000LD液壓鉆機(jī)、BW600/10泥漿泵，其他配套使用的測(cè)量系統(tǒng)、鉆具等設(shè)備規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2所示?，F(xiàn)階段該配套定向鉆進(jìn)設(shè)備在大同礦區(qū)、平頂山礦區(qū)、晉城礦區(qū)以及淮南礦區(qū)等防治水、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)、防滅火以及瓦斯治理等領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。

表2 定向鉆進(jìn)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

鉆孔為二開(kāi)結(jié)構(gòu)，一開(kāi)用以下放孔口管（Φ168 mm），二開(kāi)在2號(hào)煤層底板中鉆進(jìn)（Φ129 mm）。一開(kāi)施工時(shí)先采用98 mm/153 mm鉆頭鉆進(jìn)，后使用153 mm/193 mm鉆頭擴(kuò)孔，并將孔口管下放至穩(wěn)定巖層內(nèi)；二開(kāi)定向鉆機(jī)采用120 mm鉆頭、89 mm孔底馬達(dá)、隨鉆測(cè)量?jī)x器、無(wú)磁鉆桿、通纜鉆桿，回轉(zhuǎn)透孔采用120 mm鉆頭、89 mm普通鉆桿。

3 定向鉆孔瓦斯抽采效果

在完成定向長(zhǎng)鉆孔施工并接入到瓦斯抽采系統(tǒng)后，對(duì)定向鉆孔瓦斯抽采情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)并分析3206綜采工作面回采期間采面瓦斯涌出情況。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，1號(hào)、2號(hào)及3號(hào)定向鉆孔瓦斯?jié)舛葎e為77.4%、52.1%、45.7%，純量分別為5.3 m3/min、4.2 m3/min、2.9 m3/min，3個(gè)定向鉆孔瓦斯抽采濃度雖然有所差異，但是瓦斯抽采濃度以及抽采純量均保持高位，可有效攔截5號(hào)煤層卸壓瓦斯。

對(duì)定向鉆孔抽采期間3206綜采工作面瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在定向鉆孔抽采之前回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角位置瓦斯?jié)舛茸罡叻謩e為0.5%、0.75%，存在較高的瓦斯超限風(fēng)險(xiǎn)；在定向鉆孔接抽后，由于5號(hào)煤層卸壓瓦斯得以有效攔截，采面回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角位置瓦斯?jié)舛确謩e降至0.27%、0.48%，采面回采期間5號(hào)煤層卸壓瓦斯涌出量過(guò)大問(wèn)題得以有效解決。

4 結(jié)論

1）常規(guī)的瓦斯抽采鉆孔存在鉆孔工程量大、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度高等問(wèn)題，為此提出采用定向長(zhǎng)長(zhǎng)鉆孔對(duì)3206綜采工作面回采期間底板5號(hào)煤層卸壓瓦斯進(jìn)行攔截抽采。定向長(zhǎng)鉆孔可精準(zhǔn)控制鉆孔施工層位，避免抽采盲區(qū)并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離抽采目的。

2）在3206綜采工作面應(yīng)用定向長(zhǎng)鉆孔抽采瓦斯期間鉆孔瓦斯抽采純量平均為4.13 m3/min，抽采量是原穿層鉆孔的25.8倍，瓦斯攔截效果較好。通過(guò)在3206綜采工作面2號(hào)煤層底板下方7 m位置布置定向鉆孔后，采面回風(fēng)巷、回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛染刂圃?.27%、0.48%以內(nèi)，可確保采面后續(xù)回采安全。