浅谈定向钻孔在矿井安全生产中的应用

陈沁东

摘 要：高瓦斯矿井在采掘生产过程中，瓦斯制约是最大的难题。利用定向钻机在岩巷施工穿层定向钻孔，在本煤层中施工短间距、长距离、条带式钻孔，以及在采煤工作面顺槽巷道施工高位定向钻孔，根据钻孔性质及采掘要求，通过定向钻孔抽放瓦斯，对于促进采掘衔接平衡和矿井安全生产，可以达到事半功倍的效果。

关键词：定向钻孔；安全生产；应用

1 岩巷穿层定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿新盘区岩巷工作面在掘进过程中，由于开采深度的增加以及3#煤层的瓦斯涌入，使盘区大巷开采进度严重受阻，掘进缓慢，针对此现状，寺河矿利用现有的岩巷作为抽采巷道，利用定向钻机向3#煤层施工岩巷穿层定向钻孔，进行瓦斯抽放，达到“一巷两用”的效果，解决了岩巷掘进过程中瓦斯对安全生产的影响这一难题。

1.1 岩巷穿层定向钻孔瓦斯抽采技术简介

寺河矿原始煤体瓦斯含量高，据有关科研院校测定，某盘区煤体瓦斯含量最高达28m3/t，从2010年1月开始，采用穿层定向钻孔解决瓦斯问题。根据寺河矿生产衔接规划，在当时正在掘进的岩巷——盘区辅助运输巷内布置钻场，向生产规划揭煤巷道位置施工穿层定向钻孔，进行瓦斯抽放。

在岩巷两侧布置钻场施工定向钻孔，钻孔设计深度500-800米，每个钻孔先在岩层中施工，见煤后根据生产需要施工一定深度。在岩层中的钻孔可以拦截瓦斯向巷道涌出，起到掩护巷道掘进的作用，在煤层中的钻孔可以直接抽放瓦斯，达到降低瓦斯含量的目的。穿层定向钻孔布置方式见图1；穿层定向钻孔剖面图见图2。

图1 岩巷钻场定向钻孔布置平面图

图2 穿层定向钻孔剖面图

1.2 岩巷穿层定向钻孔抽采效果

从寺河矿该盘区岩巷实施穿层定向钻孔抽放瓦斯开始，到目前统计的抽放数据分析，每个钻场的第一个钻孔抽放量在5m3/min以上，最高达到22m3/min。钻场施工完毕，在钻孔未被破坏之前，钻场抽放量在25-30m3/min，三个月后逐步衰减。

经过半年以上的抽采，揭煤巷道区域的煤体瓦斯含量降至8m3/t以下，盘区内工作面顺槽巷道能够顺利向前掘进。

截止2014年3月，寺河矿该盘区岩巷钻场瓦斯抽采纯量达到400m3/min，定向钻孔掩护的岩巷掘进以及定向钻孔覆盖8个月以上的煤巷掘进不再受瓦斯的制约，工作面顺槽巷道顺利掘进累计3000余米。预计有两个工作面将比计划提前一年圈定。穿层定向钻孔为寺河矿生产衔接起到了至关重要的作用。

1.3 岩巷穿层定向钻孔技术特点

利用穿层定向钻孔抽放煤层瓦斯，在寺河矿已灵活推广应用。其优点是能够解决岩巷掘进受瓦斯制约的不利状况，使煤层大量的瓦斯通过岩巷穿层钻孔抽出；通过盘区辅助运输巷向顺槽巷道施工穿层定向钻孔，可以减少揭煤钻孔的抽采时间，为揭煤创造条件；定向钻孔在岩巷中开孔，钻孔封孔严密，抽放效果较好。

1.4 下一步优化措施

1.4.1 加大定向钻孔孔径，由原先的Φ96mm增加为Φ99mm，提升抽放效果。

1.4.2 加长定向钻孔封孔段长度，由原先的封8米长，更改为封孔20米，减少漏气及塌孔现象。

1.4.3 适当增加定向钻孔分支个数，提高抽放量。

1.4.4 定向钻孔向工作面煤体延伸，提前解决瓦斯制约回采的问题。

2 集中条带式定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿东井区煤体平均瓦斯含量9.6m3/t，工作面顺槽巷道掘进受到瓦斯制约严重，导致巷道掘进与工作面回采衔接紧张。

2.1 集中条带式定向钻孔瓦斯抽采技术简介

掘进工作面在某区域停止掘进后，在巷道迎头及两侧布置钻场，利用千米钻机施工短间距、长距离、条带式的定向钻孔，施工过程不开分支或少开分支，施工完毕后利用高负压集中抽放这些钻孔，形成高负压、高浓度集中型抽放模式，在短时间内将顺槽巷道前方400-600米范围的煤体瓦斯含量降至8m3/min以下，最终保证巷道掘进不受瓦斯制约，可以顺利掘进。集中条带式定向钻孔布置见图3。

图3 集中条带式定向钻孔布置图

2.2 集中条带式定向钻孔抽采效果

集中条带式定向钻孔投入抽放后，第一个孔抽放量约3m3/min，每个钻场6-8个钻孔，钻场施工完毕后抽放量约20m3/min，随着掘进工作面向前掘进逐步衰减。

钻场施工完毕后即可掘进，掘进过程中基本不受瓦斯影响，部分区域由于割断钻孔有瓦斯涌出，需要对割断钻孔进行拦截抽放后再掘进。

2.3 集中条带式定向钻孔抽放的优越性

2.3.1 高负压抽放效果良好，大幅度减少了瓦斯超限断电的情况。

2.3.2 解决了施工短钻孔与掘进相互影响的局面，施工定向钻孔抽放期间，掘进队伍可在另一个头面掘进，如此良性循环。

2.3.3 定向钻孔施工的精确性，探清了巷道掘进前方400-600米之间煤体构造情况，使得矿井安全生产进一步得到保障。

3 采空区高位定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿由于煤体本身瓦斯含量高，而且部分区域抽放效果不好，导致工作面回采期间在不同程度上仍受到瓦斯制约的情况。

3.1 采空区高位定向钻孔瓦斯抽采技术简介

在工作面回风巷横川布置钻场，提前向开采煤层上部的围岩裂隙带施工钻孔，钻孔设计深度在400-500米范围，钻孔末端位于煤层上方约40米（6-8倍采高），根据回采进度及煤层上部岩体垮落程度，适时提高负压抽放瓦斯，一方面解决工作面回采过程中上隅角以及采空区的瓦斯问题，另一方面解决工作面回采完成后采空区瓦斯顺利抽放的问题。采空区高位定向钻孔布置见图4；高位定向钻孔剖面图见图5。

图4 采空区高位定向钻孔平面示意图

图5 采空区高位定向钻孔剖面示意图

3.2 采空区高位定向钻孔抽采效果

寺河矿高位钻孔在在西一盘区1305工作面、东四盘区4302工作面取得成功试验，钻孔施工完毕，初期不进行抽放。当工作面推进到一定程度，顶板垮落后，开启负压抽放采空区裂隙带瓦斯。单孔抽放量可达3m-63/min，工作面回采完毕后，高位钻孔抽放量达到20m3/min。同时，从回采工作面的回风区域瓦斯监测来看，风流瓦斯明显降低，为工作面的正常回采创造了条件。

3.3 采空区高位定向钻孔抽放的优越性

3.3.1 上隅角瓦斯问题得到解决，工作面安全生产得到保障，提高了生产效率。

3.3.2 相对普通钻机施工而言，定向精确，抽放效果明显。

3.3.3 采空区瓦斯得到有效抽放并加以利用，经济效益和社会效益可观。

4 结束语

煤矿企业的安全生产，在很大程度上取决于瓦斯治理的效果。定向钻孔的施工及抽采技术已经广泛应用于煤层瓦斯抽采领域，但随着开采技术的进步和开采深度地增加，高瓦斯矿井尤其是高突矿井，想要提高产能，瓦斯抽采技术的创新与突破仍然是安全生产工作的重中之重。如何高效率、低成本的抽采瓦斯，将高瓦斯矿井转变为低瓦斯开采，值得技术人员深层次研究和探索！endprint

摘 要：高瓦斯矿井在采掘生产过程中，瓦斯制约是最大的难题。利用定向钻机在岩巷施工穿层定向钻孔，在本煤层中施工短间距、长距离、条带式钻孔，以及在采煤工作面顺槽巷道施工高位定向钻孔，根据钻孔性质及采掘要求，通过定向钻孔抽放瓦斯，对于促进采掘衔接平衡和矿井安全生产，可以达到事半功倍的效果。

关键词：定向钻孔；安全生产；应用

1 岩巷穿层定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿新盘区岩巷工作面在掘进过程中，由于开采深度的增加以及3#煤层的瓦斯涌入，使盘区大巷开采进度严重受阻，掘进缓慢，针对此现状，寺河矿利用现有的岩巷作为抽采巷道，利用定向钻机向3#煤层施工岩巷穿层定向钻孔，进行瓦斯抽放，达到“一巷两用”的效果，解决了岩巷掘进过程中瓦斯对安全生产的影响这一难题。

1.1 岩巷穿层定向钻孔瓦斯抽采技术简介

寺河矿原始煤体瓦斯含量高，据有关科研院校测定，某盘区煤体瓦斯含量最高达28m3/t，从2010年1月开始，采用穿层定向钻孔解决瓦斯问题。根据寺河矿生产衔接规划，在当时正在掘进的岩巷——盘区辅助运输巷内布置钻场，向生产规划揭煤巷道位置施工穿层定向钻孔，进行瓦斯抽放。

在岩巷两侧布置钻场施工定向钻孔，钻孔设计深度500-800米，每个钻孔先在岩层中施工，见煤后根据生产需要施工一定深度。在岩层中的钻孔可以拦截瓦斯向巷道涌出，起到掩护巷道掘进的作用，在煤层中的钻孔可以直接抽放瓦斯，达到降低瓦斯含量的目的。穿层定向钻孔布置方式见图1；穿层定向钻孔剖面图见图2。

图1 岩巷钻场定向钻孔布置平面图

图2 穿层定向钻孔剖面图

1.2 岩巷穿层定向钻孔抽采效果

从寺河矿该盘区岩巷实施穿层定向钻孔抽放瓦斯开始，到目前统计的抽放数据分析，每个钻场的第一个钻孔抽放量在5m3/min以上，最高达到22m3/min。钻场施工完毕，在钻孔未被破坏之前，钻场抽放量在25-30m3/min，三个月后逐步衰减。

经过半年以上的抽采，揭煤巷道区域的煤体瓦斯含量降至8m3/t以下，盘区内工作面顺槽巷道能够顺利向前掘进。

截止2014年3月，寺河矿该盘区岩巷钻场瓦斯抽采纯量达到400m3/min，定向钻孔掩护的岩巷掘进以及定向钻孔覆盖8个月以上的煤巷掘进不再受瓦斯的制约，工作面顺槽巷道顺利掘进累计3000余米。预计有两个工作面将比计划提前一年圈定。穿层定向钻孔为寺河矿生产衔接起到了至关重要的作用。

1.3 岩巷穿层定向钻孔技术特点

利用穿层定向钻孔抽放煤层瓦斯，在寺河矿已灵活推广应用。其优点是能够解决岩巷掘进受瓦斯制约的不利状况，使煤层大量的瓦斯通过岩巷穿层钻孔抽出；通过盘区辅助运输巷向顺槽巷道施工穿层定向钻孔，可以减少揭煤钻孔的抽采时间，为揭煤创造条件；定向钻孔在岩巷中开孔，钻孔封孔严密，抽放效果较好。

1.4 下一步优化措施

1.4.1 加大定向钻孔孔径，由原先的Φ96mm增加为Φ99mm，提升抽放效果。

1.4.2 加长定向钻孔封孔段长度，由原先的封8米长，更改为封孔20米，减少漏气及塌孔现象。

1.4.3 适当增加定向钻孔分支个数，提高抽放量。

1.4.4 定向钻孔向工作面煤体延伸，提前解决瓦斯制约回采的问题。

2 集中条带式定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿东井区煤体平均瓦斯含量9.6m3/t，工作面顺槽巷道掘进受到瓦斯制约严重，导致巷道掘进与工作面回采衔接紧张。

2.1 集中条带式定向钻孔瓦斯抽采技术简介

掘进工作面在某区域停止掘进后，在巷道迎头及两侧布置钻场，利用千米钻机施工短间距、长距离、条带式的定向钻孔，施工过程不开分支或少开分支，施工完毕后利用高负压集中抽放这些钻孔，形成高负压、高浓度集中型抽放模式，在短时间内将顺槽巷道前方400-600米范围的煤体瓦斯含量降至8m3/min以下，最终保证巷道掘进不受瓦斯制约，可以顺利掘进。集中条带式定向钻孔布置见图3。

图3 集中条带式定向钻孔布置图

2.2 集中条带式定向钻孔抽采效果

集中条带式定向钻孔投入抽放后，第一个孔抽放量约3m3/min，每个钻场6-8个钻孔，钻场施工完毕后抽放量约20m3/min，随着掘进工作面向前掘进逐步衰减。

钻场施工完毕后即可掘进，掘进过程中基本不受瓦斯影响，部分区域由于割断钻孔有瓦斯涌出，需要对割断钻孔进行拦截抽放后再掘进。

2.3 集中条带式定向钻孔抽放的优越性

2.3.1 高负压抽放效果良好，大幅度减少了瓦斯超限断电的情况。

2.3.2 解决了施工短钻孔与掘进相互影响的局面，施工定向钻孔抽放期间，掘进队伍可在另一个头面掘进，如此良性循环。

2.3.3 定向钻孔施工的精确性，探清了巷道掘进前方400-600米之间煤体构造情况，使得矿井安全生产进一步得到保障。

3 采空区高位定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿由于煤体本身瓦斯含量高，而且部分区域抽放效果不好，导致工作面回采期间在不同程度上仍受到瓦斯制约的情况。

3.1 采空区高位定向钻孔瓦斯抽采技术简介

在工作面回风巷横川布置钻场，提前向开采煤层上部的围岩裂隙带施工钻孔，钻孔设计深度在400-500米范围，钻孔末端位于煤层上方约40米（6-8倍采高），根据回采进度及煤层上部岩体垮落程度，适时提高负压抽放瓦斯，一方面解决工作面回采过程中上隅角以及采空区的瓦斯问题，另一方面解决工作面回采完成后采空区瓦斯顺利抽放的问题。采空区高位定向钻孔布置见图4；高位定向钻孔剖面图见图5。

图4 采空区高位定向钻孔平面示意图

图5 采空区高位定向钻孔剖面示意图

3.2 采空区高位定向钻孔抽采效果

寺河矿高位钻孔在在西一盘区1305工作面、东四盘区4302工作面取得成功试验，钻孔施工完毕，初期不进行抽放。当工作面推进到一定程度，顶板垮落后，开启负压抽放采空区裂隙带瓦斯。单孔抽放量可达3m-63/min，工作面回采完毕后，高位钻孔抽放量达到20m3/min。同时，从回采工作面的回风区域瓦斯监测来看，风流瓦斯明显降低，为工作面的正常回采创造了条件。

3.3 采空区高位定向钻孔抽放的优越性

3.3.1 上隅角瓦斯问题得到解决，工作面安全生产得到保障，提高了生产效率。

3.3.2 相对普通钻机施工而言，定向精确，抽放效果明显。

3.3.3 采空区瓦斯得到有效抽放并加以利用，经济效益和社会效益可观。

4 结束语

煤矿企业的安全生产，在很大程度上取决于瓦斯治理的效果。定向钻孔的施工及抽采技术已经广泛应用于煤层瓦斯抽采领域，但随着开采技术的进步和开采深度地增加，高瓦斯矿井尤其是高突矿井，想要提高产能，瓦斯抽采技术的创新与突破仍然是安全生产工作的重中之重。如何高效率、低成本的抽采瓦斯，将高瓦斯矿井转变为低瓦斯开采，值得技术人员深层次研究和探索！endprint

摘 要：高瓦斯矿井在采掘生产过程中，瓦斯制约是最大的难题。利用定向钻机在岩巷施工穿层定向钻孔，在本煤层中施工短间距、长距离、条带式钻孔，以及在采煤工作面顺槽巷道施工高位定向钻孔，根据钻孔性质及采掘要求，通过定向钻孔抽放瓦斯，对于促进采掘衔接平衡和矿井安全生产，可以达到事半功倍的效果。

关键词：定向钻孔；安全生产；应用

1 岩巷穿层定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿新盘区岩巷工作面在掘进过程中，由于开采深度的增加以及3#煤层的瓦斯涌入，使盘区大巷开采进度严重受阻，掘进缓慢，针对此现状，寺河矿利用现有的岩巷作为抽采巷道，利用定向钻机向3#煤层施工岩巷穿层定向钻孔，进行瓦斯抽放，达到“一巷两用”的效果，解决了岩巷掘进过程中瓦斯对安全生产的影响这一难题。

1.1 岩巷穿层定向钻孔瓦斯抽采技术简介

寺河矿原始煤体瓦斯含量高，据有关科研院校测定，某盘区煤体瓦斯含量最高达28m3/t，从2010年1月开始，采用穿层定向钻孔解决瓦斯问题。根据寺河矿生产衔接规划，在当时正在掘进的岩巷——盘区辅助运输巷内布置钻场，向生产规划揭煤巷道位置施工穿层定向钻孔，进行瓦斯抽放。

在岩巷两侧布置钻场施工定向钻孔，钻孔设计深度500-800米，每个钻孔先在岩层中施工，见煤后根据生产需要施工一定深度。在岩层中的钻孔可以拦截瓦斯向巷道涌出，起到掩护巷道掘进的作用，在煤层中的钻孔可以直接抽放瓦斯，达到降低瓦斯含量的目的。穿层定向钻孔布置方式见图1；穿层定向钻孔剖面图见图2。

图1 岩巷钻场定向钻孔布置平面图

图2 穿层定向钻孔剖面图

1.2 岩巷穿层定向钻孔抽采效果

从寺河矿该盘区岩巷实施穿层定向钻孔抽放瓦斯开始，到目前统计的抽放数据分析，每个钻场的第一个钻孔抽放量在5m3/min以上，最高达到22m3/min。钻场施工完毕，在钻孔未被破坏之前，钻场抽放量在25-30m3/min，三个月后逐步衰减。

经过半年以上的抽采，揭煤巷道区域的煤体瓦斯含量降至8m3/t以下，盘区内工作面顺槽巷道能够顺利向前掘进。

截止2014年3月，寺河矿该盘区岩巷钻场瓦斯抽采纯量达到400m3/min，定向钻孔掩护的岩巷掘进以及定向钻孔覆盖8个月以上的煤巷掘进不再受瓦斯的制约，工作面顺槽巷道顺利掘进累计3000余米。预计有两个工作面将比计划提前一年圈定。穿层定向钻孔为寺河矿生产衔接起到了至关重要的作用。

1.3 岩巷穿层定向钻孔技术特点

利用穿层定向钻孔抽放煤层瓦斯，在寺河矿已灵活推广应用。其优点是能够解决岩巷掘进受瓦斯制约的不利状况，使煤层大量的瓦斯通过岩巷穿层钻孔抽出；通过盘区辅助运输巷向顺槽巷道施工穿层定向钻孔，可以减少揭煤钻孔的抽采时间，为揭煤创造条件；定向钻孔在岩巷中开孔，钻孔封孔严密，抽放效果较好。

1.4 下一步优化措施

1.4.1 加大定向钻孔孔径，由原先的Φ96mm增加为Φ99mm，提升抽放效果。

1.4.2 加长定向钻孔封孔段长度，由原先的封8米长，更改为封孔20米，减少漏气及塌孔现象。

1.4.3 适当增加定向钻孔分支个数，提高抽放量。

1.4.4 定向钻孔向工作面煤体延伸，提前解决瓦斯制约回采的问题。

2 集中条带式定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿东井区煤体平均瓦斯含量9.6m3/t，工作面顺槽巷道掘进受到瓦斯制约严重，导致巷道掘进与工作面回采衔接紧张。

2.1 集中条带式定向钻孔瓦斯抽采技术简介

掘进工作面在某区域停止掘进后，在巷道迎头及两侧布置钻场，利用千米钻机施工短间距、长距离、条带式的定向钻孔，施工过程不开分支或少开分支，施工完毕后利用高负压集中抽放这些钻孔，形成高负压、高浓度集中型抽放模式，在短时间内将顺槽巷道前方400-600米范围的煤体瓦斯含量降至8m3/min以下，最终保证巷道掘进不受瓦斯制约，可以顺利掘进。集中条带式定向钻孔布置见图3。

图3 集中条带式定向钻孔布置图

2.2 集中条带式定向钻孔抽采效果

集中条带式定向钻孔投入抽放后，第一个孔抽放量约3m3/min，每个钻场6-8个钻孔，钻场施工完毕后抽放量约20m3/min，随着掘进工作面向前掘进逐步衰减。

钻场施工完毕后即可掘进，掘进过程中基本不受瓦斯影响，部分区域由于割断钻孔有瓦斯涌出，需要对割断钻孔进行拦截抽放后再掘进。

2.3 集中条带式定向钻孔抽放的优越性

2.3.1 高负压抽放效果良好，大幅度减少了瓦斯超限断电的情况。

2.3.2 解决了施工短钻孔与掘进相互影响的局面，施工定向钻孔抽放期间，掘进队伍可在另一个头面掘进，如此良性循环。

2.3.3 定向钻孔施工的精确性，探清了巷道掘进前方400-600米之间煤体构造情况，使得矿井安全生产进一步得到保障。

3 采空区高位定向钻孔瓦斯抽采技术应用

寺河矿由于煤体本身瓦斯含量高，而且部分区域抽放效果不好，导致工作面回采期间在不同程度上仍受到瓦斯制约的情况。

3.1 采空区高位定向钻孔瓦斯抽采技术简介

在工作面回风巷横川布置钻场，提前向开采煤层上部的围岩裂隙带施工钻孔，钻孔设计深度在400-500米范围，钻孔末端位于煤层上方约40米（6-8倍采高），根据回采进度及煤层上部岩体垮落程度，适时提高负压抽放瓦斯，一方面解决工作面回采过程中上隅角以及采空区的瓦斯问题，另一方面解决工作面回采完成后采空区瓦斯顺利抽放的问题。采空区高位定向钻孔布置见图4；高位定向钻孔剖面图见图5。

图4 采空区高位定向钻孔平面示意图

图5 采空区高位定向钻孔剖面示意图

3.2 采空区高位定向钻孔抽采效果

寺河矿高位钻孔在在西一盘区1305工作面、东四盘区4302工作面取得成功试验，钻孔施工完毕，初期不进行抽放。当工作面推进到一定程度，顶板垮落后，开启负压抽放采空区裂隙带瓦斯。单孔抽放量可达3m-63/min，工作面回采完毕后，高位钻孔抽放量达到20m3/min。同时，从回采工作面的回风区域瓦斯监测来看，风流瓦斯明显降低，为工作面的正常回采创造了条件。

3.3 采空区高位定向钻孔抽放的优越性

3.3.1 上隅角瓦斯问题得到解决，工作面安全生产得到保障，提高了生产效率。

3.3.2 相对普通钻机施工而言，定向精确，抽放效果明显。

3.3.3 采空区瓦斯得到有效抽放并加以利用，经济效益和社会效益可观。

4 结束语

煤矿企业的安全生产，在很大程度上取决于瓦斯治理的效果。定向钻孔的施工及抽采技术已经广泛应用于煤层瓦斯抽采领域，但随着开采技术的进步和开采深度地增加，高瓦斯矿井尤其是高突矿井，想要提高产能，瓦斯抽采技术的创新与突破仍然是安全生产工作的重中之重。如何高效率、低成本的抽采瓦斯，将高瓦斯矿井转变为低瓦斯开采，值得技术人员深层次研究和探索！endprint