煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术研究

董崇泽

(山西能源学院，山西 晋中 030600)

煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术研究

董崇泽

(山西能源学院，山西 晋中 030600)

瓦斯治理是煤矿安全高效开采的基础。通过对山西北部某高瓦斯矿井地质条件的研究，分析设计了9号煤层瓦斯抽采钻孔的钻孔角度、钻孔长度、开终孔直径等抽采钻孔基本参数，施工后达到了预期的抽采效果。

钻孔设计;瓦斯抽采;回采工作面;本煤层;邻近层

引言

瓦斯煤尘爆炸是我国煤矿的主要灾害之一，严重威胁并制约着煤矿的生产，因此，瓦斯治理对于煤矿安全生产显得尤为重要。山西北部某煤矿属高瓦斯矿井，煤层透气性较差，常规的瓦斯治理措施已经不能满足该煤矿安全生产的需要，因此，需要采取不同的抽采钻孔布置措施进行瓦斯治理，以提高其瓦斯抽采率，实现煤矿安全生产［1－2］。

1 基本地质条件

该煤矿地层由老到新依次为奥陶系中统峰峰组(O2f)、石炭系中统本溪组(C2b)、石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、第四系上更新统(Q2+3)。地层总厚度约为460 m，煤系地层厚度约为170 m。9号煤层最小埋藏深度60 m，最大埋藏深度255 m;15号煤层最小埋藏深度130 m，最大埋藏深度327 m。井田内9号、15号煤层是主采煤层。

本井田总体为向斜构造，S1向斜轴位于井田西部，走向近南北向，两翼倾角不大，倾角一般为5°～8°，在井田内延伸长度约600 m。S2向斜轴位于井田中部偏东，走向北东向，两翼倾角不大，倾角一般为5°～10°，在井田内延伸长度约1 700 m。另外，该矿井下巷道还发现3条断层和4个陷落柱。

2 回采工作面抽采钻孔设计

该矿9号煤层瓦斯涌出量最高的采区(已经开采)回采工作面绝对瓦斯涌出量为13.7 m3/min，其中，工作面本煤层瓦斯5.77 m3/min;邻近层瓦斯7.93 m3/min。结合全国高瓦斯矿井的抽采经验，设计本矿井在实施瓦斯抽采时应进行综合瓦斯抽采。

2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽采

根据预测，该矿开采9号煤层时回采工作面本煤层瓦斯涌出量较大，需要进行本煤层抽采。本煤层抽采分为开采层未卸压抽采和卸压抽采2种方法。设计对回采工作面本煤层采用未卸压抽采(预抽)方法。回采工作面布置顺层平行钻孔方式进行9号煤层预抽采，孔间距3 m。其主要优点为:可保证该煤层瓦斯预抽的均衡性，能实行边采边抽，提高9号煤层瓦斯抽采率。其钻孔布置方式见第98页图1。

主要参数:

1)钻孔位置:回风顺槽内，距离巷道底板1.2 m;

2)钻孔角度:垂直于巷道中线，与工作面平行，水平角上仰约2°～3°(实际生产中需根据煤层赋存情况再作调整);

图1 回采工作面本煤层抽采布置图

3)开孔直径:94 mm;

4)终孔直径:75 mm;

5)钻孔长度:105 m(可根据实际情况调整);

6)钻孔间距:根据实际抽采经验及该矿实际情况，结合回采工作面采长、工作面走向长度、工作面产量、钻孔施工条件等因素综合考虑［3－4］，确定该矿9号煤回采工作面预抽钻孔间距为3 m;

7)封孔方式:聚氨酯封孔;

8)封孔深度:不小于8 m;

9)封孔长度:不小于1 m。

2.2 回采工作面邻近层瓦斯抽采

9号煤层的上邻近层瓦斯主要是1、2、3、4、5、8号煤层，9号煤层平均厚度大约为2.4 m，按照6倍～8倍的采高计算，9号煤裂隙带高度大约在14.4 m以上，根据9号煤层上邻近煤层的层间距可知，除8号煤层位于冒落带外，其余煤层均位于裂隙带中。9号煤回采工作面，在工作面外侧尾巷向工作面一侧的上邻近煤层布置倾斜穿层钻孔，对上邻近煤层瓦斯卸压抽采。该倾斜穿层钻孔最后的终孔位置选择在3号煤层，并且需超出3号煤层1 m。其布置方式见图2。

图2 9号煤回采工作面倾斜穿层钻孔抽采邻近层瓦斯布置图

主要参数:

1)钻孔间距:9号煤回采工作面从开切眼往外20 m的位置布置1对钻孔(1个高位钻孔、1个低位钻孔)，从第1对钻孔往外每隔30 m布置1个高位钻孔;

2)开孔直径:250 mm;

3)终孔直径:200 mm;

4)钻孔角度:上仰35°～50°(根据实际情况确定);高位钻孔取40°、低位钻孔取30°;

5)钻孔夹角:垂直二次复用的尾巷中线;

6)钻孔位置:布置在工作面二次复用的尾巷中，钻孔打至3号煤后且超出3号煤不小于1 m;

7)钻孔长度:高位钻孔长度78 m、低位钻孔长度70 m(可根据实际情况调整);

8)封孔方式:聚氨酯封孔;

9)封孔深度:不小于5 m;

10)封孔长度:不小于1 m。

3 钻孔机具选择

3.1 钻机

考虑到本矿井的煤、岩硬度以及钻孔长度、钻孔施工等，对本煤层和邻近层抽采钻机分别设置:

1)邻近层钻孔施工钻机

采用国产的ZDY－4000S型大口径全液压钻机。该钻机体积小、轻便，便于拆卸及搬迁，给进方式为液压传动。

2)本煤层钻孔施工钻机

采用国产的ZDY－1200S型全液压钻机。

3.2 钻杆

可采用φ42 mm/50 mm/73 mm直径钻杆。钻杆是将钻机的动力传递给钻头，并且将钻井液引入到孔底，钻杆在钻孔中受到扭矩、压力等的综合作用，钻杆材料要求使用抗裂强度不小于55 kg/mm2～65 kg/mm2，延展率大于12%的无缝钢管制成。

3.3 钻头

按照煤岩层的性质和是否需要取芯的不同，选用不同的钻头［5］。开孔用筒状钻头，其孔形光滑、平整便于封孔。开孔后使用三翼刮刀钻头或其他钻头。

3.4 岩芯管

岩芯管用于取岩芯和起导向作用等，宜用无缝钢管制成。岩芯管的长度为1.5 m～2.0 m。为了防止钻孔歪斜，可用长度2 m以上的岩芯管。岩芯管一端用正旋螺纹与其下的钻头连接，另一端用异径接头(俗称大脑袋)与其上的钻杆连接。岩芯管螺纹连接处很容易磨损，所以异径接头外圆直径及钻头直径应比岩芯管大1 mm～2 mm，并且施工中随时观察，如果发现磨损较严重应当及时更换。

4 结论

根据本矿瓦斯涌出的特点，结合同类矿井的抽采经验，本矿应进行综合瓦斯抽采，对该矿的9号煤层回采工作面使用单侧顺层平行钻孔进行该煤层抽采，对邻近煤层采用倾斜穿层钻孔进行卸压抽采，施工后达到了预期的抽采效果。

［1］ 李学来，刘见中.瓦斯灾害治理新技术［J］.中国安全科学学报，2014，14(7):101－104.

［2］袁亮.瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术［J］.中国煤炭，2010，36(6):5－12.

［3］王兆丰，武炜.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析［J］.煤炭科学技术，2014，42(6):31－34，103.

［4］石智军，姚宁平，叶根飞.煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术与装备［J］.煤炭科学技术，2009，37(7):1－4.

［5］荆鸿飞.西山煤田区域瓦斯抽采深孔定向钻进技术［J］.煤炭科学技术，2013，41(11):90－94.

Study on construction technology of gas drainage borehole drilling in coal mine

DONG Chongze

(Shanxi Institute of Energy，Jinzhong Shanxi 030600，China)

Gas control is the basis of safe and efficient exploitation of coal mine.Through the geological conditions study of a gas mine in north of Shanx，this paper analyzes and designs the basic parameters of drainage borehole drilling，including drilling angle，drilling length，and borehole diameter of the No.9 gas drainage borehole drilling in coal seam.After construction，the expected pumping effect is achieved.

drilling design;gas drainage;mining face;coal seam;adjacent coal seam

TE22

A

1004－7050(2016)06－0097－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.31

2016－08－28

董崇泽，男，1968年出生，1989年毕业于中国地质大学(北京)，工学学士，高级工程师，现从事地质工程教学、研究等工作。