矿山开采区易燃气体定向长钻孔高效成孔技术研究

2019-07-22王继承

世界有色金属 2019年10期

王继承

（宁夏煤炭科学技术研究所，宁夏银川 750000）

井下易燃气体抽采是保证矿山开采安全前提条件，定向长钻孔高效成孔技术是矿井易燃气体抽采中常用的技术，根据布孔位置的不同，可分为成本矿层钻孔、高位钻孔、穿层钻孔等多种形式，定向长钻孔高效成孔技术可提升气体抽采的安全性和高效性。基于此开展井下可燃气体抽采定向长钻孔高效成孔技术的研究就显得尤为必要。

1 定向长钻孔高效成孔技术的优势

提前做好井下易燃气体开采及气体泄漏治理措施，是保证煤矿开采安全性的重要工作。应用定向长钻孔高效成孔技术是目前井下易燃气体开采中应用的主流技术。在同等地质条件下，此项技术的单孔平均流量是传统穿层钻孔的50倍。抽采浓度标准是穿层钻孔的2倍以上。

矿层顶板、底板、断层可通过定向长钻孔高效成孔分支技术进行探查，从而帮助能源开采企业提供更加完善的地质资料。

定向长钻孔高效成孔技术在应用过程中，不会受到空间和时间上的限制，具有更强的适应能力。

2 定向长钻孔高效成孔技术应用要点

2.1 合理设置钻孔条件

定向长钻孔高效成孔技术是矿井易燃气体抽采中应用的主流技术，提升应用效率的关键在于提升钻孔布置的合理性。在钻孔布置中要综合考虑以下两点：①在进行布孔层设定时，尽量选择底层裂缝位置或者中硬度岩层。如果选择了底层裂缝带，则以中部或者上部为主，避开下部位置，以提升气体抽采的浓度和效率，避免岩层移动或者断裂影响易燃气体抽采的安全性。②在设定布孔层位时，如果钻孔位置设定在矿层倾斜处，则要对开采位置的通风效果以及易燃气体的流动性进行全面分析，进一步提升抽采效率[1]。

2.2 选择合理的钻孔设备

井下采施工的钻探施工装备系列较多，其中应用于定向钻孔施工的常用设备为ZDY6000LD型钻机。其主要参数见表1所示。

表1 ZDY6000LD型钻机主要参数表

应用该型号钻机及配套装备，采用合理的钻进工艺，钻孔孔深可达1000m以上。此种钻机具有较广的适用性，即可满足普通回转钻进施工要求，又可满足长距离定向钻孔施工要求，普遍应用于井下易燃气体抽采、防治水等钻孔施工领域。

3 定向长钻孔高效成孔技术在矿井易燃气体抽采中的应用

3.1 开孔

开孔是定向长钻孔高效成孔技术应用首要环节，其施工质量直接决定了后期各道能否顺利开展，因此，为保证开孔质量，必须从以下几个方面同时入手：

第一，在开孔之前，需要对施工现场和易燃气体浓度进行全面系统的检查，此外，还要对供水、供电等情况进行全面检查，确认其能否顺利进行，并检查排水、排渣、避灾线路是否通畅。

如果发生堵塞或者存在安全隐患要及时处理，未达标之前严禁动工，将安全隐患控制在萌芽状态，保证施工的安全性。第二，在钻机启动之前，需要对现场情况进行全面巡视，按照施工方案和设计标准参数进行钻孔操作，在钻孔时要控制倾斜角和方位角的误差在允许范围中，开孔时要严格遵循“轻压慢进”的原则，以保证施工质量满足设计要求。第三，当孔口管彻底凝固以后，将排水管和排查管接到回风侧，如果采用软管连接，必须用钢丝扎紧，避免发生易燃气体泄漏，在孔口位置还要采用棉纱、密封装置等进行封堵。

3.2 钻进过程

第一，钻进开始之前，对易燃气体、风电闭锁装置等进行全面检查，确认达到要求后，才能开始钻进操作。钻具准备完成，钻机启动之前，保证马达朝向正前方，避免钻具发生回转，下入15m左右时，进行开新孔操作，对工作面进行及时修正，如果需要进行提钻操作，应当对钻具的整体性进行检测，并重新组合钻具。第二，在钻进过程中，也保证钻头受压的均匀性，无论是加压还是减压，都要连续进行，严禁采用跳跃式加压，保证钻孔质量，避免发生塌孔等质量问题。在钻进过程中，还要时刻关注水压、水量、反渣情况。这些参数反映了钻孔状态。在钻孔过程中，可充分利用气水分离器，一边抽采一边钻进，距离设计孔底3m左右时，要适当降低钻进的速度，避免发生超钻或者欠钻问题。第三，钻进到设计深度后，需要再次进行洗孔，以保证退钻、抽放的通畅性，钻进工作结束后，及时同时现出工程监理单位进行验收。

4 现场应用实例分析

某采矿区，矿层比较稳定性，但局部存在的断层，断层位置尚不明确，在底板上存在2m～3m软矿层，在钻进过程中容易发生卡钻问题，对钻具安全造成了一定的隐患。为满足定向长钻孔高效成孔施工的要求，采用了探顶、开分支、再探听、再分支循环往复施工的方法，每隔50m～80m探顶一次，保证钻孔工作能顺利开展。4#钻孔实钻深度为1106m，总进尺为1412m，探顶10次。5#钻孔实钻深度为1056m，总进尺为1842m，探顶10次，探底8次，钻孔工期为10天，取得了良好效果。

此种施工方法的特点是在钻进过程中，每钻进50m～80m就进行一次人为主动探顶，以获知顶板起伏情况，然后提钻一定18m～22m进行分支开孔，促使钻孔从顶板下的矿层中前继续延伸，如此循环往复操作，直到达到设计标准。在退钻操作时，进行一定距离的探底后释放下分层矿层易燃气体，和传统矿井易燃气体抽采技术相比，此种施工技术具有：可实现全煤层钻进、可精确探测矿层起伏情况，保证钻孔精度、避免盲目钻进，提升钻孔效率的特性。