定向钻机采面逆断层消突钻孔设计及施工技术研究

2022-03-24刘浩

机械管理开发 2022年1期

刘浩

（晋能控股集团寺河煤矿，山西晋城 048200）

1 采煤工作面瓦斯治理现状

寺河矿为高瓦斯矿井，其吨煤瓦斯含量东井区为13.76 m3，西井区为21.8 m3，矿西井区绝对瓦斯涌出量为694.5 m3/min，矿西井区相对瓦斯涌出量为101.85 m3/min。在治理瓦斯过程中，寺河矿始终坚持“先抽后采、以风定产、监测监控”的方针，目前寺河矿井下工作面主要采取定向钻机施工区域递进式钻孔预抽瓦斯。但采面中出现断层区域要进行钻孔消突，针对于西井区西二盘区W2303 工作面出现的DF9 与FW23032-2 两条逆断层，存在以下问题亟待解决：

1）采面逆断层区域断层面较大，影响范围广，煤体破碎，煤量较多；

2）采面逆断层区域利用普通钻机施工消突钻孔，无法对断层煤体进行全覆盖消突，无法保证工作面正常回采需要；

3）普通断层消突钻孔设计不能更好地抽采断层区域上下盘及三角带位置。

2 定向钻机采面逆断层消突钻孔设计

2.1 研究思路

主要从分析区域递进式定向钻孔所在采面逆断层区域如何消突入手，合理设计定向断层消突钻孔施工位置及层位，改进和完善定向钻孔施工工艺，使用定向钻机对逆断层上下盘区域进行消突，提高对采面逆断层区域的抽采能力，保证工作面回采时瓦斯安全，满足矿井安全高效回采需要，具体设计思路如图1 所示。

图1 定向钻机采面逆断层消突思路

2.2 主要研究内容

任务一：采面定向消突钻孔施工位置设计；采面定向消突钻孔施工层位设计；采面定向消突钻孔施工工艺完善和改进。

任务二：取芯实测煤体瓦斯含量，回采过程中实际瓦斯情况验证。

2.3 考核指标

完成适用于采面逆断层区域，区域递进式定向逆断层消突钻孔设计技术方案，在指定试验点进行试验，计划完成的技术指标如下：

1）实际取芯测煤体瓦斯含量在8 m3/t 以下；

2）采面回采过程中无瓦斯安全事故发生。

3 主要技术创新

通过在西井区西二盘区W2303 工作面两侧巷道分别利用岩巷、煤巷两种方案使用定向钻机进行逆断层消突钻孔的施工，使W2303 工作面内的两条断层进一步消突抽采，为矿井安全高效回采作出保障，其创新性和先进性主要有以下几个方面：

1）普通钻机施工采面逆断层区域，且普通钻机因没有轨迹测量装置，无法对钻孔进行精准定位，实际轨迹与设计轨迹偏差较大，无法通过钻孔准确施工至逆断层上下盘三角带位置，起不到消突作用。

2）为了保障钻孔有效的对采面逆断层区域进行消突，同时避免与已施工的区域递进式钻孔打穿，选择定向钻机区域递进式施工，准确找到断层三角带位置进行消突，做到断层全覆盖、增加抽采效果[1]。

煤巷施工钻孔：确定在W23031 巷12 号横川千米钻场，设计钻孔11 个，单孔设计250～280 m，开孔位置距断层面170 m 左右，穿过断层面50 m；为保证消突孔抽采效果，同时尽可能避免与巷道掘进过程中钻孔打穿，造成不返水现象，影响消突效果，每个钻孔通过定向的特点分为三条分支，上、中、下对煤体进行全覆盖，尤其是对断层三角区域进行消突。

岩巷施工钻孔：确定在W23032 巷岩巷2 号千米钻场，设计钻孔11 个，单孔设计280 m，开孔位置距断层面220 m 左右，单孔分支设计终孔点间距为30 m，控制断层前后50 m 范围，单孔交叉进行施工，尽量将分支终孔点间距控制在10 m 以内；每个钻孔分为四条分支，充分利用定向钻孔具有轨迹可定位的特点，采用穿层钻孔抽采的方式对煤体进行全覆盖，尤其是对断层三角区域进行消突。

根据定向钻孔具有轨迹可定位特点，W23032 巷2 号千米钻场施工的采面定向逆断层消突钻孔首次采用了“梳状”的模式，对断层区域进行加密覆盖瓦斯抽采，为有效解决逆断层区域消突起到关键性作用。

3）消突钻孔施工过程中主要通过穿矸见煤、返水返渣情况来判断是否施工至断层三角带区域，若返水返渣突然变小，穿矸见煤时瓦斯异常，可判定该分支成功与施工至断层三角带位置。

定向消突钻孔首次实现了在原区域递进式定向钻孔覆盖区域内成孔并对已施工采面逆断层三角带成功进行了消突，改变了异常煤体区域内瓦斯聚积问题，为逆断层三角带区域瓦斯提供了稳定可控的涌出通道，保证了工作面回采过程中的安全生产[2]。