顶板定向钻孔瓦斯抽采方法研究

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摘要：为解决神华乌海能源五虎山矿业公司采面上隅角瓦斯问题，结合最新引进的西安煤科院生产的ZDY6000LD型全液压千米定向钻机，提出了工作面顶板定向钻孔抽采瓦斯这一新的技术途径。分析了该方法的技术原理、参数选择和钻进工艺，并在五虎山矿业公司906工作面进行了工业性试验，取得了显著的瓦斯抽采效果。

Abstract： In order to solve the corner gas problem of Wuhai Shenhua energy Wuhushan mining company mining face， combined with the latest ZDY6000LD hydraulic km directional drilling produced by Xi'an Coal Science and Research Institute， this paper put forward a new approach： working face roof directional drilling extraction gas， analyzed its technology principle， parameter selection and drilling technology， and conducted industrial test in Wuhushan mining company 906 working face which achieved significant effect.

关键词： 裂隙；定向钻孔；瓦斯抽采

Key words： crack；directional drilling；gas extraction

中图分类号：TE3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）04-0031-02

0 引言

目前，国内大部分矿井采用顶板岩石巷道抽放邻近层和采空区瓦斯，并取得较好的抽放效果，但岩石巷道的掘进费用较大，如能采用岩石钻孔代替抽放巷道，抽放成本将大大降低，并且能提高瓦斯抽采浓度，减少工作面准备时间。为此，在五虎山矿业公司906工作面进行了顶板岩石水平定向钻孔抽放瓦斯的试验。

1 工程概况

906采煤工作面采用走向长壁综合机械化采煤方法，全部垮落法管理顶板。煤层厚度在0.45-4.36m之间，平均厚2．82 m。工作面绝对瓦斯涌出量33.8m3/min，相对瓦斯涌出量11.74m3/t瓦斯压力为0.4-0.64MPa。

工作面施工钻机为西安煤科院ZDY6000LD型全液压千米定向钻机，该钻机采用定向钻进技术，钻孔的轨迹将不再是传统钻机所形成的近似直线轨迹，而是一条点、线式的空间曲线。（表1）

2 顶板定向钻孔抽采瓦斯的技术原理

2.1 技术原理 采用全部垮落法管理顶板时，上覆岩层下沉稳定后，在采动区沿垂直方向由下至上形成了冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。研究表明，在回采过程中，靠近工作面一定范围内的采空区中部上覆岩层离层裂隙发育，采空区不同瓦斯涌出源的瓦斯在浮力作用下沿采动裂隙通道上升。最后聚集在裂隙带上部的离层裂隙内，成为瓦斯聚集区，为采动裂隙带内钻孔抽采技术提供依据。

2.2 顶板长钻孔抽采瓦斯的关键技术 顶板走向钻孔抽采瓦斯主要有两点：一是当顶板走向抽采钻孔布置在回风巷内侧（靠工作面侧）的顶板岩层内时，钻孔抽采的瓦斯主要来自工作面的上隅角，从而解决上隅角的瓦斯超限问题；二是将顶板走向钻孔打到采空区内顶板冒落区上部的裂隙带内，抽采的是采空区或来自邻近层的卸压瓦斯。

3 顶板定向瓦斯抽采钻孔参数

3.1 钻场位置 906采面位于中盘区，九层轨道下山南翼，南为实体煤，西为904采空区，东部为906运输顺槽。906采面高位钻场布置在906采面回风顺槽756米处、354米处、40米处，钻孔整体平行与上下顺槽布置，见图1。

3.2 钻孔的参数确定 分三个阶段进行施工，钻场布置在906采面回风顺槽756米处、354米处、40米处，钻孔整体平行与上下顺槽布置。

第一阶段：共布置6个孔，1、2号孔距离九煤顶板16米，3、4号孔距离九煤顶板18米，5、6号孔距离九煤顶板20米。

第二阶段：共布置6个孔，1、2号孔距离九煤顶板16米，3、4号孔距离九煤顶板10米，5、6号孔距离九煤顶板12米。

第三阶段：共布置6个孔，1、2号孔距离九煤顶板8米，3、4号孔距离九煤顶板10米，5、6号孔距离九煤顶板15米，详见图1。

3.3 实钻参数 906采面高位瓦斯抽放钻孔第一、第二号钻场施工自2011年7月10日中班开始施工截止10月30日早班终孔；第三钻场施工自2012年6月1日早班开始施工截止8月10日中班终孔。共施工瓦斯抽放钻孔7184米，施工岩性为九煤顶板泥岩、砂质泥岩。（表2）

4 应用效果分析

在906工作面进行顶板定向钻孔瓦斯抽采试验，每阶段工作面顶板布置上隅角瓦斯抽采钻孔6个。

4.1 瓦斯抽采效果 以第一阶段为例分析瓦斯抽采效果，钻孔在15～23KPa的抽采负压下，单孔平均抽采纯瓦斯量达到2.5-4.6 m3/min，平均为3.4m3/min左右，瓦斯浓度平均保持在53％以上，最高达75％。据统计，在相同的开采进度下，高抽巷的平均抽采量为16m3/min左右，可见顶板径定向钻孔的单孔抽采量接近高抽巷抽采量的1/5。所以，只要钻孔参数合理，用5个定向钻孔替代高抽巷抽采瓦斯是可能的。

4.2 向钻机的技术优势 用顶板定向钻机抽采瓦斯是一种新的瓦斯抽采方法，与传统的瓦斯抽采方式相比具有如下优势：①该技术能够取代高抽巷抽采采空区和邻近层瓦斯，有效减少巷道掘进量，同时避免高抽巷独头掘进的危险。②钻场布置在采区巷道附近，可与工作面准备巷道并行作业，有效解决高瓦斯矿井采掘接替紧张的问题。③钻孔成孔距离达到近千米，比传统钻孔瓦斯抽采浓度大，抽采时间长。

5 结语

顶板定向钻孔瓦斯抽采方法，有效地解决了神华乌海能源五虎山矿业公司采面上隅角瓦斯问题，减少巷道掘进量，避免高抽巷独头掘进的危险，降低了瓦斯抽采成本，减少了工作面准备时间。同时也为瓦斯抽采提供了新的技术途径，钻孔瓦斯抽采浓度大、时间长，钻孔瓦斯抽采效率显著提高，取得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]赵旭生，孙东玲．定向长钻孔综合抽放瓦斯方法[J]．煤炭科学技术，2001，（3）：13-15．

[2]钱鸣高，许家林．覆岩采动裂隙分布特征研究[J]．矿山压力与顶板管理，1997（3，4）：210-212．

[3]俞启香．矿井瓦斯防治[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1992．