井下定向深孔抽采工艺确定和钻机的应用
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[摘 要]中国的经济发展和城市建设，加快了煤矿的开采和使用，同时也为采矿的安全提出了更高的要求。瓦斯事故在矿井事故中危害最大，抽采是治理的根本途径。煤层气是清洁能源，储量丰富，应加大开发及利用，抽采更是必要手段。瓦斯抽采也是国家政策法规的要求和引导，所以瓦斯抽采的发展方向是决定煤矿安全生产的重要保证。本文从煤矿瓦斯抽采技术现状入手，阐述抽采工艺及抽采设备的应用。
[关键词]瓦斯抽采；定向深孔技术；钻机；
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0013-02
引言
煤炭工业是关系国际经济命脉的重要基础产业，支撑着国民经济持续发展。国家在《能源中长期发展规划纲要（2004～2020年）》中已经确定，中国将“坚持以煤炭为主题、电力为中心、汽油和新能源全面发展的能源战略”。相当长的时期内煤炭做为我国的主导能源不可替代，这也就对煤矿安全生产提出更高的要求。煤矿瓦斯灾害在煤矿灾害事故中最为严重。瓦斯抽采就成为政策法规的要求和引导。早在2006年，国务院办公厅及国家发改委就分别下发了：[2006]47号“关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采的若干意见”和发改办[2006]1044号“煤层气（煤矿瓦斯）开发利用的‘十一五’规划”。煤矿瓦斯作为一种清洁能源，瓦斯的抽采后利用对国家能源的经济效益也会起到一定的推动作用。
1.1 瓦斯抽采的作用
1、通过瓦斯抽采能降低煤层的瓦斯压力，从而降低煤层瓦斯突出的危险性。
2、降低煤层瓦斯含量，从而降低来踩过程中瓦斯涌出量，进而为生产提供一个良好的安全环境。
3、瓦斯是一种清洁能源，抽采后开发利用会具有很大的商业利用价值。
4、可降低矿井瓦斯排放量，减少对大气环境的污染，具有绿色开采的作用。
1.2 瓦斯抽采的方式
煤矿瓦斯抽采有以下三种方式：井下钻孔瓦斯抽采、地面抽采和矿区井上抽采。井下钻孔瓦斯抽采是最广泛采用的瓦斯抽采方式，相比地面抽采和矿区井上抽采的抽采方式，可以到所有抽采方式的75%以上。
1.3 井下钻孔瓦斯抽采的主要方法
1、回采煤层沿走向孔口旋转钻孔抽采瓦斯。
2、通过瓦斯抽采专用巷道，穿层钻孔抽采邻层卸压瓦斯。
3、采用定向钻孔技术，在工作面或顶板，沿走向或倾向抽采本煤层和邻近层瓦斯。
1.4 井下定向深孔技术的基本特征
1、钻场布置在专用或非专用巷道
2、旋钻对象为煤层和岩层
3、以水等介质驱动孔底马达输出扭矩
4、钻孔深度达到500-1000米
5、按地址情况预先设计钻进轨迹
6、通过孔底马达等方式进行定向造斜
7、通过随钻测斜系统进行造斜定位
8、利用造斜功能进行孔内分支
1.5 井下定向深孔技术的主要优点
1、钻进速度快
2、成孔概率高
3、钻孔成本低
4、抽采面积大
5、抽采效率高
6、衰减周期长
2 瓦斯抽采的工艺方法
定向深孔预抽采工艺取决于煤矿地质、瓦斯状态、抽采计划及施钻环境。目前，按不同的分类方式瓦斯抽采系统可以有不同的方法。按抽采系统的布置方式，可以分为地面钻井抽采与井下抽采。按抽采系统所针对的煤层，可分为本煤层瓦斯抽采与邻近层瓦斯抽采。根据抽采与开采时间先后顺序，可分为采前抽采、边抽边采以及采空区抽采。根据钻孔布置位置以及高度的不同，可以分为高抽巷、低抽巷瓦斯抽采。下面会介绍具有代表性的抽采方法：
2.1制定回采前定向深孔预抽采的工艺原则。回采前定向深孔预抽采的主要工艺方法：
1、顶板高位走向近水平深孔预抽采
2、本煤层近水平走向或倾向深孔预抽采
3、底板近水平深孔多分支穿层预抽采
2.2 本煤层（顺层）瓦斯抽采钻孔施工技术
在煤矿生产过程中，尤其是高瓦斯矿井，从瓦斯治理和利用的角度出发，经常需要再煤层中布置一些列的钻孔用于抽采过释放瓦斯，以确保生产安全。沿煤层钻孔，由于没有无效进尺，钻孔进尺少，成孔速度快，抽采效果好，所以如果施工条件允许时被作为首选预抽瓦斯钻孔的施工方法。在沿煤层钻孔中，根据其目的的不同可分为两类，一类是为巷道掘进服务的预抽瓦斯沿煤层长钻孔和释放瓦斯的防突钻孔，另一类是为煤层回采服务的用于预抽瓦斯的沿煤层走向长钻孔和沿煤层倾向钻孔。
2.3 穿层瓦斯抽采钻孔施工技术
穿层钻孔是解决煤矿瓦斯的另外一种途径。这类钻孔根据其用途和施工方法的不同又可分为两类：一类是在煤层底板中施工专门的瓦斯工艺巷，从该巷道中通过施工上仰钻孔，穿过具有突出危险的松散煤层，，抽采煤层中的瓦斯，降低其压力，为巷道掘进和煤层回采服务。另一类是在煤层回风巷中施工上仰钻孔，穿过煤层顶板及其上邻近不可采煤层，利用煤层回采过程中的采动影响，抽采邻近层及部分采空区的瓦斯，降低回采工作面上的瓦斯浓度。
2.4 定向钻进用于煤矿井下瓦斯抽采四种形式
1、集束型定向钻孔抽采瓦斯2、梳状定向钻孔抽采瓦斯3、顶板高位定向长钻孔抽采瓦斯4、经上下联合抽采瓦斯
3 近水平定向钻机的基本结构
1、近水平定向深孔钻机是实现近水平定向深孔抽采的专业钻机。
2、ZDY500L型钻机是近水平深孔钻机的典型代表，具有高端技术平台。
3、ZDY3500L近水平定向深孔钻机采用整体式结构，由五大部分组成，分别是：动力系统、行走系统、进给系统、操纵系统和测斜系统。
4、ZDY3500L近水平定向深孔钻机的技术参数：
4 近水平定向深孔钻机的关键技术和技术特点
4.1 近水平定向深孔钻机的关键技术包括三大技术：
1、进给传动技术：液压传动技术、液压控制技术、机械传动技术。
2、随钻测斜技术：磁场测量技术、重力场测量技术、计算机处理技术、无磁合金技术。
3、通缆钻杆技术：密封技术、高分子材料技术、无磁合金技术、热处理技术、压力加工技术、合金钢技术。
4.2 近水平定向深孔钻机的技术特点
1、测斜精度高
2、孔位靶向好
3、输出扭矩大
4、可多功能钻孔
4、系统配置高
5、转场能力强
6、人机工程设计
5 近水平定向深孔钻机的研发方向
5.1 钻机的机型方向
1、分体式――适用于小巷道
2、模块式――快速拆装
3、大扭矩式――通用性强
4、超大扭矩式――大孔径及硬岩钻进
5.2 新技术研究课题
1、大扭矩夹持头
2、特强高韧钻杆
3、无线随钻系统
4、液压私服系统
5、整机模块集成
6、随钻孔底探测
6 总结
煤矿瓦斯抽采是保证煤矿安全生产的必要手段，近水平定向深孔钻机是目前国内外煤矿实施“抽采”方针最先进、最有效的设备，确定好井下瓦斯抽采工艺及钻机的选择，将有效的降低瓦斯在井下的浓度及压力，为安全生产提供更大的保证。
参考文献
[1] 赵永刚，井下瓦斯抽采技术发展[J].科技传播，2012.1.
[2] 范晓光，董跃文，矿井瓦斯抽采（放）理论与技术[J]煤矿现代化2014.3.
[3] 姚平宁，煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术[J]煤矿安全 2008.10.