煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术浅述

1、煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术浅述中煤科工集团西安研究院有限公司【摘 要】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。山西阳泉地区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。【关键词】 钻孔设计； 瓦斯抽采； 回采工作面； 本煤层； 邻近层低瓦斯矿井处于正常通风状态时，井下瓦斯浓度通常不 会达到爆炸下限，但受多种因素影响，部分煤层瓦斯含量较 低的矿井， 仍然多次发生瓦斯超限， 甚至发生瓦斯爆炸事

2、故。 因此，加强采钻孔施工技术是非常重要的。一、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 460m，煤系地层厚度 约为170m。9号煤层最小埋藏深度 60m,最大埋藏深度255m；15 号煤层最小埋藏深度 130m ，最大埋藏深度 327m 。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

3、伸长度约 600m。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1700m。另外，该矿井下巷道还发现 3条断层和 4 个陷落柱。二、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 13.7m3/min ,其中, 工作面本煤层 瓦斯 5.77m3/min ；邻近层瓦斯 7.93m3/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。（一）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

4、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3m。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。其钻孔布置方式如下图 1 所示：主要参数： 1）钻孔位置：回风顺槽内,距离巷道底板1.2m； 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）； 3）开孔直径： 94mm ； 4）终孔直径： 94mm ； 5）钻 孔长度：105m （可根据

5、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， 确定该矿 9 号煤回采工作面预抽钻孔间距为3m； 7）封孔方式：聚氨酯封孔； 8）封孔深度：不小于 8m； 9）封孔长度： 不小于 1m 。（二）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 2.4m，按照6倍8倍的采高 计算， 9 号煤裂隙带高度大约在 14.4m 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

6、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1m。主要参数：1）钻孔间 距： 9 号煤回采工作面从开切眼往外 20m 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 30m布置1个高位钻孔；2）开孔直径：133mm,经193mm , 一次扩孔； 3）终孔直径： 193mm ； 4）钻孔角度： 上仰 35°50°（根 ?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

7、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 1m； 7）钻孔长度：高位钻孔长度 78m、 低位钻孔长度 70m 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 5m ；10）封孔长度：不小 于 1m 。（三）抽采管路管理 随着工作面的推进，第一组钻孔将逐渐 进入卸压区， 实现卸压瓦斯抽采。随着工作面继续推进，第一组抽采钻孔 将逐步报废，需要将靠近切眼最里段管路逐段拆卸，将端头 用法兰片密封。工作面开采推进过程中，需要至少提前拆除 面前 20m 内管路，给瓦斯管路管理和工作面生产造成一定影 响。为最大程度降低

8、上述工作对正常生产影响，距工作面切 眼 30m 以内钻孔用软胶管与抽采管末端相连， 抽采管末端特 制一段23m长的短管，短管设置 35个变径三通，与靠 近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后向前移动短管，保 持短管始终在抽采管路的末端。三、钻孔机具选择（一）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 ZDY6500LP型大口径全液压钻机。该钻机扭 矩大、多自由度调角机构可实现大角度施工， 全液压传动能。2）本煤层钻孔施工钻机采用国产的 ZDY4000L型全液压钻机。（二）钻杆可采用$ 73mm/89mm直径钻杆

9、。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55kg/mm265kg/mm2，延展率大于12%的无缝钢管制成。（三）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。本煤层瓦斯抽采钻孔用 $ 94三翼内凹PDC钻头开孔， 其孔形光滑、平整便于封孔。邻近层瓦斯抽采钻孔采用 $ 133mm 弧角钻头开孔钻至设计深度，后使用 $ 133/193mm 导向扩孔钻头扩孔至设计深度。（四）泥浆泵 泥浆泵用于钻进时向钻孔内提供冲洗液，这里选用BW250 卧式三缸活塞往复式单作用泥浆泵， 该泥浆泵排量可 根据孔深需要调节四种挡速。四、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。参考文献：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）： 5-1 2 .3 王兆丰，武炜 .煤矿瓦斯抽采钻孔主要封