煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术

【摘 要】 为了确保煤矿开采的安全性就需要在煤矿开采过程中对瓦斯进行抽采，这样就能够在很大程度上降低矿井内瓦斯的含量，在煤矿井下进行瓦斯抽采的过程中通常使用的是钻孔抽采，但是对于不同类型的钻孔要使用不同型号的钻孔施工技术，只有这样才能够达到瓦斯抽采的效果，本文将详述高位瓦斯抽采钻孔施工技术、本煤层瓦斯抽采钻孔施工技术、穿层瓦斯抽采钻孔施工技术以及瓦斯抽采钻孔施工技术的发展方向。

【关键词】 煤矿井 瓦斯抽采 钻孔施工

我国煤矿中的瓦斯含量较多，这使得在煤矿开采的过程中遇到了较多的问题，而且不同的煤层地质条件也有较大的区别，给煤矿开采带来了较大的难度。由于瓦斯而导致的煤矿灾害占据总灾害数量的大部分，而且随着今年来采煤深度的增加而使得原本瓦斯含量较低的矿井中的瓦斯含量增高了，这样就更容易导致煤矿安全事故的发生。为了有效的避免由于瓦斯而导致煤矿灾害的发生就可以进行瓦斯钻孔抽采，将矿井中的瓦斯抽采到地面上，这样就能够在较大程度上减少煤矿灾害的发生速度。目前最常用的就是瓦斯钻孔抽采技术，这样技术能够更加多的抽采矿井中的瓦斯，在进行瓦斯抽采钻孔施工中会考虑矿井的地质条件、矿井中瓦斯的含量以及抽采设备的能力，这样才能够使得矿井瓦斯钻孔抽采效果更佳。

为了确保煤矿安全，2006年6月，国务院5/采后必须坚持的同时加快煤层气（煤矿瓦斯）开采利用的数量6收集意见的原则抽水，处理和利用，再一次清楚地0。所谓第一次提取后，是利用预抽瓦斯钻孔，降低煤层瓦斯含量，确保经济复苏是不溢出的气体，以达到安全生产的目的。为了实现这一目标，除了在煤炭建设的几个条件部分可以预先地排水垂直钻井，钻探瓦斯抽放一定要多多建设的煤矿。据估计，在煤炭开采业钻探气体控制的工作量每年有超过1亿5000万米。

在煤矿瓦斯抽放钻孔的治理，根据钻孔的安排，常用的方法有：采用钻孔引流术；缝（床上用品）钻孔和钻孔引流等。因此，我们可以将煤矿瓦斯抽放钻孔钻入屋顶高峰，钻三类沿煤层（床上用品）钻探及耐磨层。在实际施工过程中，我们应该按照矿山地质条件，瓦斯含量，排水方式，井下作业条件，设备容量等因素综合考虑确定的瓦斯抽放钻孔的合理形式。

1 高位瓦斯抽采钻孔施工技术分析

所谓的高位瓦斯抽采钻孔施工技术就是指的抽采上邻近层或者由于开采而导致的瓦斯，其中包括采空区的瓦斯，这样在抽采瓦斯的过程中将更加彻底，下面将详述高位瓦斯抽采钻孔施工技术。

1.1 钻孔层位的选择

高位瓦斯抽采钻孔施工主要是在裂隙带、采空区以及受开采影响较大的邻近层，这样将能够更大限度的减少煤矿开采工作中瓦斯的含量，避免了煤矿事故的发生。裂隙带中下部的裂隙发展的较为充分，是瓦斯的主要聚集区[1]，该地区的瓦斯含量较高，最有利于瓦斯的抽采。为了使得瓦斯抽采的效果更加显著就需要在钻孔的过程中选用稳定的岩层，这样就能够使得瓦斯抽采的效果更加良好。另外，要保证钻孔的抽放效果，首先应保证成孔和后期钻孔的完整性，钻孔布置层位选择时，通过对有效区域内岩层性质和成孔性的分析，尽量使钻孔布置在相对稳定的岩层中。

1.2 钻孔参数的确定

在进行瓦斯抽采的过程中为了达到较好的抽采效果并且缩短抽采时间的话最好是采用大直径的长钻孔，但是关于钻孔深度以及直径的选择需要考虑到实际的地层条件以及相应的抽放要求。地层条件是钻孔参数确定的主要依据，因为只有具备良好的地层条件才能够提高抽采要求并且改进抽采方法，使得抽采的面积更大[2]。如果该煤矿的地层条件较为复杂，很难进行钻孔施工的话就要根据实际情况来调整钻孔参数，通常情况下直径越大抽采效果越好，但是在实际的抽放过程中还需要考虑到抽放周期以及施工成本的问题，那么就要在实际施工中因地制宜，选择最具有经济效益的钻孔直径。

1.3 钻孔的布置形式

钻孔的参数确定之后就要在开采工作面上布置钻孔，来使得瓦斯的抽放达到较好的效果。由于矿井通风压差的影响，靠近回风侧钻孔的抽放效果高于进风侧钻孔，所以在布置钻孔的过程中要将钻孔尽量布置在回风侧，并且在回风巷道中设置钻窝，这样就能够保障瓦斯抽放的容量较大。另外在钻孔的过程中还要尽量避免松软泥岩层，这样才能够保证瓦斯抽采的稳定性。目前国内大多采用的是大直径高位长钻孔抽放瓦斯，并且取得了较好的效果。目前，全国有许多煤炭公司使用大口径高瓦斯抽放长钻孔，取得了很好的效果，如使用的阳泉煤业集团最大孔的603大口径高长钻孔深度MK-6钻机施工。5米，铁法煤业集团拥有超过400米；七台河煤炭使用ZDY10000S钻机施工大直径高瓦斯抽放孔，685米最大孔深，陕西煤业首尔局有520余米。

2 本煤层瓦斯抽采钻孔施工技术分析

在煤矿的开采中为了预防安全事故的发生就需要对瓦斯进行抽采，那么就需要在煤层中进行一系列的钻孔。在开采煤层进行的钻孔可分为两类，分别是巷道掘进中释放瓦斯的钻孔，另一种是回采中的钻孔。在巷道掘进中的钻孔间距应该达到5米，而为了不偏离巷道的掘进方向就要在钻孔的过程中保证孔道的方向[3]。另外为了保证开采过程中的安全并防止瓦斯的危险，就要进行防突钻孔，以此来降低瓦斯的压力，确保施工的安全性。另外在煤矿的开采过程中还要根据瓦斯的含量来进行预抽钻孔，这种方式主要是为了预防瓦斯大量聚集而设置的，使得煤矿的开采更具安全性。

在煤层一些特别高的瓦斯含量，有时也在气体排放上的孔的两侧煤巷，以保证正常的煤巷的施工。而且这种防突钻机，只是由于施工设备，钻探深度浅，我们不作为讨论的重点。实践证明，只要地面条件适宜，设备，方法得当，类能起到很好的防突钻孔防喷器的效果，有利于加快巷道掘进速度。

在煤矿的实际生产当中，一般各矿根据本矿区瓦斯赋存量和相对涌出量、回采工作面长度等决定本煤层预抽钻孔的布置方式。目前所采用的钻孔布置方式主要有两种，一种是沿工作面走向布置走向长钻孔，另一种是沿工作面倾向布置沿煤层钻孔。沿工作面走向布置走向长钻孔的钻场一般设置在回采终止线或尾巷附近，钻孔深度根据工作面长度和具体的施工条件而定。现有设备的能力已经完成1000米钻井施工的能力，它通常是1000米上面面前，如果煤成孔更好的条件，水平长钻孔深度的设计可达到800～1000米，布置每个人脸4至5长钻孔，覆盖整个脸部进行预抽瓦斯，如陈家山煤矿在铜川，陕西，超过1000米，沿煤层钻孔深度800～1000米，钻孔直径设计工作面长度113毫米，使用ZDY10000S钻机完成钻探865米的深度。晋城煤业集团，利用ZDY6000S，ZDY6000L钻机，沿煤层钻井施工导致500～600米好。由于形成的原因或设备容量的问题，深条件的结构受到限制，考虑工作表面被划分成几个部分，然后沿面分割排列的金刚石场区间和设计长钻孔，钻深一般为300～500微米。[4]在这种情况下，你可以使用ZDY3200S，ZDY4000S，ZDY4000L像深孔钻机，沿煤层瓦斯抽放钻孔施工。面对倾向沿沿钻孔的煤层，钻孔的钻孔对角排列在平行和交叉钻孔钻探的形式。钻孔深度一般为80～150米，终孔直径94～130毫米，钻孔间距10～30微米。根据实际使用效果试验采场钻孔钻进方向斜角布局提取（售）更好。阳泉煤业集团利用ZDY1200L，ZDY4000L那种挖钻机施工中，由于拆卸方便，并取得了良好的效果。

3 穿层瓦斯抽采钻孔施工技术分析

穿层钻孔施工技术是为了解决煤矿瓦斯的另一种途径，穿层钻孔可分为两类，分别是施工上仰钻孔和回风巷道上仰钻孔，通过穿层瓦斯抽采钻孔施工技术将能够显著的降低煤层的压力，使得松散的煤层不会出现塌落的情况。[5]另外在回风巷道进行上仰钻孔将能够使得抽采煤层邻近层以及采空区的瓦斯，从此来降低了回采工作面上的瓦斯浓度。穿层瓦斯抽采钻孔抽采施工主要是针对具有突出危险的松软煤层，这类煤层中的瓦斯含量较高，而且煤层松软极难进行钻孔，这类钻孔要能够穿过煤层，直到进入顶板。

在某些情况下，比如在断裂带和其他天然气储量丰富的地区遇到的将是一些较短的专用车道在煤层气楼，几十个甚至上百个不同的方向，钻井不同角度的建设，施工覆盖区域，其煤层瓦斯抽放。例如钻孔，一般通过缝入屋顶最后一洞。[6]在每个钻孔间距之间的煤炭分部这样的钻孔应尽可能接近，以确保当天然气开采，希望整个天然气开采区域可以有效地释放，以确保安全煤层开采。由于小孔的深度这样的情况下，由容量较小的平台，希望良好的实际效果。

钻孔煤层顶板施工耐磨层，通常在回风顺槽及私人道路（或注浆巷道雨水排放隧道）选定的瓦斯抽放方法进行的，它适用于矿山煤层顶板岩性较好，相邻层不予受理，但高瓦斯含量，压力情况。在这种情况下，几乎不可能层可以是一层的煤，它可以是多层，它们的共同特点是由于关闭从主煤层，采煤顶板断裂带是在范围内。在开采过程中，受矿山，煤炭几乎不可能气体沿断裂带和冒落带煤层，采掘工作面的涌入，瓦斯超限受矿山生产安全，甚至造成严重的瓦斯事故。如果杨钻至接缝屋顶结构，通过在相邻的层，从而使钻入屋顶裂隙带并进行负压，由采矿的影响与在钻孔的高浓度气体的裂纹将被排出，使它不产生影响采煤工作面的涌入工作。[7]为了提高天然气开采，高浓度的气体，例如钻井轨迹无法进入冒落带的提取效率，否则会导致较低的瓦斯抽放浓度，起不到应有的效果。如果轨道钻设计合理，采掘工作面过钻孔位置，依靠钻孔和接触的断裂带，在一定时间内仍然可以排出高浓度瓦斯裂缝带，防止采空区，采场安全的涌入威胁，这个距离，一般50m左右。

建设时，在回风槽或专用巷道每隔30～50米安排了专门的演练场，每个钻场煽动呈放射状排列5至10个孔。钻孔深度一般为100米，最大钻孔直径到200mm，35B～45B之间钻孔倾角。选择轨迹的角度是必要的，以确保钻孔不进入冒落带，也能保证有足够长的断裂带。[8]在一些情况下，钻孔进入裂隙带时，使用定向钻井减少钻孔方法倾角在断裂带延伸钻孔的长度，从而提高排水效果。例如阳泉煤业集团利用ZDY1900S，ZDY3200S钻机，在相邻层瓦斯抽采，取得了良好的排水效果。

4 未来的发展方向

在煤矿开采事故多发的现今社会，人们越来越重视瓦斯抽采的重要性，而且在瓦斯抽采方面取得了较大的进步。但是我国的煤矿地质条件较为复杂，所以在进行定向瓦斯抽采钻孔施工以及松软煤层钻孔施工方面需要进行加强，只有这样才能够提高我国煤矿瓦斯抽采的钻孔施工技术，使得煤矿开采的事故更大限度的减少。近20年来，中国不仅在煤矿瓦斯抽放方法，而且在瓦斯抽放钻孔和建筑设备，采矿技术成孔，都取得了长足的进步。专用瓦斯抽放钻孔设备从无到有，从小到大，现在已经钻施工公里的能力。但是我们应该看到，由于煤，在定向钻井施工和软煤层钻孔区瓦斯抽放，并与矿山的实际需求，需要进一步改进复杂的地质条件。术后2～3进一步努力，在软煤钻，适用于软煤螺旋钻杆钻井的中压空气钻井和钻井方面的条款预计将取得长足进步。条件合适的情况下，无论是高或沿煤层瓦斯抽放钻孔，最大深度将达到800～1000米以上，甚至大于1200M，并根据不同的需要，该系列的产品和方法能实现受控定向钻探真正意义上的500μm以下，600～800微米形成。

煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术是一项较为复杂的施工技术，所以在进行瓦斯抽采的工作中要能够针对实际情况合理的进行施工。

参考文献：

[1]王二鹏.超长钻孔瓦斯抽采工艺研究[D].辽宁工程技术大学，2010-12-01.

[2]刘志伟，何俊材，冯康武.瓦斯含量直接测定法在大方煤田的研究[J].中国煤炭，2011.

[3]郝富昌，刘明举，孙丽娟.基于多物理场耦合的瓦斯抽放半径确定方法[J].煤炭学报，2013年.

[4]陈向军，刘军，王林.不同变质程度煤的孔径分布及其对吸附常数的影响[J].煤炭学报，2013年.

[5]李琦，陈学习，陈鹏.瓦斯抽采钻孔主动承压式密封技术及应用[J].华北科技学院学报，2012年.

[6]王兆丰，周少华，李志强.瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的数值计算方法[J].煤炭工程，2011年.

[7]杜春志，王东武，邱文艳.煤层气井多井压裂效果的数值分析[J].矿业安全与环保，2012.

[8]王大庆，邢祥，徐学伏.聚氨酯注浆封孔技术在松软煤层瓦斯抽放中的应用[J].中国煤炭，2011年.

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