井下定向钻进技术与装备在大湾煤矿的应用

摘要：井下定向钻机及其配套设备在水城矿业股份有限公司大湾煤矿120204机巷迎头钻场施工本煤层定向钻孔，对治理瓦斯预抽、解决安全综掘巷道难题有显著作用。

关键词：定向钻进；瓦斯；综掘

贵州水城矿业股份有限公司大湾煤矿属煤与瓦斯突出矿井，针对120204工作面采用常规钻机钻进施工时，施工工作量大、单孔深度不足、钻孔轨迹不可控、瓦斯抽采浓度较低等问题，拟采用ZDY6000LD（B）定向钻机进行长距离本煤层定向孔施工。施工期間在120204回风巷工作面迎头钻场共施工7个长距离本煤层定向钻孔，单孔设计深度300m，总结出一套适合大湾煤矿本煤层定向长钻孔成孔方法和布孔参数，以解决瓦斯预抽、安全综掘巷道难题[1]。本次使用的是ZDY6000LD（B）型井下定向钻机及其配套设备，试验期间共施工本煤层定向钻孔2个。主孔深度分别为1号钻孔303m，2号钻孔306m，分支孔总进尺888m，定向钻进总计进尺1497m。施工技术指标为：ZDY6000LD（B）定向钻机计划施工7个孔径≥96mm、单孔深度≥300m本煤层定向钻孔。

1 钻孔轨迹设计

1.1 钻孔设计原则

（1）定向钻场、钻孔布置应该与工作面巷道工程围岩环境、构造条件、采掘现状、排水通道、钻机能力相适应；

（2）设计定向钻孔沿工作面走向布设；

（3）选择合理的轨迹设计，科学布孔，达到最佳抽放效果；

（4）发挥ZDY6000LD（B）型钻机定向优势，在地层中精确定位，确保钻孔轨迹在目标地层中延伸，达到最佳瓦斯抽采效果。

（5）为了达到良好的抽采效果，布置本煤层瓦斯抽采定向钻孔时，设计钻孔应尽量穿过本煤层区域，保证本煤层内瓦斯抽采顺畅，以解决条带瓦斯预抽、保障巷道掘进安全。

1.2 钻孔设计及相关施工参数

钻孔分布在2#煤层巷道掘进方向，距离分布在巷道（宽46m）两侧15m范围内，共7个钻孔，终孔间距5m。

定向钻孔在水平面设计：平行于巷道掘进方向，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#孔位置分别距离巷道中心0m、5m、10m、15m、5m、10m、15m位置；在剖面上沿着2#煤层走向施工。主孔设计深度300m。

1.3 钻场布置

（1）钻场内要形成水渠和沉淀池。

（2）钻场内要进行硬化处理（或为岩石底板）。

（3）钻场内水管吊挂要统一、整齐。

（4）钻场内水泥硬化要形成一定坡度，保证水可以流入水仓内。

（5）每一钻场施工完毕要挂定向钻孔管理牌版，牌板要吊挂整齐标准，填写要完整、规范。掉钻头钻杆牌板必须是带黄色警示的专用牌板。

2 钻孔施工情况

钻孔施工工艺：

1）移机定位。根据钻孔设计的要求和钻机操作规程的规定将钻机搬移至开孔位置，按照规定方位角和倾角固定钻机，钻机前方距离开孔点煤（岩）壁的距离不小于1.5米但不宜大于3米，开孔高度不得小于1.5米，当条件不具备无法按照设计参数开孔时，需经过钻孔设计人员的认可重新修订设计参数。

2）开孔和扩孔。移机定位完成后即可进行开孔扩孔操作。钻孔开孔之前，在开孔位置将网片剪开400mm×400mm的开口，便于下钻开孔。使用ф98mm弧角钻头和普通钻杆采用旋转钻进方式直接开孔，然后用ф153和ф193mm扩孔钻头和普通钻杆采用旋转钻进方式分二次扩孔，开孔段长度根据所使用的封孔管长度钻进到合适位置停止钻进。

3）封孔。 采用成熟的上行孔注浆管和排气管的布置方式封孔。

4）安装孔口装置。封孔后进行孔口安全设施的安装，在孔口封孔管外端加装导引四通，导引四通上端与汇流管相接，导引四通下端与汽水煤分离器连接，汽水煤分离器连接再与沉淀箱连接，导引四通前端联接钻机，导引四通后端联接封孔管。孔口四通上口与抽管间应依次加设水针、四寸控制阀门，水针应留设在单孔控制阀门上游。然后将抽管串联放水器后连入抽放管路。钻孔施工过程中根据现场瓦斯大小，调节阀门，做到边打边抽。孔口四通下端与气水分离器相连。气水分离器上端应加设四寸控制阀门、水针、蛇形管、放水器后连入抽放系统[2]。

3 结论

（1）本次采用ZDY6000LD（B）型定向钻机及配套定向钻进设备，共计施工2个本煤层钻孔，分支孔7个。最大钻孔深度306m，分支孔累计进尺888m，定向钻进累计进尺1497m，各钻孔均达到设计要求。

（2）ZDY6000LD（B）型定向钻机性能稳定可靠，采用联动操作控制，操作简单方便；采用钻车和泵车两体式布局结构，且能够相互独立行走，搬迁方便，现场布置灵。

（3）YSXWT（B）无线随钻测量装置测量信号稳定可靠，抗干扰能力强，采用电池供电方式供电，使用方便，且单次使用时间长，大大减小劳动强度。

（4）采用Ф96mm钻头定向钻进，Ф153/193mm扩孔钻头扩孔6m的钻进工艺，该工艺钻具级配合理，钻进效率高。

（5）ZDY6000LD（B）定向钻机及配套装备与技术适合水城矿业股份有限公司大湾煤矿定向钻孔施工，为实现区域瓦斯高效治理和安全高效掘進提供了一个新的技术手段，为该矿的瓦斯抽采钻孔施工提供了一个可行的新方法，对于煤矿安全高效生产有重要意义[3]。

参考文献：

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

[2]程远平，付建华，俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报，2009，26（2）.

[3]国家安全生产监督管理总局.AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标[S].北京：煤炭工业出版社，2007.

作者简介：刘楠（1988），河南邓州人。