超前钻是什么意思

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煤层底板定向超前探查钻孔“一孔多用”技术研究

u文/吴刘洋罗虎

水害及瓦斯是影响煤矿安全

生产的重大威胁。近年来，随着矿

井开采深度的增加，地质条件越来

越复杂，煤层的瓦斯压力及瓦斯含

量随之增加，煤矿安全生产形势

变得更加严峻，针对水害与瓦斯灾

害的治理手段及措施要求也更加

细致、严格，导致矿井的开采成本

越来越高，开采效率越来越低。为

解决这一问题，安徽恒源股份有限

公司祁东煤矿基于水害、瓦斯灾害

治理思路，在祁东煤矿8237工作面

进行了煤层底板定向超前探查钻

孔“一孔多用”技术研究及实验施

工，有效解决了水害、瓦斯治理与

降低开采成本、提高开采效率相矛

盾的问题，为矿井水害及瓦斯治理

提供了有益借鉴。

一、概况

1.矿井概•况

祁东煤矿为煤与瓦斯突出矿

井，水文条件为极复杂型，主采的

32、6,、7,、82、9煤均为突出煤层。矿

井设计年产量为180万t/a,采用两

个水平开采，一7JC平标高为-420〜-

600m(风氧化带下限〜回采上限单

独统计），二水平标高为-600

800m。

2.工作面概况

8237工作面位于井田东翼一7JC

平三釆区，该区域地质条件简单，

整体为一单斜构造，倾向在北西向

与北东向之间，倾角为10°~15°之

间，平均13°，工作面平均倾向宽

203m,走向长1550m。8237工作面

布置在7,35、7,37工作面卸压保护范

围内，实测工作面最大残余瓦斯含

量5.1438：113八，下伏9煤距82煤法距

约10m,9煤在该范围受岩浆岩侵

蚀，纯煤厚〇.96~l.65m,原始瓦斯

含量10.95m3/t。

3.探查及瓦斯治理的必要性

根据《安徽省煤矿防治水和水

资源化利用管理办法》（皖经信煤

炭[2017]218号）文件规定，存在陷

落柱突水威胁的区域，水文地质条

件类型为复杂及以上的矿井的新水

平、新釆区掘进时，必须同时采用

物探、钻探等方法循环探查工作面

前方及顶（底）板富水情况，发现异

常立即停止作业。8237风巷、机巷及

切眼在掘进施工前必须进行超前

探查。

8:37工作面采取切顶卸压沿空

留巷技术，“Y”型通风方式进行

通风，工作面回采期间瓦斯主要来

源：一是工作面裸露煤壁涌出的瓦

斯；二是回采过程中落煤瓦斯；三

是采空区内遗落煤中解吸出来的瓦

斯；四是下伏9煤卸压瓦斯。

采取分源法预测工作面瓦斯

涌出量，下伏9煤卸压瓦斯占工作面

总瓦斯涌出量的比例高达68.4%，

在回釆过程中K邻近层9煤受采动

影响产生卸压瓦斯，通过升浮扩散

及渗流的作用，从下部通过底板影

响带的裂隙向上部扩散进入采空

区，工作面回采期间大量9煤卸压

瓦斯从釆空区和综釆支架架间涌

出，严重制约工作面安全回采。只

要8237工作面下伏9煤卸压瓦斯能

够得到有效治理，就能保证工作面

安全高效回采。

二、钻场及钻孔布置

1.钻场布置

为使钻孔在底板中开孔施工，

选择在三采区东翼1#瓦斯抽采巷

联巷及8237机巷内施工钻场。三采

区东翼1#瓦斯抽采巷联巷钻场位

于82煤底板、9煤顶板，8237机巷钻

场在巷道上帮按坡度〇°施工，钻场

长x宽x高=l2mx5.5mx2.6m。

2.钻孔布置

钻孔布置在煤层底板砂质泥

0QChinaCoalIndustry2020/11

陕煤集团陕北矿业柠条塔公適IM

岩中，距下伏9煤顶板法距2~5m,

控制到风巷向上30m,风巷向下

90m,钻孔沿煤层倾向方向间距

30m，钻孔孔深500~550m。

(1)钻孔施工。三釆区东翼1

#瓦斯抽采巷联巷定向钻场内钻孔釆

用ZDY12000LD型全液压坑道定

向钻机施工，8237机巷定向钻孔选

用ZDY6000LD(B)型全液压坑道

定向钻机施工。

钻孔开孔孔径〇120mm,施

工至不/j、于21m不大于25m孔深后

改用®193mm钻头扩孔，并埋设

ct>146mm、有效长度不小于20m

的单层地质管，套管壁厚不小于

6.0mm,在套管孔口处加设法兰

盘，安装孔口闸阀。用水灰比1:1水

泥浆液进行注浆固管，养护期不

小于72小时，养护期满后做耐压试

验，压力不小于8_lMpa，且稳定时

间不少于30min。耐压试验结束后

釆用定向钻进技术将钻孔施工至

设计要求位置。

(2)钻孔压裂。钻孔终孔后反

复冲洗，将孔内钻屑尽可能冲出孔

外，孔口安装注浆盘，利用2ZBQ-

10/16型风动注浆泵将静压水加压

通过注浆管压入孔内，对钻孔进行

反复压裂，压裂后孔内下人钻具采

用压风吹净孔内积水。全部完成后

并人抽釆系统进行抽釆。

三、煤层底板定向超前探查

钻孔“一孔多用”技术

为达到一孔多用的目的，在工

作面区段釆掘活动前施工钻场沿

着煤层底板向切眼方向布置定向长

钻孔，进行超前探查及瓦斯抽釆。

在釆掘活动前后，定向长钻孔起到

超前探查、采前预抽、采中拦截临

近层卸压瓦斯作用。

1.超前探查

定向长钻孔在掘进活动前，首

先作为超前探查钻孔探清工作面前

方底板富水、地质构造等情况，发

现异常立即停止作业。

2.采前顿抽

对定向长钻孔利用高压水进

行压裂，使煤层底板及下伏煤层顶

板原生裂隙及次生裂隙张开，裂隙

之间相互沟通，通过多次重复压裂

冲洗，促进裂隙延伸，在高负压抽

釆的状态下，本煤层及下伏煤层瓦

斯通过裂隙渗透至钻孔，最终被抽

送至地面进行利用，进一步降低了

煤层的瓦斯压力及瓦斯含量。

3.采中拦截临近层卸压瓦斯

在工作面回采过程中由于围

岩及临近层卸压，裂隙大量发育，

工作面下伏9煤瓦斯大量解吸，定

向长钻孔这时起到了拦截临近层

瓦斯的作用，回采时下临近层瓦斯

涌出量减少，保证工作面安全高效

回釆。

四、效果分析

1.超前探查效果

通过对8237风巷进行超前探

查，查明了巷道底板及侧帮底板水

文地质情况，且各孔施工期间均未

出水，无水文异常情况，保证巷道

安全掘进。

2.采前抽采效果

钻孔通过使用高压水进行

压裂后，钻孔的抽采浓度由未压

裂时的2%~7%增加到压裂后的

62%~86%，单孔抽采纯量由接近〇

上升到〇.26m3/min。

3.采中拦截临近层卸压瓦斯效

果预测

参照8231工作面下伏9煤定向

拦截卸压瓦斯钻孔的抽釆效果，单

孔最大抽采浓度90%,最大抽采纯

量3.09m3/min。釆取施工定向拦

截卸压瓦斯钻孔治理措施后，工作

面瓦斯抽采率平均在50%以上，工

作面最大回风瓦斯浓度降到0.5%

以下，上隅角瓦斯浓度由频繁超限

降到0.8%以下，瓦斯治理效果十分

明显。

4.工程效果

钻孔施工工效高、安全风险

低，避免普通钻机施工时搬家挪移

频繁带来的安全问题；钻孔工程量

小、节省大量材料费用，将超前探

查钻孔与瓦斯治理钻孔相结合，通

过定向钻机进行施工，工程量降低

62%，工程费用降低43.7%;常规钻

孔进行探查需停止迎头掘进工作，

每次探查施工时间需15天，整个巷

道共需探查7次，利用机巷钻场对

风巷进行探查可提前施工，无需停

止风巷掘进工作，减少影响时间。

五、结论

通过对煤层底板定向超前探

查钻孔“一孔多用”技术研究及试

验施工，并对施工效果进行综合

分析可知，此项技术无论在安全效

果、工程费用、抽放效果，还是在

工程量方面，相对传统施工方案都

具有极大的优势，持续应用后将成

为煤矿水害及瓦斯治理和降本增效

的一项有效举措。

(作者单位：安徽恒源股份有限

公司祁东煤矿）

(责任编辑：庞永厚）

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