顶板高位定向钻孔抽采瓦斯治理技术应用研究.pdf
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1、 241 科学管理2023年第9期煤与瓦斯突出”是威胁矿井安全生产的杀手。U型通风方式下回采工作面的上隅角瓦斯涌出是矿井安全生产的难点,传统的普通高位钻孔和采空区埋管瓦斯抽采技术受设备、钻孔控制范围和终孔点层位不精准等因素影响,特别是倾斜煤层,工作面斜长会发生变化,导致上隅角积聚的瓦斯气体难以有效隔离,治理效果不尽理想,威胁安全生产,顶板高位定向钻孔技术可以有效解决这一问题,实现以孔代巷,成为当前采空区瓦斯治理的有效手段之一。为降低工作面回风流和上隅角瓦斯浓度,贺西矿设计在3413工作面回风巷施工顶板高位定向钻孔抽采采空区瓦斯2。1 工程概况贺西矿位于山西柳林县陈家湾乡,井田面积18.9km2
2、,设计能力300万t/a,现开采3#、8#煤层,矿井绝对瓦斯涌出量70.16m3/min,相对瓦斯涌出量12.99m3/t,属煤与瓦斯突出矿井。3413工作面设计走向长度345m,回采走向长度285m,倾斜长度163m,平均煤厚9.5m,采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤工艺,工作面煤层赋存稳定。3413工作面上部为已回采结束的页岩保护层工作面,下部为3409底抽巷,布置扇形穿层预抽瓦斯钻孔1685个。2 顶板高位定向钻孔钻进技术2.1 技术原理根据竖“三带”理论和瓦斯扩散渗流理论的研究成果以及煤矿瓦斯防治的实践经验,采用钻孔方式抽采采动断裂带内的瓦斯是抽采采空区瓦斯的有效措施之一。使用这一技术
3、,螺杆钻具进行造斜时与随钻测量系统联合使用,可实时监测孔底钻具的造斜情况,通过调节螺杆钻具的姿态,能对钻孔倾角和方位角进行实时调节,实现对钻孔轨迹的精确控制,保证钻孔轨迹在目的煤层中有效延伸,并可进行多分支钻孔施工,具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采、提高抽采效率等优点。2.2 施工装备及其工艺施工根据钻孔设计深度要求,采用ZYL6000D型钻机及配套泥浆泵车,直径95mm,1.5螺旋槽孔底马达,直径89mm螺旋槽通缆钻杆,直径153mm四翼圆弧定向钻头,以及YSX15有线随钻测量系统等设备器具。具体工艺采用的是螺旋槽通缆钻杆和扩孔外平钻杆水排渣,定向钻进和回转钻进的施工工艺。其工艺流程为:开
4、机前检查开机试机移机支钻扩孔钻进15m(孔径203mm)封孔12m安装气水渣分离器安装导向钻进装置常规钻进(孔径153mm)拆送水器接钻杆测量接送水器送水再次钻进终孔洗孔起拔钻杆完孔移机施工下一个钻孔。施工过程中,利用随钻测量系统实时测量的钻孔轨迹和倾角、方位角及螺杆马达工具面向角数据,结合钻孔深度可计算出钻孔空间轨迹,并通过防爆计算机显示。同时,根据实钻轨迹与设计轨迹的偏差,通过钻机回转器转动钻杆调整螺杆马达工具面向角,达到造斜及调整钻孔轨迹的目的,以保证钻孔实钻轨迹符合设计要求。3 顶板高位大直径定向钻孔的设计布置3.1 设计依据开采煤层受采掘扰动影响,在采空区会形成:垮落带、断裂带和弯曲
5、下沉带。开采后,上覆岩层的裂隙及离层会对瓦斯赋存及运移产生影响,离层裂隙是瓦斯积聚的空间也是瓦斯流动的通道,层间贯通的竖向裂隙是瓦斯进入工作面或采空区的通道,其最大发育高度和密度与采高及岩性有关。当采空区面积达到一定范围后,导气裂隙的分布在平面上呈“O”型圈特征,是回采期间邻近层卸压瓦斯流向采空区的主要通道。煤层开采“三带”和“O”型圈示意如图1所示。顶板高位定向钻孔抽采瓦斯治理技术应用研究梁万林山西汾西矿业(集团)有限责任公司贺西煤矿 山西 吕梁 033000摘要:针对贺西矿回采工作面采空区上隅角瓦斯浓度高的问题,设计在3413工作面回风巷施工顶板高位大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯,以孔代巷,
6、解决回采工作面采空区瓦斯涌出量大的问题;结合采空区三带分布理论,确定了最佳布孔位置贺钻孔参数。实践证明,大直径顶板高位定向钻孔具有施工成本低、抽采效率高、定位好等特点,保证工作面安全回采。关键词:高瓦斯 顶板钻孔 瓦斯抽采科学管理 242 2023年第9期a.截面 b.平面图1 煤层开采“三带”和“O”型圈示意3.2 钻孔设计及其层位布置采空区裂缝带定向钻孔主要抽采断裂带、部分采空区以及受采动影响的上部岩层、邻近煤层瓦斯。根据上覆岩层移动规律和瓦斯流动规律,断裂带中下部裂隙发育充分是邻近层瓦斯和垮落区瓦斯的主要集聚区,具有瓦斯含量高、浓度大的特点,是钻孔抽采瓦斯的最佳位置。受采掘扰动影响,采空
7、区顶板覆岩垮落,形成垮落带、裂缝带和弯曲下沉带,采空区瓦斯上浮涌入上部岩层裂缝带区域,通过提前在裂缝带区域施工顶板高位定向钻孔,可将聚集的瓦斯抽出,因此,垮落带和裂缝带高度可由经验公式(1)、(2)计算:5.26M2.6M100HK+=(1)5.66M1.3M100HL+=(2)式中:HK垮落带高度,m;HL裂缝带高度,m;M采高,m。根据计算得出贺西矿采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤法工作面采空区顶板垮落带高度为15.5m,裂缝带高度为28.2m。因此钻孔施工轨迹布置剖面位于煤二层顶板以上1628m 区域内;平面距3413回风巷分别为10、25、40、55、70m,钻孔孔径为153mm。钻孔
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