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VLD—1000型定向钻机在金能煤业分公司的应用效果初探

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强维河

摘要：金能煤业分公司于2006年引进了澳大利亚VLD-1000型定向钻机，在公司二区2457、3252、3262工作面进行了试应用，达到了良好的应用效果，在一定程度上缓解金能公司抽、掘、采接续紧张的现状。

关键词定向钻机应用

1 矿井概况

石嘴山金能煤业公司一区（原石嘴山一矿）、二区（原石嘴山二矿），均为有着近50年开采历史的老矿井，一、二区井田属同一煤田。矿井划分为两个层组开采，上组煤含煤3层，可采煤层2层，下组煤含煤6层，可采煤层4层。

2012年矿井瓦斯、二氧化碳涌出量测定结果为：绝对瓦斯涌出量为97.97m3/min，相对瓦斯涌出量为20.93m3/t；绝对二氧化碳涌出量为29.31m3/min，相对二氧化碳涌出量为6.26m3/t。现瓦斯地质储量2621Mm3，瓦斯可采储量1327Mm3。主要含瓦斯煤层为三层煤（平均厚7.2m）测得瓦斯压力为4.2Mpa，五、六层煤测得瓦斯压力为1.8Mpa，三层煤瓦斯含量为9.47～10.58 m3/t，具有煤与瓦斯突出危险，瓦斯问题已严重制约矿井的安全生产。

2 瓦斯抽放现状

2.1 瓦斯抽放系统及抽放方式

公司现有固定抽放泵9台，其中：2BEC-72型水环式真空泵3台，额定抽采量为442 m3/min；2BEC-52型抽放泵3台，额定抽采量为238 m3/min； 2BE3-400型水环式真空泵3台，额定抽采量为85 m3/min；ZWY90/110—G型井下移動抽放泵2台，额定抽采量为90 m3/min；ZWY110/160-G型井下移动抽放泵2台，额定抽采量为110 m3/min；抽放主管Ф800mm480m，干管Ф550mm5060m，支管Ф450mm1350m，支管Ф325mm13730m，支管Ф219mm200m，管路总长20820m。瓦斯抽采泵24h正常、连续运转。

矿井现有各种类型钻机13台，最大施工能力为150-600米，都均为普通型钻机。金能公司多年来主要采用底板巷穿层钻孔预抽，回采机巷、回风巷顺层钻孔边采边抽，回风巷施工高位钻孔等工艺相结合的瓦斯抽采方式综合治理矿井瓦斯，取得了一定效果。

2.2 影响瓦斯抽放效果的原因

（1）长期使用传统的抽采方法和工艺，多年来都是在新采区开拓巷道形成后，才能进行瓦斯抽放钻场施工。这样就造成一个采区的采煤工作面和瓦斯抽放钻场几乎是在同时开始施工，往往造成采煤工作面已经开始回采，而该工作面的瓦斯抽放钻场施工滞后现状，形成了预抽期短。

（2）在采用穿层钻孔施工时，由于钻孔施工中煤孔只占30%、岩孔占70%，这样就形成无效进尺多，施工速度慢。

（3）抽放瓦斯时由于煤孔有效进尺少从而造成抽放钻孔利用率低、单孔抽放量小、抽放率低，并使抽放周期延长。

（4）钻机性能低，不能施工倾角大的俯角孔，这样就造成了工作面存在抽放盲区影响瓦斯抽放。

3 VLD-1000千米钻机的应用

针对金能公司采、掘、抽关系严重失调，影响矿井正常生产接续的问题，2006年引进了一台澳大利亚VLD-1000型定向钻机，在金能公司二区2457、3252、3262工作面进行了试应用。

3.1 VLD-1000型定向钻机的特点

（1）VLD-1000型钻机具有定向钻进功能，利用这个功能可以集中布置瓦斯抽放钻孔。

（2）利用VLD定向钻机的水平分支功能，可以在扇形钻孔布置时，在钻孔接近终端进行分支，保证煤层钻孔在终端的间距基本相同。

（3）钻孔在垂直方向进行的探顶与探底形成了垂直方向的多分支，充分提高了煤层的透气性。

（4）VLD-1000型钻机是井下定向钻进设备，具有钻进能力大的优点，可以钻进1000m以上。

通过VLD-1000型钻机最先进的技术随钻测量定向导向系统，模块化电子信息传递连接钻杆，可以根据瓦斯抽放设计要求，按照指定目标定向钻进。实行钻孔轨迹的实测和控制来进行钻场施工。

3.2 钻场的选定和钻孔布置

在2457、3252、3262三个区段进行打钻，2457（2458）工作面走向长度为1650 m，倾斜长度为130 m，煤层厚度2.2m 。3252工作面走向长度为1300m，倾斜长度为160 m，煤层厚度2.2m。3262工作面走向长度为1300m，倾斜长度为185m，煤层厚度11.59m。五、六层煤层间距平均1.4m。

钻场分别选在+725水平2457工作面、+660水平31-32区集中运输机石门内，根据测得抽放半径为6-8m，在+725水平2457工作面南、北段各施工一个钻场布置7个瓦斯抽放钻孔，钻孔间距平均为12m，每个钻孔主孔沿煤层走向设计为550-600米。在3252、3262工作面南、北段各施工一个钻场布置12个瓦斯抽放钻孔，钻孔间距平均为16 m，沿工作面倾斜方向平行布置，每个钻孔钻孔主孔沿煤层走向设计为696-790米，为了增加煤层透气性和更好地控制定向轨迹，并分别在主孔内每格50米设计一个树状分支孔。设计图如下

3.3 钻机施工

从2006年11月6日，VLD一1000钻机在+725水平2457工作面，开始施工第一个测试钻机性能的瓦斯抽放钻孔至2007年1月17日，由外方高级钻工施工完第一个测试钻机性能的钻孔（主孔深519米），测得瓦斯浓度85%、流量0.9m3/min，单孔抽放量17.1万m3。因生产接续需要2457工作面要进行回采安装只施工了1851米。于2007年4月10日至2008年4月，VLD一1000钻机搬至+660水平3252、3262工作面进行瓦斯抽放钻孔施工了20148米。通过对3252、3262工作面的瓦斯抽放钻孔的施工（主孔深619米），测得瓦斯浓度100%、流量.3.2m3/min、单孔抽放量50万m3.使工作面的平均预抽期达到30个月以上。可以从根本上解决3252、3262工作面的瓦斯问题。

3.4 瓦斯抽放效果分析

（1）2457-2458工作面走向长1560米，已采完。根据2457工作面瓦斯抽放钻孔完成时间和实测个各钻孔的平均流量为0.9 m3/min和浓度为85%。按百米钻孔衰减率公式和百米钻孔任意时间内抽放总量为38.7万m3。由于2457工作面没有按设计完成钻孔施工，故在此没有对抽放率进行统计。

（2）3252、3262工作面走向长1300米，倾斜长度分别160 m、185 m，预计2010年开采。在31-32区+600m中央石门测得五层煤瓦斯压力1.8MPa，计算得：五、六层煤的瓦斯含量为6m3/t，工作面瓦斯储量为2725万m3。根据实测已完成钻孔的平均流量2.8m3/min和浓度为90%。按百米钻孔衰减率公式和百米钻孔任意时间内抽放总量计算公式计算截止到2010年抽放量可达1790万m3

4 VLD-1000型钻机的应用效果评价

长距离水平定向钻孔瓦斯抽采技术在金能煤业公司的应用，成功解决了矿井瓦斯治理和生产接续的难题，为矿井安全生产奠定了基础，也为矿井瓦斯治理积累了经验。该技术与传统的穿层瓦斯抽采技术相比，具有以下优点：

4.1 单孔成孔距离长，瓦斯抽采量大

长距离水平定向钻孔能够发挥钻机的最大效能，成孔距离长，钻孔瓦斯抽采量大，单孔百米瓦斯抽采量，平均0.34m3/min，传统钻孔百米瓦斯抽采量为0.04m3/min，长距离水平定向钻孔百米瓦斯抽采量相当与传统钻孔的8倍。

4.2 提高瓦斯抽采效率，延长预抽期

瓦斯抽采效率高，单孔平均瓦斯流量达到0.9-3.2 m3/min，最高达到4m3/min，平均抽采浓度在75%以上。预抽期可比传统抽采工艺延长3年以上。根据对3252、3262工作面现以完成的钻孔进行观测，初步预计3252、3262工作面的瓦斯抽放率可达到72%。对传统工艺施工的3251和2458两个工作面的瓦斯抽放量和风排瓦斯量进行统计，两个工作面的瓦斯抽放率分别为32%和27%。

4.3 钻孔利用率高

传统的穿层抽放钻孔煤孔段占30%，采用顺层定向孔煤孔段占90%，减少了岩孔工程量，提高了钻孔利用率。根据对神化宁煤金能公司3121和2332两个工作面抽放钻孔深度统计，每个钻孔平均深63.8米，岩石51.2米，煤12.6米。共施工无效进尺8.2万米，如按每班每人按5.5米計算，造成无效用工1.5万个。VLD-1000型千米钻机在3252、3262共施工了22000米，无效进尺只有1000米。

4.4 钻孔覆盖范围大。消灭抽采盲区

传统的穿层钻孔受岩石集中巷布置和设备性能制约，在预抽区段之内形成40米的抽采盲区。长距离水平定向钻孔不受施工环境影响，钻孔可以按设计覆盖整个区段，不存在抽采盲区。

4.5 钻孔施工适应性强

以往的抽采工艺受时间、空间的制约比较大，必须形成一定的井巷工程后才能进行钻孔施工，千米钻机在施工顺层定向钻孔对施工环境适应性强，可以只一个钻场就可进行定向钻孔。

5 结论

VLD-1000型钻机通过利用它精确的导向定位和可以钻进1000m以上的功能，可以在矿井开拓巷道施工的同时，对高瓦斯煤层进行钻孔施工，极大延长煤层钻孔瓦斯预抽期.现在钻机在金能公司3252、3262工作面施工瓦斯抽放钻孔，将在一定程度上缓解金能公司抽、掘、采严重失调的现象。避免了象3251、2458两个工作面开采时的被动局面.减少为风排瓦斯施工的巷道，缓解了采、掘接续紧张的现状.节省了工作面开采时为解决瓦斯问题而投入的大量人力、物力、财力.节省了抽放钻场施工、安装、维护耗费的大量人力、物力、财力.采用长距离水平定向钻孔瓦斯抽采技术，是真正落实“先抽后采”瓦斯治理理念的一种有效手段，这种技术较好的提高了瓦斯抽放率和抽采量。对我国高瓦斯、突出矿井的瓦斯治理具有推广和借鉴意义。

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