长距离定向钻孔瓦斯抽采技术在青龙煤矿的应用

长距离定向钻孔瓦斯抽采技术在青龙煤矿的应用

王骞

贵州省黔西南州晴隆县能源局 贵州省  黔西南州 561400

摘要：某煤矿地质条件非常的复杂、瓦斯的含量也非常高、煤层比较疏松、瓦斯较为突出、瓦斯防治难度系数非常大。为了提高矿区的瓦斯治理，在该煤矿21601运输巷Y3段运输巷Y3段5—205m处，应用了一套千米钻头钻进技术，利用定向钻进、分支孔控制技术，确保了井眼轨迹的精确控制，避免了盲钻、盲抽等现象。

关键词：瓦斯抽采；定向钻进；顺层定向钻孔；分支孔控制

前言：煤矿瓦斯事故是煤矿生产中的一大类，危险系数非常大的一个事故。随着煤矿行业的不断发展，煤矿的采掘程度不断提高，瓦斯的含气量和喷出量也在不断增加，使得煤矿的瓦斯防治工作变得十分棘手。瓦斯开采是煤矿井下瓦斯突出的主要手段。近几年来，许多学者都在进行气体控制方面的研究。

一、矿井概述

某煤矿的井田区域面积高达20.6503km3,一直到2015-12-31,所拥有的总资源量约为27770.8万t。而在煤矿中,还使用了另外一套斜井系统,即主斜井、副斜井、以及回风斜井。整个井田一共分割为四个开采区工作面,其采矿顺序为由近慢慢边远,先上后下。矿井开采技术以矿井内综合机械化采掘为主。掘进技术以综掘为主。在施工方面,使用的一种全高开采的长壁后撤的综采支架,并对顶板进行了全面垮塌。支护型式主要以锚网支护、锚喷联合支护为主。

二、顺层定向钻孔与分支孔控制技术

1.顺层定向钻孔原理

采用定向钻头,在钻孔中进行刀具面的调节和制动、回转、进给起动的动力口。通过泥浆泵把清洁液传递到螺旋马达中,使流体运动的压力能转化为电机能量,驱动马达回转,通过万向轴承和传动轴把速度和扭矩传递给钻头,实现定向钻井。根据随钻测斜方法,对弯曲外套管的刀具所面对方向加以改变,以保证其倾斜和定向基本符合要求。顺层的定向钻孔表示在图1中。

图1顺层的定向钻孔

2.分支孔控制技术

在实施时,根据矿山企业的地质状况和要求,选择采取"前进式"、"后退式"两个实施方式。而在进行施工中,经常会发生在主洞位置上的分支孔洞现象,这会牵涉到分支洞的再入法。

（1）主钻孔中的分支孔工艺。在矿井中，由于矿井中普遍采用裸眼作业，所以可以采用裸眼侧钻技术来开挖各个支孔。悬空侧钻施工技术简便、易于实施，是目前国内使用最多的一种分支孔技术。主要的孔和它的分支孔的排列见图2。

图2主孔及其分支孔布置

(2)分支孔重入技术。在定向支孔中,当主孔中出现了几个支孔,开始起下钻机或换钻时,会遇到再钻入支孔的问题。在矿山中,由于在井下一般采用裸眼定向钻井,通常需要调整刀具朝向角度,使其再入到预先确定的支洞内。

采用定向钻井技术及支孔控制技术，确保了井道轨迹的精确控制。

三、施工方案

1.钻场布置

21601工作面运输巷Y3段至5-205 m段，共设计了2组、16个钻孔，其中12个顺层预抽孔，每孔间距0.5m；4个定向预抽孔，设计孔间距1.5米，设计开采半径5米，控制巷道掘进方向200米，控制巷道两侧轮轮廓线15米，巷道的宽是4.5米，井眼平均控制倾向长度34.5米，运输巷的掘进方向长度为227.5米，有效影响半径为5米。如图3 所示，其中红色为定向钻孔，蓝色部分为普通钻范围，普通钻12个，图4显示了钻孔的设计截面。

图3 21610工作面运输巷钻孔

图4  21601工作面运输巷钻孔设计剖面

2.钻孔施工难题

（1）由于煤层松散，瓦斯含量高，在施工中，在顺层钻井中容易出现严重的喷孔、塌孔现象，造成抱钻、压钻事故。

（2）设计的井眼是顺层的，有可能与底抽巷的定向孔穿孔相对应。

（3）由于煤层瓦斯含量高，在钻进钻孔时，会对周边煤体的压力分布造成一定程度的破坏，从而使部分气体从吸附态转变为自由态，从而造成了多次瓦斯超限。

3.解决方案

（1）将水力钻井改为风洞，是采用矿井空压机对外部空气进行抽吸，然后压缩，以作为钻进的动力。

（2）如发现有串孔，应立即停止施工，将串口封闭，并在钻孔前调整钻孔角度。

（3）在施工期间，要经常用气体检测器监测气体的浓度，如果有气体超标，就立即将气体放喷装置连接起来，以减少气体的含量，防止瓦斯突出。

四、应用效果分析

22018-05-19-06-28,在青龙煤矿21601作业面运输巷Y三段前方八十米左右,在不同方位、不同深度依次进行了检查煤样,检查在煤层开采时的可解吸物质和剩余的浓度。

(1)可解吸瓦斯的浓度测定。从井下垂直向煤层上钻进,并收集相应深浅上的大量煤样,通过DGC瓦斯含量垂直计算的方法设备加以测定。按照AQ1066—2008«煤层瓦斯含量井下直接测定方法》,若煤层瓦斯中可解吸的瓦斯浓度Q为井上井下解吸含量Q1(气体损失量)、正常气压解溶浓度Q2和经粉碎后的瓦斯保护气解溶浓度Q3之和,则Q=Q1+Q2+Q3。

在21601工作面的运输巷Y3处,再往右八十米,于2018-07-01：06：40间进行了第一次油井井底解吸试验,解吸时间为三十min,钻孔偏斜角为-6°。钻孔的方向是25。在24-25米的深度下,样品的重量468.1克,含水量1%。2018-07-01,T21:40:00,第二次解吸,解吸时间为30min,钻孔倾角-4°,钻孔角度7°,取样深90-91米,煤样质量596.2 g,含水量1%。二次解吸量和解吸时间的联系可以在图5中表示。

图6解吸时间与解吸量关系曲线

(2)残留气体的测量。剩余气体的含气量W等于剩余气体的可解吸气体和剩余气体的总和。测定二次剩余气体的含量均为3.0010m3/t,首次残余气体的残留量W1=4.7739m3/t,第2次的残余气体含量W2=5.1704m3/t,而根据AQ1026-2006(煤矿瓦斯抽采基础指标),在每日1000t的矿井,残余气体浓度应低于8m3/t,所以,W1和W2应符合规定。

结论：

(1)在青龙煤矿21601作业面的运输巷道Y3段,应用了千米钻机长距离顺层条带的定向钻井方法。应用定向钻孔方法、支孔控制方法,实现了井眼位置的精准监控,有效地解决了盲钻、盲抽等问题。

(2)对21601工作面的运输巷道Y3段前方80米左右，不同方向、不同深浅度的煤样进行了采样,测量了剩余气体的含气量。达到了AQ1026-2006(矿井气体抽采基础技术指标)的规范,既减少了对煤层的突出风险,也增加了工作面的挖掘速度,为生产提供了良好的条件。

参考文献

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