【正文】 煤礦瓦斯抽采新技術(shù) 俞啟香 (教授、博導(dǎo)、國家安全生產(chǎn)專家） 中國礦業(yè)大學(xué) 國家煤礦瓦斯治理工程研究中心 主要內(nèi)容 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 松軟煤層抽放鉆孔關(guān)鍵技術(shù) 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 高壓水射流擴(kuò)孔 水力導(dǎo)噴增流提透技術(shù) 深孔預(yù)裂控制爆破增流提透技術(shù) V錐流量計(jì) 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 1）簡介 （ 1）長鉆孔是實(shí)施“先抽后采、抽放達(dá)標(biāo)”的重要前提。近年來，西安院、重慶院等，研制成功了施工長 5001000m鉆孔系列裝備。 （ 2）定向鉆進(jìn)工藝和穩(wěn)定組合鉆具 也是實(shí)現(xiàn)長鉆孔施工成功的關(guān)鍵。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) （ 1）近水平深孔 500～ 1000m全液壓坑道鉆機(jī) 型 號(hào) ZDY6000S (MK6) ZDY8000S ZDY10000S (MK7) 額定扭矩 / 6000~1600 8000~2100 10000~2600 額定轉(zhuǎn)速 / 60~210 45~160 35~130 最大起拔 /給進(jìn)力 /kN 190/250 給進(jìn) /起拔行程 /mm 1000 主軸傾角 /o 10~10 給進(jìn) /起拔速度/ 主副泵合流給進(jìn) 0~ 副泵給進(jìn) 0~ 液壓系統(tǒng)額定壓力 /MPa 主油泵 28 副油泵 21 電機(jī)功率 /kw 75 90 油箱有效容積 /L 280 配套鉆桿直徑 /mm 73/89 89 總質(zhì)量 /kg 5600 主機(jī)外形尺寸（長 X寬 X高） mXmXm 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī) （ MK7型） 一．適應(yīng)范圍 ： ZDY8000S/ZDY10000S型鉆機(jī)是目前國內(nèi)煤礦巷道鉆進(jìn)能力最大的全液壓近水平孔鉆機(jī)。它具有大扭矩、給進(jìn) /起拔力強(qiáng)等特點(diǎn)。 ? 適用于煤礦井下瓦斯抽放大直徑（ φ =150~200mm）近水平長鉆孔的施工。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） 二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ： ，由主機(jī)、泵站、操縱臺(tái)三大部分組成，解體性強(qiáng)。主機(jī)設(shè)有步履行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使搬遷更方便，鉆場(chǎng)布置更加靈活； ，使回轉(zhuǎn)與給進(jìn)工藝參數(shù)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。變量油泵和變量馬達(dá)的有機(jī)組合使轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)整范圍擴(kuò)大并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，提高了鉆機(jī)對(duì)不同鉆進(jìn)工藝的適應(yīng)能力； ，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率； /起拔鉆具，使給進(jìn) /起拔能力增大，提高了處理孔內(nèi)事故的能力； ，通過更換不同尺寸的卡瓦組可適用不同直徑的外平鉆桿，鉆桿長度也不受鉆機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的限制； ； ，使操縱人員可遠(yuǎn)離孔口，確保了人身安全； ，提高了鉆機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī) （ MK7型） 三、應(yīng)用實(shí)例 ? 情況簡介 2023年 12月 8~19日，在陜西銅川礦務(wù)局陳家山煤礦 415區(qū)段附近施工。試驗(yàn)歷時(shí) 11天，純鉆進(jìn)時(shí)間約 138小時(shí)，累計(jì)進(jìn)尺 ，平均時(shí)效為 ，采用一次成孔的鉆進(jìn)工藝，先后完成了鉆機(jī)能力孔和試驗(yàn)孔兩個(gè)鉆孔。該鉆孔用于抽放瓦斯，平均瓦斯抽放量達(dá)到 14m3/min，抽放瓦斯?jié)舛葹?80%。其中一個(gè)鉆孔 孔深 865m，最高時(shí)效達(dá)到 28m/h，開孔直徑 Φ300mm，終孔孔徑 Φ150mm，是當(dāng)時(shí)我國煤礦井下施工 成孔最長、孔徑最大的近水平定向全煤鉆孔。 ? 煤層情況簡介 鉆孔在 4–2煤層中施工，該煤層含數(shù)層夾矸，夾矸多為泥巖或炭質(zhì)泥巖。施工區(qū)段地質(zhì)構(gòu)造主要以褶皺構(gòu)造為主，屬高瓦斯地區(qū)，煤的平均厚度為10m，煤層傾角 5~7176。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） ? 1鉆孔施工簡介 ： 開孔傾角上仰 6176。，方位平行于415運(yùn)順，孔深 （其中孔深 0~420m段，孔徑為 φ193mm；孔深 420~500m段，孔徑為φ153mm；孔深 500~，孔徑為φ113mm）。在鉆進(jìn)過程中，先后穿越煤層及泥巖（其中前 380m在煤層中鉆進(jìn)，測(cè)斜儀對(duì)鉆孔傾角進(jìn)行測(cè)量，鉆孔傾角最大為 176。，最小為 6176。，與開孔傾角大致相同）?？咨?380m以后先是換用φ113mm四翼刮刀鉆頭，鉆頭后跟 3個(gè)穩(wěn)定器。鉆孔軌跡一直保持在泥巖中鉆進(jìn)至 。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） 2鉆孔施工簡介 ： 開孔傾角上仰 176。，方位右偏415運(yùn)順 3176。終孔孔深 865m（孔深 0~712m段，孔徑為 φ153mm；孔深 712~865m段，孔徑為φ113mm）。鉆進(jìn)施工時(shí)，先后通過煤層、炭質(zhì)泥巖。用造斜組合鉆具鉆進(jìn)至 337m時(shí)，經(jīng)測(cè)斜儀對(duì)鉆孔進(jìn)行傾角測(cè)量，最大傾角為 1176。，最小傾角為176。，鉆孔下斜。根據(jù)礦上提供的地質(zhì)資料，為使鉆孔軌跡保持在煤層中，換用保直組合鉆具鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至 855m時(shí)，進(jìn)入炭質(zhì)泥巖，繼續(xù)鉆進(jìn) 10m，（其中 855m在煤層中鉆進(jìn)）。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） ? 鉆具應(yīng)用情況簡介 在此次施工中采用煤科總院西安研究院研制的 8類金剛石復(fù)合片鉆頭 ： φ75mm的內(nèi)凹三翼金剛石復(fù)合片鉆頭； φ113mm內(nèi)凹三翼金剛石復(fù)合片鉆頭； φ113mm四翼刮刀金剛石復(fù)合片鉆頭； φ94金剛石復(fù)合片組合擴(kuò)孔鉆頭； φ113mm金剛石復(fù)合片組合擴(kuò)孔鉆頭； φ153mm金剛石復(fù)合片導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭； φ193mm金剛石復(fù)合片導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭和 φ300mm金剛石復(fù)合片導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭 ， 8類鉆頭經(jīng)使用，效果良好，特別是對(duì)于堅(jiān)固性系數(shù) f=~進(jìn)性能。在煤層中鉆進(jìn)時(shí)，平均時(shí)效可達(dá) 18m/h以上。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 一．適應(yīng)范圍 ： ? ZDY6000S型全液壓鉆機(jī)是動(dòng)力頭式全液壓鉆機(jī)，具有扭矩大、給進(jìn) /起拔力強(qiáng)等特點(diǎn)。適用于煤礦井下瓦斯抽采大直徑近水平長鉆孔和地質(zhì)勘探孔等。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 全液壓動(dòng)力頭結(jié)構(gòu) ，由主機(jī)、泵站、操縱臺(tái)三大部分組成，解體性強(qiáng)。主機(jī)設(shè)有步履行走機(jī)構(gòu)使搬遷更方便，鉆場(chǎng)布置更加靈活； ，使回轉(zhuǎn)與給進(jìn)工藝參數(shù)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。變量油泵和變量馬達(dá)的有機(jī)組合使轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)整范圍擴(kuò)大并實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速，提高了鉆機(jī)對(duì)不同鉆進(jìn)工藝的適應(yīng)能力； ，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率； 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： …… ，使給進(jìn)、起拔能力增大，提高了鉆機(jī)處理孔內(nèi)事故的能力； ，通過更換不同尺寸的卡瓦組可適用不同直徑的外平鉆桿，鉆桿的長度也不受鉆機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的限制； 既方便省力又安全可靠； ，使操縱人員可遠(yuǎn)離孔口，確保了人身安全； 液壓保護(hù)裝置和通用性強(qiáng)的液壓元件 ，提高了鉆機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 三、應(yīng)用實(shí)例 現(xiàn)場(chǎng)使用情況一： 1998年 12月 1999年 1月，在陽泉煤業(yè)集團(tuán)一礦井下 4108工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，歷時(shí) 35天 ,沿煤層頂板定向鉆進(jìn)試驗(yàn)孔 2個(gè)。 1號(hào)試驗(yàn)孔孔深508m， 2號(hào)試驗(yàn)孔孔深 。 試驗(yàn)鉆孔布置在距 12號(hào)煤層約 36m的灰白色中砂巖頂板中，硬度 67級(jí)。巖層厚約 7m。 采用全回轉(zhuǎn)、二次成孔鉆進(jìn)工藝。配用 Φ89 mm專用鉆桿、鉆孔定向穩(wěn)定器、復(fù)合片鉆頭及其它配套機(jī)具。 2號(hào)試驗(yàn)孔，開孔仰角 176。，使用 Φ113 mm復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，用穩(wěn)定組合鉆具控制鉆孔方向，施工先導(dǎo)孔，鉆至 ；再換用 Φ193 mm的復(fù)合片擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔至 m，之后又使用 Φ153 mm擴(kuò)孔鉆頭鉆至 603m。先導(dǎo)孔平均每班進(jìn)尺 50m， Φ193 mm鉆頭擴(kuò)孔平均每班進(jìn)尺 30m，鉆孔歷時(shí) 22天（包括處理孔內(nèi)事故）。 1號(hào)試驗(yàn)孔，開孔仰角 2176。，終孔深度 508m，先導(dǎo)孔最高班進(jìn)尺 118m，鉆孔歷時(shí) 10天。經(jīng)測(cè)斜終孔位置偏差小于孔深的 1％，達(dá)到了設(shè)計(jì)孔的要求。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 三、應(yīng)用實(shí)例 ? 現(xiàn)場(chǎng)使用情況二 ： ? 2023年 10月 1日－ 11月 23日，在撫順老虎臺(tái)煤礦 780m運(yùn)輸巖巷內(nèi)施工鉆孔三個(gè)。 ? 鉆孔一 ：鉆孔直徑 94mm，采用 φ73mm外平鉆桿，開孔方位18176。 ,仰角 10176。，從開孔到終孔相繼鉆過地層為玄武巖層－凝灰?guī)r層－主煤層。玄武巖硬度 5～ 6級(jí)。灰白色凝灰?guī)r硬度 4級(jí)，遇水膨脹，夾有凝灰質(zhì)角礫巖、集塊巖和凝灰質(zhì)砂巖，并含硅化木和植物碎片。主煤層是由 5～ 38個(gè)自然分層組成的復(fù)合煤層，夾薄層黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、燭煤、灰白色泥巖、灰褐～灰黑色泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖等。鉆進(jìn)過程中經(jīng)過三個(gè)重要分煤層，分層厚為 20～ 25m。總計(jì)鉆進(jìn)孔深 (其中鉆孔在巖石中鉆進(jìn) ，在煤層中鉆進(jìn) 220m)。鉆孔進(jìn)入煤層 220m后，由于煤層瓦斯含量較大，噴孔、塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，造成孔內(nèi)不返水，無法正常鉆進(jìn)而終孔。測(cè)鉆孔仰角最大176。，最小 10176。，與開孔設(shè)計(jì)仰角 10176。，基本一致。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 三、應(yīng)用實(shí)例 ? 現(xiàn)場(chǎng)使用情況二 ： ? 2023年 10月 1日－ 11月 23日，在撫順礦務(wù)局老虎臺(tái)煤礦 780m礦車巷道內(nèi)施工鉆孔三個(gè)。 ? 鉆孔二 ： 開孔方位 50176。，仰角 5176。，地質(zhì)條件和一號(hào)鉆孔相近，在 孔深 117m時(shí)鉆進(jìn)到 F25和 F24兩條斷層的交匯帶，巖層破碎，鉆孔塌孔嚴(yán)重，孔內(nèi)不返水，無法正常鉆進(jìn)。據(jù)地質(zhì)資料推測(cè)，前面還要經(jīng)過 4個(gè)大斷層帶，最大斷層落差 72m，按礦地測(cè)科建議停鉆。 ? 鉆孔三 ：開孔方位 235176。，仰角 10176。，主要地層為橄欖玄武巖和少量凝灰?guī)r的軟硬互層，設(shè)計(jì)孔深 700m，實(shí)鉆孔深。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 三、應(yīng)用實(shí)例 ? 現(xiàn)場(chǎng)使用情況三： ? 2023年 9月 25日 ~10月 10日，在山西晉城寺河煤礦東二盤區(qū) 102023S 巷道南側(cè)端部實(shí)驗(yàn)。 ? 巷道寬 、高 。鉆場(chǎng)所處位置在 3號(hào)煤層底板之上。煤層平均厚度 ，煤性脆、光亮型，硬度 46級(jí)。煤層含夾矸 04層，一般為 12層，厚度。煤層下部有內(nèi)生裂隙發(fā)育。煤層瓦斯含量較大。煤層上下均為深灰色泥巖和細(xì)粒砂巖，其硬度為 78級(jí)。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 三、應(yīng)用實(shí)例 ? 現(xiàn)場(chǎng)使用情況三： ? 1鉆孔： 位于巷道南端的底板以上 ，仰角 176。、方位角 170176。，基本平行于 102023S巷道開孔。采用 φ94mm保直穩(wěn)定組合鉆具成孔后，又用φ153mm的鉆頭擴(kuò)孔，以滿足封孔要求。純鉆進(jìn)時(shí)間 ，完成鉆孔孔深 ，平均鉆進(jìn)時(shí)效 。在鉆進(jìn)至 280m時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺緩慢，提鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損嚴(yán)重，換用側(cè)切削鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)直至終孔。在孔深 280m和 350m處對(duì)鉆孔傾角分別進(jìn)行測(cè)斜，傾角分別為 1186。和 1186。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 三、應(yīng)用實(shí)例 ? 現(xiàn)場(chǎng)使用情況三 ： ? 2鉆孔 ：采用保直組合鉆具一直鉆進(jìn)到 135m，后因孔口瓦斯過大，從安全施工的角度考慮，礦上決定提鉆封孔。 ? 3鉆孔 ：從 80m處遇到煤層夾矸一直鉆進(jìn)至 終孔，鉆孔在煤層夾矸中延伸。在孔深 240m處對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量傾角為 1186。 ? 這三個(gè)鉆孔都從開始進(jìn)行瓦斯抽采，瓦斯?jié)舛葹?7%，瓦斯涌出量 。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) （ 2）中深孔鉆機(jī) (西安研究院 )主要技術(shù)參數(shù)： 型 號(hào) ZDY 1200S ZDY 600SG ZDY 900SG ZDY 1900S ZDY 3200S ZDY 4000S 鉆孔深度 /m 300/200 350/250 350 350 350 開孔直徑 /mm 110 94 94 130