【正文】 煤礦瓦斯抽采新技術(shù) 俞啟香 (教授、博導、國家安全生產(chǎn)專家） 中國礦業(yè)大學 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) 高壓水射流擴孔 水力導噴增流提透技術(shù) 深孔預裂控制爆破增流提透技術(shù) V錐流量計 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 1）簡介 （ 1）長鉆孔是實施“先抽后采、抽放達標”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）定向鉆進工藝和穩(wěn)定組合鉆具 也是實現(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 （ 1）近水平深孔 500～ 1000m全液壓坑道鉆機 型 號 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 /給進力 /kN 190/250 給進 /起拔行程 /mm 1000 主軸傾角 /o 10~10 給進 /起拔速度/ 主副泵合流給進 0~ 副泵給進 0~ 液壓系統(tǒng)額定壓力 /MPa 主油泵 28 副油泵 21 電機功率 /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 （ MK7型） 一．適應范圍 ： ZDY8000S/ZDY10000S型鉆機是目前國內(nèi)煤礦巷道鉆進能力最大的全液壓近水平孔鉆機。它具有大扭矩、給進 /起拔力強等特點。 ? 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（ MK7型） 二、結(jié)構(gòu)特點 ： ，由主機、泵站、操縱臺三大部分組成，解體性強。主機設有步履行走機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，使搬遷更方便，鉆場布置更加靈活； ，使回轉(zhuǎn)與給進工藝參數(shù)可以獨立調(diào)節(jié)。變量油泵和變量馬達的有機組合使轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)整范圍擴大并實現(xiàn)無級調(diào)速，提高了鉆機對不同鉆進工藝的適應能力； ，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率； /起拔鉆具，使給進 /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結(jié)構(gòu)尺寸的限制； ； ，使操縱人員可遠離孔口，確保了人身安全； ，提高了鉆機運行的穩(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 （ MK7型） 三、應用實例 ? 情況簡介 2023年 12月 8~19日，在陜西銅川礦務局陳家山煤礦 415區(qū)段附近施工。試驗歷時 11天，純鉆進時間約 138小時，累計進尺 ，平均時效為 ，采用一次成孔的鉆進工藝，先后完成了鉆機能力孔和試驗孔兩個鉆孔。該鉆孔用于抽放瓦斯，平均瓦斯抽放量達到 14m3/min，抽放瓦斯?jié)舛葹?80%。其中一個鉆孔 孔深 865m，最高時效達到 28m/h，開孔直徑 Φ300mm，終孔孔徑 Φ150mm，是當時我國煤礦井下施工 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（ MK7型） ? 1鉆孔施工簡介 ： 開孔傾角上仰 6176。，方位平行于415運順，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）。在鉆進過程中，先后穿越煤層及泥巖（其中前 380m在煤層中鉆進，測斜儀對鉆孔傾角進行測量，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個穩(wěn)定器。鉆孔軌跡一直保持在泥巖中鉆進至 。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機（ MK7型） 2鉆孔施工簡介 ： 開孔傾角上仰 176。，方位右偏415運順 3176。終孔孔深 865m（孔深 0~712m段，孔徑為 φ153mm；孔深 712~865m段，孔徑為φ113mm）。鉆進施工時，先后通過煤層、炭質(zhì)泥巖。用造斜組合鉆具鉆進至 337m時，經(jīng)測斜儀對鉆孔進行傾角測量，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，鉆進至 855m時，進入炭質(zhì)泥巖，繼續(xù)鉆進 10m，（其中 855m在煤層中鉆進）。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機（ MK7型） ? 鉆具應用情況簡介 在此次施工中采用煤科總院西安研究院研制的 8類金剛石復合片鉆頭 ： φ75mm的內(nèi)凹三翼金剛石復合片鉆頭； φ113mm內(nèi)凹三翼金剛石復合片鉆頭； φ113mm四翼刮刀金剛石復合片鉆頭； φ94金剛石復合片組合擴孔鉆頭； φ113mm金剛石復合片組合擴孔鉆頭； φ153mm金剛石復合片導向擴孔鉆頭； φ193mm金剛石復合片導向擴孔鉆頭和 φ300mm金剛石復合片導向擴孔鉆頭 ， 8類鉆頭經(jīng)使用，效果良好，特別是對于堅固性系數(shù) f=~進性能。在煤層中鉆進時，平均時效可達 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 (MK6型 ) 一．適應范圍 ： ? ZDY6000S型全液壓鉆機是動力頭式全液壓鉆機，具有扭矩大、給進 /起拔力強等特點。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 (MK6型 ) 二、結(jié)構(gòu)特點： 全液壓動力頭結(jié)構(gòu) ，由主機、泵站、操縱臺三大部分組成，解體性強。主機設有步履行走機構(gòu)使搬遷更方便，鉆場布置更加靈活； ，使回轉(zhuǎn)與給進工藝參數(shù)可以獨立調(diào)節(jié)。變量油泵和變量馬達的有機組合使轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)整范圍擴大并實現(xiàn)了無級調(diào)速，提高了鉆機對不同鉆進工藝的適應能力； ，減輕了工人的勞動強度，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 (MK6型 ) 二、結(jié)構(gòu)特點： …… ，使給進、起拔能力增大，提高了鉆機處理孔內(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； ，使操縱人員可遠離孔口，確保了人身安全； 液壓保護裝置和通用性強的液壓元件 ，提高了鉆機運行的穩(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 (MK6型 ) 三、應用實例 現(xiàn)場使用情況一： 1998年 12月 1999年 1月，在陽泉煤業(yè)集團一礦井下 4108工作面進行現(xiàn)場試驗，歷時 35天 ,沿煤層頂板定向鉆進試驗孔 2個。 1號試驗孔孔深508m， 2號試驗孔孔深 。 試驗鉆孔布置在距 12號煤層約 36m的灰白色中砂巖頂板中，硬度 67級。巖層厚約 7m。 采用全回轉(zhuǎn)、二次成孔鉆進工藝。配用 Φ89 mm專用鉆桿、鉆孔定向穩(wěn)定器、復合片鉆頭及其它配套機具。 2號試驗孔，開孔仰角 176。，使用 Φ113 mm復合片鉆頭鉆進，用穩(wěn)定組合鉆具控制鉆孔方向，施工先導孔，鉆至 ；再換用 Φ193 mm的復合片擴孔鉆頭，擴孔至 m，之后又使用 Φ153 mm擴孔鉆頭鉆至 603m。先導孔平均每班進尺 50m， Φ193 mm鉆頭擴孔平均每班進尺 30m，鉆孔歷時 22天（包括處理孔內(nèi)事故）。 1號試驗孔，開孔仰角 2176。，終孔深度 508m，先導孔最高班進尺 118m，鉆孔歷時 10天。經(jīng)測斜終孔位置偏差小于孔深的 1％，達到了設計孔的要求。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機 (MK6型 ) 三、應用實例 ? 現(xiàn)場使用情況二 ： ? 2023年 10月 1日－ 11月 23日，在撫順老虎臺煤礦 780m運輸巖巷內(nèi)施工鉆孔三個。 ? 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?；野咨?guī)r硬度 4級，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個自然分層組成的復合煤層，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)粉砂巖和細砂巖等。鉆進過程中經(jīng)過三個重要分煤層，分層厚為 20～ 25m。總計鉆進孔深 (其中鉆孔在巖石中鉆進 ，在煤層中鉆進 220m)。鉆孔進入煤層 220m后，由于煤層瓦斯含量較大，噴孔、塌孔現(xiàn)象嚴重，造成孔內(nèi)不返水，無法正常鉆進而終孔。測鉆孔仰角最大176。，最小 10176。，與開孔設計仰角 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 (MK6型 ) 三、應用實例 ? 現(xiàn)場使用情況二 ： ? 2023年 10月 1日－ 11月 23日，在撫順礦務局老虎臺煤礦 780m礦車巷道內(nèi)施工鉆孔三個。 ? 鉆孔二 ： 開孔方位 50176。，仰角 5176。，地質(zhì)條件和一號鉆孔相近，在 孔深 117m時鉆進到 F25和 F24兩條斷層的交匯帶，巖層破碎，鉆孔塌孔嚴重，孔內(nèi)不返水，無法正常鉆進。據(jù)地質(zhì)資料推測，前面還要經(jīng)過 4個大斷層帶，最大斷層落差 72m，按礦地測科建議停鉆。 ? 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，設計孔深 700m，實鉆孔深。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機 (MK6型 ) 三、應用實例 ? 現(xiàn)場使用情況三： ? 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)端部實驗。 ? 巷道寬 、高 。鉆場所處位置在 3號煤層底板之上。煤層平均厚度 ，煤性脆、光亮型，硬度 46級。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粒砂巖，其硬度為 78級。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機 (MK6型 ) 三、應用實例 ? 現(xiàn)場使用情況三： ? 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的鉆頭擴孔，以滿足封孔要求。純鉆進時間 ，完成鉆孔孔深 ，平均鉆進時效 。在鉆進至 280m時，發(fā)現(xiàn)進尺緩慢，提鉆后發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損嚴重，換用側(cè)切削鉆頭繼續(xù)鉆進直至終孔。在孔深 280m和 350m處對鉆孔傾角分別進行測斜，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 (MK6型 ) 三、應用實例 ? 現(xiàn)場使用情況三 ： ? 2鉆孔 ：采用保直組合鉆具一直鉆進到 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至 終孔，鉆孔在煤層夾矸中延伸。在孔深 240m處對鉆孔軌跡進行測量，測量傾角為 1186。 ? 這三個鉆孔都從開始進行瓦斯抽采，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 （ 2）中深孔鉆機 (西安研究院 )主要技術(shù)參數(shù)： 型 號 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