千米钻机在煤矿瓦斯抽采中的应用

千米钻机在煤矿瓦斯抽采中的应用
发表时间：2020-09-07T07:09:34.226Z 来源：《防护工程》2020年12期作者：杨松涛
[导读] 千米钻机可以在瓦斯抽采钻孔的施工中进行有效地应用外，还可以运用于井下探测放水、探测煤层厚度、地质结构等相关工程中，为煤矿的安全生产提供了有力保障。

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摘要：千米水平长钻孔可以在一定区域范围内进行预抽，还能够实现在某些局部位置进行边采边掘边抽。

千米钻机可以在瓦斯抽采钻孔的施工中进行有效地应用外，还可以运用于井下探测放水、探测煤层厚度、地质结构等相关工程中，为煤矿的安全生产提供了有力保障。

关键词：千米钻机；瓦斯；抽采；应用
引言
随着科技的不断进步和快速发展，在煤矿瓦斯抽采中也随之研发了千米钻机且在煤矿企业以及矿井中得到了较为广泛的应用。

千米水平长钻孔可以在一定区域范围内进行预抽，还能够实现在某些局部位置进行边采边掘边抽。

千米钻机可以在瓦斯抽采钻孔的施工中进行有效地应用外，还可以运用于井下探测放水、探测煤层厚度、地质结构等相关工程中，为煤矿的安全生产提供了有力保障。

1、千米钻机应用现状
千米钻机定向长钻孔抽采，具有施钻效率高、抽采量集中、抽采效率高、衰减周期长的优点，在美、澳等国及部分国内煤矿已经获得很大成功。

２００７年以前，世界上仅有澳大利亚、美国等少数国家掌握千米钻机钻进先进技术，且产品售价较高。

澳大利亚ＶＬＤ１０００系列千米钻机，主要有过滤器、旋转单位、钻杆夹持器、给进装置、稳定性、牵引、水泵、液压泵、电动马达组成。

ＶＬＤ－１０００系列钻机所配套的测量装置ＤＤＭ－ＭＥＣＣＡ（模块化电子定向钻进监视器），可实现钻进实时测量，自动记录测量数据并计算出所对应的坐标值。

北方交通ＺＤＹ系列千米定向钻机，配备高精度随钻测量系统，实现超深孔、高精度导向。

ＺＤＹ１２０００ＬＦ松软煤层超深孔定向钻机，具备软煤层定向钻进能力，可有效克服塌孔和抱卡钻事故。

千米钻机采用钻孔导向系统实现定向钻进，在钻头出设有孔底马达。

目前导向系统有手持式跟踪系统和有缆式导向系统，市场上主要有ＤＣＩ公司的Ｄｉｇｉｔｒａｋ导向装置、雷迪公司的ＲＤ３８６型导向仪等。

目前国内千米实现钻机具有扭矩大，钻杆抗拉能力强，抗扭能力高，探管工作时间长，装备适用性、事故处理能力强，售价低等特点。

2、千米钻机在瓦斯开发和防治方面的运用
2.1千米钻机在巷道掘进中的应用
对于高瓦斯矿井来说，不管是对瓦斯进行开发还是用于煤炭生产都要有一定数量的巷道去靠近煤层，由于在巷道掘进的过程中会有大量的瓦斯涌出，因此在巷道施工中是比较困难的，必须在进行采掘前就采取相应的应用措施。

现今采用的方法主要有先抽后掘，边抽边掘以及密钻孔掘后预抽煤壁瓦斯等，但受到多方面因素的影响，这些方法在实际的应用中都会受到一定程度的限约。

比如我们结合某个煤矿井下巷道的主要特点，可以在开采工作面顺槽的时候在顺槽中实体煤柱的地方做瓦斯投放，使用千米钻机进行施工作三个千米钻孔按照一定的间距进行钻孔，事先做好掘进区域内的煤层中瓦斯的预抽工作，当煤层中瓦斯的浓度降低到可以进行安全掘进的时候方可在两个钻孔之间进行掘进巷道，但中间长钻孔已经无法使用，只有两边的钻孔还可以继续使用，在其抽放煤体瓦斯以隔断煤体瓦斯往巷道煤壁的方向涌出。

该方法是先抽后掘，有效地避开了边抽边掘时双方的互相干扰，还可以科学有效地减少了瓦斯的涌出量，也因此很好地降低了供风量并在很大程度上提升了掘进的速度。

此外，还可以应用千米钻机进行拐弯钻孔，使钻孔成树状施工，这样会在很大程度上增加了卸压范围的同时也大大提高了抽放效率和质量，从面大大减短了预抽瓦斯的时间。

2.2千米钻机区域瓦斯抽放分析
为了确保今后在进行煤炭回采时可以更安全更高效，就必须要有大规模的瓦斯进行抽放，如果按照传统的瓦斯抽放方式进行则需要较多的瓦斯抽放专用巷道以及巷道两旁进行较多施工抽放钻孔。

如果施工中的钻孔越智囊则在施工中需要瓦斯抽放的巷道数量就会越多，这就大大增加了投资成本。

此外，这些巷道在今后进行回采时就需要重新使用，巷道因长时间的闲置后有的可能需要进行较大的维修施工，甚至有些巷道已经无法重新使用，这样一来，无形中又增加了投资成本。

然而，如果能有效利用千米钻机进行千米钻孔施工就能有效地减少瓦斯抽放的巷道的数量。

2.3千米钻机在综采工作面瓦斯防治上的应用
在综采工作面上隅角瓦斯对安全生产具有重大的影响，相关研究表明高抽巷抽放上隅角瓦斯的效果虽然比较明显，但由于高抽巷施工的速度较慢且施工成本较高，导其在实际应用中受到了很大的限制。

利用钻孔来取代高抽巷的方法虽然挺好，但是一般的施工钻孔比较短
在200至300m之间，这样就必须在回风巷中进行许多的施工钻场以安置钻机使其可以施工钻孔。

然而，如果利用千米钻机钻孔来取代短钻孔就可以有效地降低钻场的数量，就算是在一个2000m走向的长工作面中也只需在要该工作面上进行一个钻场施工就可以完成，另外其还可以在钻场中进行多个钻孔施工以不断加大抽放的断面，进而有效地提高了抽放的效果。

2.4千米钻机在裂隙带抽采上的应用
在采煤工作面推进时，由于开挖作用影响使得应力场重新分布，且在采空区上方形成一个裂隙带、冒落带以及弯曲下沉带。

千米钻机在裂隙带抽采上时其具体操作主要如下：第一，将钻场布设于工作面前方较远处，且需要将数个水平长钻孔布设于各个钻场上，钻孔位于裂隙带内(裂隙带高度可根据现场观测或经验公式计算),可采用千米钻机实现定向钻进，获得较长孔深。

第二，在不断推进作业下，千米钻孔作用逐步凸显，直至推进到孔口附近，钻孔失效。

由于千米水平长钻孔在裂隙带抽采中作用时间长,瓦斯流量大,瓦斯抽采效果好,因此在瓦斯抽采中起到降低瓦斯,保障工作面安全的重要作用。

3、抽采瓦斯有关技术分析
3.1封孔技术
预抽煤层瓦斯封孔深度应超过采掘空间围岩的卸压区，同时采用两堵一注的封孔工艺，即在封孔段的两端分别设置A、B化学浆液反应形成的堵头，中间高压注入封孔材料，使钻孔封孔严实。

使用天固系列封孔材料和对应的封孔设备，能够对钻孔起到较好的封堵效果。

3.2护孔筛管技术
对松软突出煤层，钻孔不护孔极易塌孔，钻孔被堵塞使瓦斯流动困难，降低了抽采瓦斯浓度。

加工成大通孔钻杆以及带单向开启功能的钻头，钻孔到位后，从钻杆中心通孔插入带有大量筛眼的非金属护孔小管到孔底，钻杆退钻时护孔管鸡爪反刺入孔壁使其不会被带出。

试验表明：该技术使钻孔抽瓦斯浓度可提高到60%以上，效果显著。

3.3管网故障诊断技术
抽瓦斯管网有许多接头、管网可能破损，空气漏入负压管网使瓦斯浓度被稀释。

负压管网内还可能吸入煤岩渣块等，管内低洼处易积水，会造成管路堵塞，影响抽瓦斯效果。

管网故障诊断系统，监测管网内的流量、浓度、负压、温度等，分析判定管网泄漏、堵塞等故障区域，及时处理故障，可显著提高抽瓦斯浓度和效果。

增加煤层渗透率、提高预抽煤层瓦斯效果也是提高抽采煤层气浓度的一条有效途径。

结语
综上所述，千米钻机在我国煤矿开采工程中，对于瓦斯抽采有着重要意义，极大实现了我国煤矿行业安全高效发展，促使煤矿钻探工作中瓦斯抽采从无控走向精准，助推我国煤矿事业顺利发展。

参考文献：
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[3]宋志强，刘发义，李定启，等.高压大流量水射流扩孔技术在赵庄矿瓦斯抽采中的应用[J].煤炭技术，2017，36（7）：162-164.。