千米钻机措施演示教学

千米钻机措施

第一节钻孔设计

一、项目概况

目前，瓦斯问题仍是制约崔木煤矿高效、安全发展的主要因素之一，井下常规钻机能力小，施工钻孔长度短、定向效果差，常规钻孔只有在巷道形成后方能进行施工，预抽期较短，由此造成矿井瓦斯抽采不能满足矿井接续安全生产的需要。为此，崔木煤矿引进中煤科工集团西安研究院研制生产ZDY6000LD型千米定向钻机及配套装备，用于井下定向长钻孔及分支钻孔施工，可同时起到抽采瓦斯及探测地层的双重目标。

崔木煤矿初步定301回风顺槽（原设计高抽巷位置处）设抽放钻场，对301工作面进行井下定向瓦斯抽放钻孔施工，以实现工作面超前本煤层瓦斯预抽，增大瓦斯抽采量，从源头上治理瓦斯，此外，还可以减少301作面顺槽掘进中瓦斯的涌出，确保安全生产。

二、施工区域概况

1．施工区域位置范围

210301工作面，向北掘进，掘进长度1420米，东面紧邻爆破材料库，西面紧邻210302工作面，工作面长度为200米，斜穿过汤家向斜，切眼北紧邻DF5断层。

2．煤层赋存

本区含煤地层为3#煤层，属不稳定煤层。

属侏罗系中统延安组，主采煤层为3＃煤层。煤层为黑色，沥青光泽，半暗～半亮型，带状、均一状、线理状结构，层状构造，内生裂

隙发育，根据钻孔资料，301工作面煤层平均厚度14.09m，煤层倾角3°～6°，局部煤质较差。

3．煤层顶底板情况

3#煤伪顶厚度薄，稳定性差，0-1.6m，平均厚0.508m。随着煤层开采而冒落，属不稳定岩体。直接顶砂泥岩呈互层状产出，属稳定性较差的岩体，平均厚度5m左右。老顶砂岩一般为中等稳定岩体，平均厚度15m左右。煤层底板为炭质泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩及粉砂岩，属于稳定性较差岩体。

4．施工区域瓦斯情况

根据前期施工瓦斯钻孔浓度测试，预计煤层瓦斯含量在5m3/min 以上。

三、配套装备与工艺技术

1．施工装备

此次施工所用的配套装备主要包括：

（1）ZDY6000LD型履带式全液压坑道定向钻机；

（2）Φ73mm高强度中心通缆钻杆和Φ73mm铍铜无磁钻杆；

（3）Φ73mm进口螺杆马达，带有1.25°结构弯角；

（4）Φ96mm平底烧结胎体式PDC钻头和Φ153mm扩孔钻头；

（5）3NB-300型泥浆泵；

（6）YHD1-1000T型随钻测量系统。

2．定向钻进工艺技术

水平定向钻进（Horizontal Directional Drilling，HDD）技术是指利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使水平钻孔轨迹按设计要求延伸至预定目标的一种钻探方法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯。定向钻进工艺流程见图1。

图1 定向钻进工艺流程

3．主孔成孔工艺

采用带有1.25°弯角的螺杆马达进行定向钻孔施工时，整个钻具不回转，只有螺杆钻具转子带动钻头回转破碎岩石钻进，现场技术人员根据设计轨迹及煤层具体状况实时调整螺杆钻具工具面向角，从而实现钻孔轨迹受控精确定向的目的。

4．分支孔成孔工艺

采用螺杆钻具进行分支孔施工时，根据施钻地层状况、设计要求和目的等不同，施工顺序可分为“前进式”和“后退式”两种。不管采用何种方式，都存在从主孔中定向开分支孔（即侧钻）工艺技术。

（1）后退式分支孔工艺

也称从内往外分支孔，即完成主孔的设计指标后，在起钻的过程中进行分支孔施工。此分支孔工艺主要用于地质资料比较详实状况下的定向钻孔施工。

（2）前进式分支孔工艺

也称从外向内开分支孔，即在主孔钻孔的同时进行分支孔施工。此种分支孔工艺主要用于地质资料不详、探测煤层产状、采空区等地质构造，为后续钻孔做前期准备。

四、施工方案设计

1．设计原则

（1）解决施工区域瓦斯治理问题，确保煤矿安全开采；

（2）依据施工区域地质条件，科学布孔，合理设计钻孔长度及钻孔轨迹，以有利于定向钻孔的高效实施；

（3）发挥ZDY6000LD型钻机定向优势，在预定层位中精确定位，确保钻孔轨迹按设计延伸；

（4）尽量减少探顶、探底钻孔工程施工量，尽量降低工程施工难度；

（5）本施工区域首次施工定向钻孔，本着先易后难且利于提高钻孔施工效率的原则，首先在本煤层施工3个500m左右能力孔的基础上，再后续施工深度在700～1000m之间的定向钻孔。

2．钻场及钻孔布置

根据井下巷道掘进及布设状况，首先在301回风顺槽距回风顺槽口400左右设置第一个钻场，根据施工情况再设计其他钻场。

第一钻场共设计4个钻孔，包含3个本煤层钻孔和1个穿层孔。1～3#孔为本煤层钻孔，钻孔轨迹沿着煤层顶板以下1～2m，其中1#钻孔开三到四个分支孔进行探顶。4#钻孔为穿层孔，终孔位置为煤层顶板以上20m左右。

3．封孔要求

根据要求，钻孔采用马丽散缠绕和注浆封孔相结合的方式进行封孔，封孔长度不低于4m，孔口处用水泥砂浆封堵，保证钻孔气密性，封孔完毕后即可连接抽放。

五、钻孔工程量及施工顺序

1．工程量统计

2. 施工顺序

施工顺序为：1号孔——1-1号孔——1-2号孔——1-3号孔——2号孔—3号孔—4号孔。

七、人员配置

现场施工采用三班制作业方式，每班配备施工人员8人（定向人员2人，机长1人，钻工5人），共计24人。为了快速有效地进行钻孔施工，作业现场采用现场交接班。

附图：千米钻机施工定向钻孔平面图

注：钻孔具体参数以电子形式进行输入。

第二节供、排水及供电系统

1、本次施工因设备比较精密，采用常流水方式供水，用水量大，供水管道为中央回风大巷到301回风顺槽，排水管为301回风顺槽到中央辅运大巷。

2、设备供水量为每小时10立方米，因此施工现场必须有足够大的水池蓄水。

3、供电由中央变电所接至301回风顺槽联巷供电，设备负荷127.5KW，监控电脑电源采用127v照明电源。

4、电缆布置沿线必须设置电缆钩，缆线吊挂符合标准化要求。

5、开关连接不得出现失爆现象。

6、施工现场不得带电检修设备，不得带电搬运设备。

7、机电检修人员必须严格执行相关规定。

第三节通风系统

1、施工现场必须保证足够的风量，施工地点不得出现盲巷，保证施工人员的安全和现场瓦斯稀释。

2、钻孔施工地点必须形成瓦斯抽放系统，确保施工过程中不会出现瓦斯超限事故。

3、施工地点上风侧必须设置净化水幕，确保施工地点供风新鲜。

4、出现瓦斯增大等现象时必须连接抽放系统对孔内瓦斯进行抽放，减小孔内压力。

5、必须严格执行参数设定，不得私自修改，做好现场原始记录。