钻孔设计优化方案

寺河矿瓦斯抽采钻孔设计优化方案

引言

晋煤集团寺河矿分东、西两个井区，东井区鉴定为高瓦斯矿井，西井区鉴定为突出矿井。全矿可采煤层从上至下为3号煤、9号煤、15号煤。其中3号煤层为主采煤层，平均厚度为6.31米，煤种为底硫、低一中灰、高发热量、高机械强度的无烟煤。3#煤层地质构造相对简单，煤层透气性好，煤层瓦斯压力大、含量高，测定的最大煤层瓦斯压力为2.12MPa，实测最大瓦斯含量为28.9m3/t，属容易抽放煤层，目前采用本煤层顺层钻孔抽放、岩巷穿层钻孔抽放等方法提前预抽采3#、9#、15#煤层瓦斯，取得了良好的效果。近年来寺河煤矿的工程实践表明，该技术可以大幅度降低煤体瓦斯含量，降低3#、9#、15#煤层突出危险性，保证矿井安全生产。

为了实现以最小的工程量，达到最优的抽采效果，优化瓦斯抽采钻孔设计，特制定本方案

寺河矿瓦斯抽采钻孔设计优化方案

1 规范性引用文件

AQ 1026-2006 煤矿瓦斯抽采基本指标

AQ 1027-2006 煤矿瓦斯抽放规范

GB50471-2008 煤矿瓦斯抽采工程设计规范

防治煤与瓦斯突出规定2009年版

《防治煤与瓦斯突出规定》读本2009年版

安监总煤装【2011】163号文煤矿瓦斯抽采达标暂行规定

晋煤集通字【2012】985号文矿井瓦斯抽采管理规定

2 目的

对寺河矿3#、9#、15#煤层准备区域，采取瓦斯抽采钻孔对3#、9#、15#煤层进行预抽瓦斯，规范抽采钻孔设计，以最小的钻孔工程量，快速有效地降低煤层瓦斯含量和压力，区域性消除突出危险性，保证矿井安全生产。

3 原则

3.1 千米定向钻机优先大面积覆盖（必须探顶探底）、国产钻机加密消突的原则。

3.2 回采工作面顺层钻孔、高位钻孔使用履带K5、K6钻机，掘进工作面超前钻孔使用防突钻机、履带K5钻机，岩巷穿层钻孔使用解体K5、K6钻机施工的原则。3.3 坚硬煤体采用光钻杆、破碎煤体采用肋骨钻杆、软煤采用螺旋钻杆的原则。

3.4 瓦斯抽采钻孔应尽量布置为仰角孔的原则。

4 千米钻机钻孔设计优化方案

4.1 区域递进式定向钻孔设计优化方案

区域递进式模块抽采钻孔覆盖范围为400米（长）*330米（宽），宽度根据工作面宽度变化，钻孔开孔间距为0.5米，孔底间距为15米（垂距）。

优化前：钻场内共布置14个钻孔，钻孔主孔深度为330-510米不等，每个主孔施工两个分支，钻孔主孔加分支工程量约为14192米，每个钻孔需要进行探顶探底，则每个钻场共计总工程量为14192*2=28384米。一台钻机按每月施工7000米计算，则施工一个钻场需要时间为120天，成本为85.4万元，人工、水、电未计算在内。优化后：钻场内共布置10个钻孔，钻孔主孔深度为330-496米不等，每个主孔施工三个分支，钻孔主孔加分支工程量约为12644米，每个钻孔需要进行探顶探底，

则每个钻场共计总工程量为12644*2=25288米。一台钻机按每月施工7000米计算，则施工一个钻场需要时间为108天，成本为72.6万元，人工、水、电未计算在内。

效果对比：采用优化后的模块递进式定向钻孔抽采，按每年施工20个千米钻场计算，则一年可节约成本281.6万元。

4.2 集中条带式定向钻孔设计优化方案

集中条带式定向钻孔覆盖范围为600米-800（长）*145-165米（宽），钻孔开孔间距为0.5米，孔底间距为5-8米（垂距）。

优化前：钻场内共布置23个钻孔，钻孔主孔深度为800米，每个钻场工程量约为18400米，每个钻孔需要进行探顶探底，则每个钻场共计总工程量为18400*2=36800米。一台钻机按每月施工7000米计算，则施工一个钻场需要时间为158天，钻孔覆盖区域煤体含量降至8m3/t以下（按原始煤体瓦斯含量14m3/t计算）则需要抽放212天。故一个钻场开始施工至将至8m3/t以下需要370天。800米双巷掘进需要89天（每天20米计算），从钻孔开始施工至掘进结束共计需要459天。

优化后：钻场内共布置23个钻孔，巷道两侧钻孔主孔深度为800米，巷道迎头及横川内钻孔主孔深度为400米，每个钻场工程量约为14800米，每个钻孔需要进行探顶探底，则每个钻场共计总工程量为14800*2=29600米。一台钻机按每月施工7000米计算，则施工一个钻场需要时间为127天，正巷及迎头钻孔覆盖区域煤体含量降至8m3/t以下（按原始煤体瓦斯含量14m3/t计算）则需要抽放133天。故双巷迎头及横川从开始施工钻孔至将至8m3/t以下需要260天。400米双巷掘进需要45天（每天20米计算），从钻孔开始施工至掘进结束共计需要305天。

剩余400米巷道再施工一轮集中条带式钻孔需要31天，钻孔覆盖区域煤体含量降至8m3/t以下（按原始煤体瓦斯含量10m3/t计算，受两侧掩护孔影响）则需要抽放26天。400米双巷掘进需要45天（每天20米计算），从钻孔开始施工至掘进结束共计需要102天，双巷掘进800米从钻孔开始施工至掘进结束共计需要407天。

效果对比：采用优化后的集中条带式定向钻孔抽放，比原先设计方式下的抽放效果，可缩短42天。

5 国产钻机钻孔设计优化方案

5.1 采煤工作面顺层钻孔设计优化方案

采煤工作面长度为220米时，采面顺槽巷道顺层钻孔设计深度为150米，采煤工作面长度为300米时，采面顺槽巷道顺层钻孔设计深度为200米，对于工作面切

眼布置的顺层钻孔设计深度为150米，以走向长度为1000米，倾向长度为220米工作面为例进行对比。

优化前：工作面两侧顺槽巷道及工作面切眼钻孔开孔间距均为3米，开孔高度均为1.5米，则施工完一个工作面所需的顺层钻孔工程量为105000米。

优化后：工作面两侧顺槽巷道外侧500米钻孔开孔间距为5米，500米至700米钻孔开孔间距为3米，里侧300米钻孔开孔间距为2米，工作面切眼钻孔开孔间距均为2米，开孔高度均为1.5米，则施工完一个工作面所需的顺层钻孔工程量为110000米。

效果对比：原先工作面顺层钻孔设计未考虑钻孔抽放时间，从巷口至切眼钻孔全部为3米间距布置，目前我矿生产衔接紧张，工作面圈定后就开始回采，在靠近切眼段钻孔未进行足够时间的抽采就已经报废。优化后的工作面顺层钻孔在工程量增加不大的情况根据抽采时间对钻孔布置方式更改，保证采面抽采均匀，做到抽采效果最大化。

5.2 掘进工作面超前掩护钻孔设计优化方案

掘进工作面超前掩护钻孔布置于掘进巷道迎头、横川煤柱以及两侧钻场，原则上巷道两侧必须做钻场。

优化后：两帮钻场内各布置10个钻孔，巷道迎头布置9个钻孔，横川内布置17个钻孔，共计55个钻孔。钻孔覆盖前方100范围及巷道轮廓线外50米范围，工程量总计为5300米，两帮钻场和横川内钻孔分两排布置，上排开孔高度为2米，下排为1.5米，巷道迎头钻孔分三排布置，上排开孔高度为2.5米，中排孔开孔高度为2米，下排孔开孔高度为1.5米。

效果对比：优化前，掘进工作面超前掩护钻孔未形成固定的设计标准和规范，设计人员出的钻孔设计五花八门，不能有效的控制钻孔个数和工程量，优化后，对掘进工作面超前掩护钻孔设计进行了统一，实现了以最小的工程量，达到最优的抽采效果。

5.3 穿层钻孔设计优化方案

岩巷穿层钻孔控制范围是：巷道轮廓线外30米。岩巷穿层钻孔孔底间距为5米（垂距）。岩巷穿层钻孔由于在岩巷中施工，故开孔间距可缩小至0.3米。岩巷穿层钻孔若为仰角孔时，则钻孔穿过煤层进入煤层顶板0.5米退杆，若为俯角孔时，则钻孔穿过煤层进入煤层底板5米退杆。

优化后：两帮钻场中对中间距为45米，兼顾探放水考虑。每个钻场内布置14列-16