定向顺煤层钻孔“一钻双消”技术探索与实践

1.引 言

随着定向钻进技术的日益成熟，凭借其轨迹可控，施工精度高，设备功率大，可以解决普通钻孔无法完成的工程，各矿井已将定向钻作为治理水害、瓦斯的利器。定向钻在煤矿治灾方面存在巨大潜力，本文提出一种瓦斯灾害治理与掩护巷道掘进相结合的方案，及利用多组横穿掘进工作面与采煤工作面的定向顺煤层钻孔替代以往的煤巷定向顺煤层长钻孔和工作面顺层钻孔。其目的就是缩短采掘周期，为矿井“采、掘、抽”生产平衡带来巨大积极作用。

2.工程概况

桃园煤矿位于省宿州市南部，属于宿南向斜西翼北段。Ⅱ1012 工作面则位于矿区Ⅱ1 采区右翼，上区段为1019 和10110 下采空区[1]，工作面设计标高- ⋅581.1～.668.9m ，走向长 1569m ，倾斜宽 172m 。煤（岩）层倾角为 18^∘～31^∘ ，平均 19^∘ ，工作面采煤方式为综采、走向长壁式，顶板自由垮落式，计划2023 年8 月投产。

桃园煤矿“一钻双消”定向顺煤层钻孔设计在Ⅱ1012 机巷定向钻场施工，沿机巷共设4 个定向钻场，每个钻场设计45 个钻孔，预计工程量 35000m 左右，钻孔呈扇形布置，开孔按设计布置在钻场两帮及钻场正面。钻孔倾向上控制Ⅱ1012 风巷上帮轮廓线外不小于 15m ，面内控制机巷上帮轮廓线80m ，钻孔间距不大于 7m ，钻孔顺煤层施工。

3.施工设备及配套工具

（1）钻机：ZDY6000LD（B） 型煤矿用全液压坑道钻机。

（2）空压机：MLG20/25-220G螺杆式空气压缩机。

（3）制氮装置：DMJ-1500/1.5 膜分离式制氮装置。

（4）钻具： Φ73-82mm 空气螺杆马达， Φ73mm 大通径钻杆。

（5）随钻测量系统：YSDC矿用电磁波随钻测量系统。

（6）钻头：本次工程采用 Φ108mm 定向钻头，另外搭配 Φ133mm 、Φ153mm 导向扩孔钻头方面定向钻具下入孔内。

4.钻孔施工

选择定向钻进施工的方案主要是因为钻孔孔深较深，通过定向钻进可以保证钻孔的穿煤率，以获得更好的抽采效果，确保瓦斯治理能达到预期效果；另外顺煤层定向钻进施工可以更精确获得工作面煤层产状等信息，对于进一步完善地层剖面，及时修正剩余钻孔设计方案具有重要意义。

（1）施工工艺流程

每个钻孔均采用 Φ108mm 定向钻头、 Φ73mm 空气螺杆马达、 Φ73mm 无线电磁波测量系统加 Φ73mm 大通径钻杆的组合方式钻进施工。首先使用Φ108mm 钻头开孔进尺 12m ，在扩孔到 Φ153mm 至孔底后；连接空气螺杆马

达、测量系统等；按设计轨迹定向钻进到设计深度后，提出马达，下开闭钻头并下入 Φ32mmPVC 筛管；最后提钻封孔合茬抽放，封孔深度不小于25m 。

（2）过程控制

定向钻进期间注意要认真关注并记录各项钻进参数（包括孔深、方位、倾角、工具面、给进压力、回转压力、风压、风量、岩性、排渣量等），一是为了能及时发现异常情况，指导调整钻孔下一步钻孔施工，二是总结施工经验，为后续钻孔的施工提供经验方法。

在钻孔施工期间，原则上每3m由随钻测量设备测出当前位置钻孔的方位、倾角等信息，技术员根据当班汇报数据及时上图分析，若出现钻孔见岩的情况要分析出是顶板还是底板，方能指导下一组钻进施工；当测量数据出现异常时（如相邻两组数据测量偏差较大），首先对异常点进行复测，若异常仍未排除，则考虑孔内原因（构造带，断层等）。孔内异常如不返风，不返渣时要确认供风是否正常，钻头有无堵塞，孔内返风通道是否被钻屑堵住，最后综合分析找出异常原因方能继续钻进。

5.效果检验

根据每轮钻场结束后的施工效率及瓦斯治理效果同顺层钻孔与煤巷条带顺层长钻孔作对比，若前者具有优势则说明该方案在实践中可行，可继续施工，通过下一轮的结果次检验验证；施工若前者优势不大甚至不具有优势，则分析其原因，优化调整下一步施工方案。

6.结语

定向顺煤层“一钻双消”技术在理论上是可行的，然而在实际试验摸索中可能会出现各种问题，影响施工进度与抽采效果。保证设备运行的平稳可靠，避免人为因素影响是确保试验探索成功的重要保障。

在Ⅱ1012 机巷施工的“一钻双消”工程在开工之初就达成了：通过先期预案尽量较少问题影响，不断优化施工工艺保证施工质量，发现问题及时总结经验调整下一步方案的思路。该技术若能在桃园煤矿运用成功将为煤矿瓦斯治理提供新思路，同时进一步提高矿井生产效率，缓解采掘工作面接替紧张的问题[2]，为矿井合理调整生产布局，提高经济效益做出巨大贡献。

参考文献：

[1] 唐文献.Ⅱ1042 工作面右翼底板灰岩水防治水技术应用[J].区域治理,2018（8）：252-253.

[2] 胡智芳. 区域瓦斯治理方案及效果分析[J]. 工矿自动化,2018（8）:19-23.