煤矿井下定向拦截钻孔抽采瓦斯施工技术的研究及应用

属煤与瓦斯突出矿井，开采二1 煤层具有突出危险性，一7 煤为低瓦斯煤层作为下保护层开采，同时施工 该方案能够有效治理二1 煤层瓦斯，但随着下保护层一7 煤开采高度的 并导致钻孔及抽采管路破坏，严重影响被保护层瓦斯治理效果。经过前期 孔具有轨迹可控、单孔控制长度大、超前治理大等优势，能够有效解决 1721 实现安全、高效抽采被保护层卸压瓦斯。

二、172105 工作面概况

（一）工作面位置及开采情况

172105 保护层工作面回采一7 煤层，位于矿井二水平21 采区东翼，西起21 采区上山，东至矿井东边界，南邻172103 保护层工作面，北部一7 煤层无采动。工作面平均走向长620m,平均倾斜长155m，面积96100 万㎡。工作面一7 煤层标高范围-118.2～-230m，煤层倾角平均29°。上部被保护层二1 煤层距离距离一7 煤垂距约21m，在保护层工作面的下部和中部分别沿二1 煤底板下方垂距约10m 位置分别布置两条底抽巷治理二1 煤层瓦斯。

（二）煤层及顶、底板岩性、厚度

一7 煤为黑色，多为块状，少量粉粒状煤，似金属光泽和金刚光泽。宏观煤岩组分以亮煤为主，夹镜煤条带，为半亮～光亮型煤，煤的视密度为 1.39t/m³ 。由邻近的172203 保护层工作面实揭地质资料显示，该区域一7 煤体厚约0.5m，有一层厚约 0.1m 的夹矸。172105 保护层工作面煤层沿走向大致呈西高东低趋势。

（三）瓦斯地质情况

21 采区二1 煤层煤瓦斯参数测试结果如表 所示，二1 煤层原始瓦斯含量在9.13～13.84m3/t，瓦斯压力0.45～0.83MPa，煤层坚固性系数在 0.12～0.28 ，放散初速度27，煤层破坏类型为Ⅳ、Ⅴ类。最大值出现在21 采区运输上山三平台往下 300m。二 1 煤层原始瓦斯压力 0.45～0.83MPa，最大值出现在 21 采区运输上山三平台往下300m。

三、钻孔施工工艺、钻机装备选型

（一）结合矿井地质条件，决定采用在二1 煤底板3 米位置布置定向拦截长钻孔，通过开采一7 煤后卸压被保护层二1 煤瓦斯抽采工艺，进行瓦斯抽采作业。

（二）根据172105 工作面现场施工条件、底板拦截钻孔布置参数及井下现有钻进设备配备情况，选用的钻机钻进能力应达到459m 以上，为此矿井购进一台铁福来生产的ZYWL7300DS 矿用双履带全液压定向钻机钻进底板拦截钻孔，该钻机最大钻进深度为600m，扭矩为2400N·m，配套一台泥浆泵车，泵车的最大输出压力为8MPa，最大的输出流量为 300L/min。配套一台 ML25.2\25-250G 螺杆式移动空气压缩机，空气压缩机的排气压力为 2.5MPa,排气量为 25.5m³/min。

四、172105 工作面定向钻场布置及钻孔设计

分别在 172105 上抽采巷布置2 个定向钻场，由内到外分别命名1#、2#钻场，每个钻场施工 6 个定向钻孔，其中上帮5 个，下帮1 个，钻孔长度380m，172105 下抽采巷保留施工 1-5#常规穿层钻孔。D1#~6#钻孔设计平距15m，垂距8m，1#钻场钻孔孔底控制172105 保护层工作面切眼外侧15m，钻场之间搭接长度 20m。

五、172105 工作面定向钻场施工过程中存在的问题

1、受地质因素限制定向钻孔需布置在二1 煤底板3 米的位置，该层为非最优抽采层位，所以本项目在前期需要开展定向钻孔施工的层位及瓦斯抽采效果考察，及时优化定向钻孔的设计方案。

2、受地质因素限制定向钻孔布置在二1 煤底板，需穿泥岩，泥岩用水钻进时，容易塌孔，压杆现象，需根据施工条件遇到泥岩塌孔时及时调整为压风钻进，保证成孔的几率。

3、定向钻孔原则上需要严格按照二1 煤底板走向进行施工，钻杆需要相应地根据走向变化而上下起伏变化，将导致钻杆弯曲程度较大，出现断钻杆现象。

4、由于定向钻孔孔深较大，在全程下筛管过程中，可能会出现卡阻现象，导致筛管下至孔底困难。

六、172105 工作面定向钻场瓦斯抽采效果分析

（一）2023 年 11 月28 日1 号定向钻场开始施工，2024 年1 月22 日1 号钻场 6 个定向孔全部施工完成，共计长度 1755m。

（二）截止至 2024 年 11 月，底板定向拦截钻孔平均抽采纯量为 4.07m3/min ，穿层钻孔平均抽采纯量为0.92m3/min，底板定向拦截钻孔抽采纯量是穿层钻孔的 4.4 倍。经计算，该工作面推采230m，倾向长152m，煤厚 5m，回采范围内瓦斯含量 6.65~11.51m³/t，按平均 10.00m³/1 ，回采段瓦斯储量 255.73 万m³，合计抽采瓦斯量153.49 万m³，其中抽采巷合计 30.2F m³，定向钻孔123.29 万m³，抽采率约为 60.4% ，瓦斯含量约降低 6.04m ³/t，残余瓦斯含量约为 3.96m³/t 。

（三）工作面回采15m 时顶板初次来压冒落，钻孔与二1 煤层底板裂隙明显发育，钻场浓度 3% 增加到 35% ，纯量 0.1m³/min 增加到1.5m³/min，单孔浓度由初始 1% -5％增加到 23%-52% ；在工作面回采15-30m 位置时，钻场每天抽采瓦斯浓度、纯量逐渐递增，钻场浓度达到 40% ，纯量增加到6.8m³/min，单孔浓度增加到 42%-75% 。

1、相同开采条件下定向拦截钻孔抽采量是穿层钻孔抽采量 4.1 倍，抽采率达到 60% ，抽采率比之前提高近1 倍，被保护层瓦斯得到充分抽采，减少回采期间瓦斯涌出量，定向拦截钻孔取得明显的抽采效果。

2、定向拦截钻孔抽采量增加，2 台发电机组可持续满负荷发电。

3、定向拦截抽采钻孔卸压瓦斯抽采应用成功拦截了被保护层瓦斯涌入保护层工作面，解决了保护层开采被保护层瓦斯向保护层泄露的风险。

七、安全、经济效益

（一）经分析，采用底抽巷施工穿层钻孔卸压抽采解放每平方125.38 元,采用定向拦截长钻孔卸压瓦斯抽采解放每平方96.74 元，因此保护层回采卸压瓦斯抽采综合治理，采用定向拦截长钻孔比底抽巷穿层钻孔每平方可节约28.63 元，1 号定向钻场控制范围走向 270∗ ，倾向80 米，面积 21600 ㎡，共计节约 61.8 万元。

（二）172105 定向拦截长钻孔卸压瓦斯抽采应用，提高钻孔浓度，增加抽采量，提高抽采率，进一步降低了抽采区域的残余瓦斯含量，能有效的消除突出危险，减少了被保护层工作面瓦斯涌出量。对改善矿井安全环境和安全生产打下了良好的基础，为减少瓦斯超限事故发挥了巨大的作用。

八、结论

综合而言，通过172105 定向拦截长钻孔卸压瓦斯抽采应用，提高钻孔浓度，增加抽采量，提高抽采率，同时保证了两台机组正常发电，做到以用促抽，为矿井解决了部分用电，减少了碳排放，对矿井绿色高效发展打下了良好的基础。不仅为矿井卸压瓦斯抽采节约了经济成本。

通过深入研究与应用，我们不仅提高了矿井的安全性和效率，还在环保方面取得了显著进展。未来，我们应积极探索新技术以确保煤矿产业健康可持续地发展，为社会提供可靠的能源。

参考文献:

[1]陈志刚, 王建华, 魏世明. (2018). 煤矿瓦斯抽采技术与工程实践. 《矿业工程研究》, 43(6), 42-47.