超前鉆是什么意思

科技?信息化IScience&TechnologyInformatization

煤層底板定向超前探查鉆孔“一孔多用”技術(shù)研究

u文/吳劉洋羅虎

水害及瓦斯是影響煤礦安全

生產(chǎn)的重大威脅。近年來(lái)，隨著礦

井開(kāi)采深度的增加，地質(zhì)條件越來(lái)

越復(fù)雜，煤層的瓦斯壓力及瓦斯含

量隨之增加，煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)

變得更加嚴(yán)峻，針對(duì)水害與瓦斯災(zāi)

害的治理手段及措施要求也更加

細(xì)致、嚴(yán)格，導(dǎo)致礦井的開(kāi)采成本

越來(lái)越高，開(kāi)采效率越來(lái)越低。為

解決這一問(wèn)題，安徽恒源股份有限

公司祁東煤礦基于水害、瓦斯災(zāi)害

治理思路，在祁東煤礦8237工作面

進(jìn)行了煤層底板定向超前探查鉆

孔“一孔多用”技術(shù)研究及實(shí)驗(yàn)施

工，有效解決了水害、瓦斯治理與

降低開(kāi)采成本、提高開(kāi)采效率相矛

盾的問(wèn)題，為礦井水害及瓦斯治理

提供了有益借鑒。

一、概況

1.礦井概?況

祁東煤礦為煤與瓦斯突出礦

井，水文條件為極復(fù)雜型，主采的

32、6,、7,、82、9煤均為突出煤層。礦

井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為180萬(wàn)t/a,采用兩

個(gè)水平開(kāi)采，一7JC平標(biāo)高為-420?-

600m(風(fēng)氧化帶下限?回采上限單

獨(dú)統(tǒng)計(jì)），二水平標(biāo)高為-600

800m。

2.工作面概況

8237工作面位于井田東翼一7JC

平三釆區(qū)，該區(qū)域地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，

整體為一單斜構(gòu)造，傾向在北西向

與北東向之間，傾角為10°~15°之

間，平均13°，工作面平均傾向?qū)?/p>

203m,走向長(zhǎng)1550m。8237工作面

布置在7,35、7,37工作面卸壓保護(hù)范

圍內(nèi)，實(shí)測(cè)工作面最大殘余瓦斯含

量5.1438：113八，下伏9煤距82煤法距

約10m,9煤在該范圍受巖漿巖侵

蝕，純煤厚〇.96~l.65m,原始瓦斯

含量10.95m3/t。

3.探查及瓦斯治理的必要性

根據(jù)《安徽省煤礦防治水和水

資源化利用管理辦法》（皖經(jīng)信煤

炭[2017]218號(hào)）文件規(guī)定，存在陷

落柱突水威脅的區(qū)域，水文地質(zhì)條

件類(lèi)型為復(fù)雜及以上的礦井的新水

平、新釆區(qū)掘進(jìn)時(shí)，必須同時(shí)采用

物探、鉆探等方法循環(huán)探查工作面

前方及頂（底）板富水情況，發(fā)現(xiàn)異

常立即停止作業(yè)。8237風(fēng)巷、機(jī)巷及

切眼在掘進(jìn)施工前必須進(jìn)行超前

探查。

8:37工作面采取切頂卸壓沿空

留巷技術(shù)，“Y”型通風(fēng)方式進(jìn)行

通風(fēng)，工作面回采期間瓦斯主要來(lái)

源：一是工作面裸露煤壁涌出的瓦

斯；二是回采過(guò)程中落煤瓦斯；三

是采空區(qū)內(nèi)遺落煤中解吸出來(lái)的瓦

斯；四是下伏9煤卸壓瓦斯。

采取分源法預(yù)測(cè)工作面瓦斯

涌出量，下伏9煤卸壓瓦斯占工作面

總瓦斯涌出量的比例高達(dá)68.4%，

在回釆過(guò)程中K鄰近層9煤受采動(dòng)

影響產(chǎn)生卸壓瓦斯，通過(guò)升浮擴(kuò)散

及滲流的作用，從下部通過(guò)底板影

響帶的裂隙向上部擴(kuò)散進(jìn)入采空

區(qū)，工作面回采期間大量9煤卸壓

瓦斯從釆空區(qū)和綜釆支架架間涌

出，嚴(yán)重制約工作面安全回采。只

要8237工作面下伏9煤卸壓瓦斯能

夠得到有效治理，就能保證工作面

安全高效回采。

二、鉆場(chǎng)及鉆孔布置

1.鉆場(chǎng)布置

為使鉆孔在底板中開(kāi)孔施工，

選擇在三采區(qū)東翼1#瓦斯抽采巷

聯(lián)巷及8237機(jī)巷內(nèi)施工鉆場(chǎng)。三采

區(qū)東翼1#瓦斯抽采巷聯(lián)巷鉆場(chǎng)位

于82煤底板、9煤頂板，8237機(jī)巷鉆

場(chǎng)在巷道上幫按坡度〇°施工，鉆場(chǎng)

長(zhǎng)x寬x高=l2mx5.5mx2.6m。

2.鉆孔布置

鉆孔布置在煤層底板砂質(zhì)泥

0QChinaCoalIndustry2020/11

陜煤集團(tuán)陜北礦業(yè)檸條塔公適IM

巖中，距下伏9煤頂板法距2~5m,

控制到風(fēng)巷向上30m,風(fēng)巷向下

90m,鉆孔沿煤層傾向方向間距

30m，鉆孔孔深500~550m。

(1)鉆孔施工。三釆區(qū)東翼1

#瓦斯抽采巷聯(lián)巷定向鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔釆

用ZDY12000LD型全液壓坑道定

向鉆機(jī)施工，8237機(jī)巷定向鉆孔選

用ZDY6000LD(B)型全液壓坑道

定向鉆機(jī)施工。

鉆孔開(kāi)孔孔徑〇120mm,施

工至不/j、于21m不大于25m孔深后

改用?193mm鉆頭擴(kuò)孔，并埋設(shè)

ct>146mm、有效長(zhǎng)度不小于20m

的單層地質(zhì)管，套管壁厚不小于

6.0mm,在套管孔口處加設(shè)法蘭

盤(pán)，安裝孔口閘閥。用水灰比1:1水

泥漿液進(jìn)行注漿固管，養(yǎng)護(hù)期不

小于72小時(shí)，養(yǎng)護(hù)期滿(mǎn)后做耐壓試

驗(yàn)，壓力不小于8_lMpa，且穩(wěn)定時(shí)

間不少于30min。耐壓試驗(yàn)結(jié)束后

釆用定向鉆進(jìn)技術(shù)將鉆孔施工至

設(shè)計(jì)要求位置。

(2)鉆孔壓裂。鉆孔終孔后反

復(fù)沖洗，將孔內(nèi)鉆屑盡可能沖出孔

外，孔口安裝注漿盤(pán)，利用2ZBQ-

10/16型風(fēng)動(dòng)注漿泵將靜壓水加壓

通過(guò)注漿管壓入孔內(nèi)，對(duì)鉆孔進(jìn)行

反復(fù)壓裂，壓裂后孔內(nèi)下人鉆具采

用壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)積水。全部完成后

并人抽釆系統(tǒng)進(jìn)行抽釆。

三、煤層底板定向超前探查

鉆孔“一孔多用”技術(shù)

為達(dá)到一孔多用的目的，在工

作面區(qū)段釆掘活動(dòng)前施工鉆場(chǎng)沿

著煤層底板向切眼方向布置定向長(zhǎng)

鉆孔，進(jìn)行超前探查及瓦斯抽釆。

在釆掘活動(dòng)前后，定向長(zhǎng)鉆孔起到

超前探查、采前預(yù)抽、采中攔截臨

近層卸壓瓦斯作用。

1.超前探查

定向長(zhǎng)鉆孔在掘進(jìn)活動(dòng)前，首

先作為超前探查鉆孔探清工作面前

方底板富水、地質(zhì)構(gòu)造等情況，發(fā)

現(xiàn)異常立即停止作業(yè)。

2.采前頓抽

對(duì)定向長(zhǎng)鉆孔利用高壓水進(jìn)

行壓裂，使煤層底板及下伏煤層頂

板原生裂隙及次生裂隙張開(kāi)，裂隙

之間相互溝通，通過(guò)多次重復(fù)壓裂

沖洗，促進(jìn)裂隙延伸，在高負(fù)壓抽

釆的狀態(tài)下，本煤層及下伏煤層瓦

斯通過(guò)裂隙滲透至鉆孔，最終被抽

送至地面進(jìn)行利用，進(jìn)一步降低了

煤層的瓦斯壓力及瓦斯含量。

3.采中攔截臨近層卸壓瓦斯

在工作面回采過(guò)程中由于圍

巖及臨近層卸壓，裂隙大量發(fā)育，

工作面下伏9煤瓦斯大量解吸，定

向長(zhǎng)鉆孔這時(shí)起到了攔截臨近層

瓦斯的作用，回采時(shí)下臨近層瓦斯

涌出量減少，保證工作面安全高效

回釆。

四、效果分析

1.超前探查效果

通過(guò)對(duì)8237風(fēng)巷進(jìn)行超前探

查，查明了巷道底板及側(cè)幫底板水

文地質(zhì)情況，且各孔施工期間均未

出水，無(wú)水文異常情況，保證巷道

安全掘進(jìn)。

2.采前抽采效果

鉆孔通過(guò)使用高壓水進(jìn)行

壓裂后，鉆孔的抽采濃度由未壓

裂時(shí)的2%~7%增加到壓裂后的

62%~86%，單孔抽采純量由接近〇

上升到〇.26m3/min。

3.采中攔截臨近層卸壓瓦斯效

果預(yù)測(cè)

參照8231工作面下伏9煤定向

攔截卸壓瓦斯鉆孔的抽釆效果，單

孔最大抽采濃度90%,最大抽采純

量3.09m3/min。釆取施工定向攔

截卸壓瓦斯鉆孔治理措施后，工作

面瓦斯抽采率平均在50%以上，工

作面最大回風(fēng)瓦斯?jié)舛冉档?.5%

以下，上隅角瓦斯?jié)舛扔深l繁超限

降到0.8%以下，瓦斯治理效果十分

明顯。

4.工程效果

鉆孔施工工效高、安全風(fēng)險(xiǎn)

低，避免普通鉆機(jī)施工時(shí)搬家挪移

頻繁帶來(lái)的安全問(wèn)題；鉆孔工程量

小、節(jié)省大量材料費(fèi)用，將超前探

查鉆孔與瓦斯治理鉆孔相結(jié)合，通

過(guò)定向鉆機(jī)進(jìn)行施工，工程量降低

62%，工程費(fèi)用降低43.7%;常規(guī)鉆

孔進(jìn)行探查需停止迎頭掘進(jìn)工作，

每次探查施工時(shí)間需15天，整個(gè)巷

道共需探查7次，利用機(jī)巷鉆場(chǎng)對(duì)

風(fēng)巷進(jìn)行探查可提前施工，無(wú)需停

止風(fēng)巷掘進(jìn)工作，減少影響時(shí)間。

五、結(jié)論

通過(guò)對(duì)煤層底板定向超前探

查鉆孔“一孔多用”技術(shù)研究及試

驗(yàn)施工，并對(duì)施工效果進(jìn)行綜合

分析可知，此項(xiàng)技術(shù)無(wú)論在安全效

果、工程費(fèi)用、抽放效果，還是在

工程量方面，相對(duì)傳統(tǒng)施工方案都

具有極大的優(yōu)勢(shì)，持續(xù)應(yīng)用后將成

為煤礦水害及瓦斯治理和降本增效

的一項(xiàng)有效舉措。

(作者單位：安徽恒源股份有限

公司祁東煤礦）

(責(zé)任編輯：龐永厚）

中國(guó)煤炭工業(yè)2020/1161