长钻孔预抽放技术研究

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  井下定向钻孔工艺可以克服目前井下打钻过程中所不能解决的难题,适用于煤层的瓦斯预抽、邻近层瓦斯抽放和防治煤与瓦斯突出的局部措施。水平长钻孔抽放瓦斯方法不仅提高了钻孔的抽放量和抽放效率,而且降低了抽放成本,是抽放技术的发展方向。
  1.长钻孔的定向施工技术与配套技术研究
  利用定向钻进技术和配套设施,保证钻孔的实际运行轨迹在设计允许偏差内,保证回采工作面瓦斯的安全有效的抽放。
  针对高瓦斯综采工作面长、落煤强度大的特点,采用顺煤层或顶板岩石水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯。
  影响钻孔弯曲的地质因素主要是钻进岩层的硬度、研磨性、密度、矿物成份、变质程度及结构构造等。地质因素的影响主要表现为造成岩石的非均质性,岩层的层理、片理、裂隙、断层、软硬互层、溶洞、卵砾石等结构构造使岩层具有不均质性。在这种岩石中钻进时,钻头在孔底受力不平衡,引起钻孔弯曲。其中层理、片理和软硬互层对钻孔的弯曲最具影响。地质因素对钻孔轨迹的影响表现为,孔底钻具受到一个来自地层的自然造斜力即地层力的作用。地层力的两个分力,即地层变孔斜力和地层变方位力,使钻孔产生倾角和方位角的变化。
  工艺因素的影响与钻进方法有关。在回转钻进时,工艺因素影响的程度常取决于弯曲强度与钻进参数的关系。影响钻孔弯曲强度最强烈的是轴向压力,其次是转速对钻孔弯曲强度的影响,但是单纯地增大或减小两个参数,并不能减小孔斜强度。
  空间条件是指孔底钻具组与孔壁之间存在的间隙。力学条件和空间条件是钻头轴线有可能偏离钻孔轴线的两个必要条件,后者是前者的前提条件。
  了解在孔内工作状态下的钻具受力及其变形,是选用钻具和制定正确的钻进工艺和钻进参数的前提条件之一。
  2.顺层长钻孔预抽煤层瓦斯的钻孔布置与施工方案
  2.1.钻孔布置
  顺层平行钻孔布置方案,钻孔间距5 m,方位与机、风巷夹角80°,向切眼方向倾斜,即抽放工作面卸压瓦斯。
  2.2.钻孔倾角
  钻孔施工时根据煤层赋存情况及邻近孔煤层变化情况,在不打到煤层顶、底板的情况下,尽量打到或超过设计孔深。
  2.3.钻孔孔深
  回采工作面采用顺层长钻孔预抽煤层瓦斯,要求钻孔抽采范围控制整个工作面,工作面内不得留有抽采盲区。
  2.4.钻孔孔径
  顺层钻孔孔径采用85mm,随着孔径增大,钻孔瓦斯抽放量也增大;当孔径达到108mm后,钻孔瓦斯抽放量增大不明显。
  2.5.封孔方法和封孔深度
  由于顺层钻孔开孔在煤层卸压段,裂隙较为发育,容易出现漏气现象,封孔采用两堵一注方式,封孔长度6m,封孔深度不小于6 m。
  2.6.钻机选型与施工方法
  钻机的旋转扭矩和推进力必须满足施工钻孔长度要求。
  钻机施工应采用风力排渣,不仅不易破坏孔壁,也不影响煤的瓦斯解吸和泄出,且钻孔成型较好。
  3.顶板走向水平长钻孔抽放瓦斯钻孔布置与施工方案
  3.1.钻孔布置
  采用顶板岩石水平长钻孔布孔方式。钻场间距离为130~140m。布孔方式基本沿走向打钻。钻孔终孔位置(水平投影)距回风巷20~80m。根据煤层倾角变化钻孔倾角作相应调整,一般为4~11°。只有将钻孔打至工作面采空区冒落拱上方裂隙发育带内,才能取得较好的抽放瓦斯效果。为保证钻孔段处于该裂隙发育带,则必须采取相应的导向技术
  3.2.钻孔孔径
  鉆孔开孔直径117mm,终孔直径90mm。随着孔径增大,钻孔瓦斯抽放量也增大;当孔径达到108mm后,钻孔瓦斯抽放量增大不明显。
  9.3.3.封孔方法和封孔深度
  封孔采用两堵一注方式,封孔长度6m,封孔深度不小于6 m。
  3.4.钻机选型
  钻机的旋转扭矩和推进力必须满足施工钻孔长度要求。
  4.小结
  针对高瓦斯综采工作面长、落煤强度大的特点,采用顺煤层或顶板岩石水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯,其目的在于保证综采工作面高效与安全生产,缩短工作面准备时间,缓解矿井采掘接续的紧张矛盾。
  长钻孔预抽放技术适合煤层透气性好,瓦斯含量大和瓦斯利用的矿井。
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