贵州盘江精煤股分有限公司山脚树矿 贵州省盘州市 553534
摘要：文章在对煤矿开采作业中瓦斯的危害进行介绍之后，分析定向钻机施工顶板瓦斯抽采技术的原理和区域，在介绍此技术的具体工艺之后，提出了此技术实际应用之后所表现出的优势和效果，以供参考。
关键词：定向钻机施工；顶板；瓦斯抽采；钻孔
1引言
在煤矿井下开采过程中，针对邻近层和采空区瓦斯的抽放，通常采用顶板岩石巷道抽放方式，在表现出良好瓦斯抽放效果的同时，也表现出较高的成本投入的问题。为此，文章提出了采用定向钻机施工顶板瓦斯抽采技术来代替顶板瓦斯抽放巷，既缩短巷道施工时间，又能实现瓦斯抽放效果。
2瓦斯的危害
由于煤层中含有储量丰富的瓦斯，在进行煤矿井下开采过程中，煤层中会释放出大量的瓦斯，因管理不到位会造成巷道中瓦斯的积聚，在煤矿井下较为封闭的空间中聚集到一定浓度会增加火灾以及爆炸事故的概率。由于瓦斯的主要成分为甲烷，其密度比空气小，容易出现瓦斯积聚集等问题，而且在聚集到一定浓度之后遇到明火或者温度较高时，容易发生火灾或爆炸事故。同时在井下相对封闭的空间中而会造成作业人员的窒息。在煤矿井下生产中比较容易出现的瓦斯事故之一就是采空区中不断积聚瓦斯而导致恶性事故的发生，这就会严重威胁作业人员以及机电设备的安全，因此就需要在煤矿开采中做好瓦斯抽采技术管理工作。
3定向钻机施工顶板瓦斯抽采技术原理
在煤矿开采作业的持续进行中会主要表现出上覆岩层的下沉现象，而且在上述现象不断发展并稳定之后，就会在开采区域内出现由上到下的下层带、裂隙带和冒落带的垂直地带问题。这主要是由于瓦斯比空气的密度小，会在空气中处于漂浮状态，而且会在裂隙带上部的离层裂隙中聚集，便于通过在顶板上开展定向钻机施工方式来进行瓦斯的钻孔抽采。目前此种技术在以下区域中比较适用：一是上隅角的控制范围。此范围比较容易出现瓦斯超限的现象，因此针对此区域的回风巷内侧顶板岩层内进行抽采钻孔的布置，而且沿着顶板走向来开展钻孔施工并对此较大范围内的瓦斯进行抽采。二是采空区范围。针对采空区范围内不断积聚的瓦斯问题，可以在采空区内顶板冒落区的上部裂隙带进行钻孔的抽采，同样是沿着顶板走向来对此范围内的瓦斯压力进行释放，对瓦斯可能造成的危害进行预防。
4瓦斯抽采的具体工艺
4.1瓦斯抽采方法
首先就是利用定向钻机，在回风巷顶板高位钻场内施工顶板穿层钻孔进行抽放，此钻孔沿着水平方向施工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次就是利用定向钻机在该工作面外上山或回风联巷施工顶板穿层大孔径、长距离钻孔对采空区进行抽放，此钻孔布置方式与顶板高位钻场钻孔布置方式相同，从而保证瓦斯抽采的顺利开展。在保证上述钻孔与工作面采空区导通之后，通过施工的定向水平钻孔来实现对采空区瓦斯的抽采，并通过地面永久抽放泵来对其采空区瓦斯进行抽放。确保采煤工作面安全、高效顺利回采。
4.2钻孔的布置
在此技术应用中对钻孔的布置主要有以下两种方案：一是在对回风巷顶板高位钻场内施工钻孔之间，在此范围内进行定向钻孔的布置，保证其方向沿着煤层走向。第二个方案就是对此范围内进行大孔径、长距离的定向钻孔布置，而且定向钻孔的布置在同一个水平线上，保证其方向沿着煤层走向。在钻孔施工之前，需要对钻孔的参数、钻孔之间的水平、垂直距离以及钻孔直径等进行确定，还要经过科学严密分析论证之后来确定距离顶板顶部、底部以及煤层的距离等。
5瓦斯定向抽采的技术优势和效果分析
5.1瓦斯定向抽采技术的优势
与传统的瓦斯抽采方法相比，此种技术的优势主要表现在：首先就是减少瓦斯治理巷掘进工程量，从而降低瓦斯抽采成本。在对相邻煤层以及采空区的瓦斯进行有效抽采的同时，也可以实现采掘工作面作业过程中发生瓦斯、突出等事故的风险。其次就是在工作面回风巷施工高位钻场提前进行顶板穿层钻孔施工，也不影响工作面的掘进。大大提高了高瓦斯矿井采掘效率和缩短巷道掘进工期，实现采、掘、抽平衡。最后就是具有较深的成孔深度。这主要是在此技术应用中的钻孔深度通常比较深，通过较长时间的抽采来保证瓦斯被有效抽放，确保在煤矿井下采掘过程中能实现安全生产。
5.2瓦斯定向抽采技术的应用效果
此技术在目前煤矿企业的应用越来越广泛，而且表现出良好的效果。以某工作面为例，由于其具有地质资料不全、存在断层破碎带以及煤层顶板变化趋势较小等问题，通过此技术就能很好解决了上述问题，而且钻孔也实现高浓度瓦斯抽采，单孔瓦斯抽采量也达到了0.6~3.8m3/min，在此基础上实现了钻孔有效工程量和瓦斯抽采量的显著提高。此外，在钻孔施工中也表现出钻孔的深度都在600m以上，甚至达到了1200m以上，表现出良好的瓦斯抽放效果，抽采浓度均在80%以上。此外，针对钻孔深度以及盲目性而制约定向长钻施工技术应用的情况，通过定向长钻施工技术的应用，解决了较小的瓦斯单孔抽采量、较低的抽采效率以及快速衰减等问题，实现了单孔钻进深度的增加以及单孔覆盖范围和单孔有效抽采半径的扩大，并能实现自动生存钻孔曲线轨迹。而且通过定向长钻孔、大孔径抽采钻孔，其钻孔单孔流量就能够达到普通钻孔单孔流量20~30个的效果，因此可以大大减少钻孔的数量，同时也大大降低瓦斯治理成本、缩短工期，提高工效。
6结语
针对煤矿井下采掘作业过程，沿煤层掘进、石门揭煤、工作面回采等瓦斯问题，特别回采工作面上隅角范围容易造成瓦斯积聚，严重影响安全生产。为了对此范围内的高浓度瓦斯浓度进行抽放以及更好地增加掘进工作面煤层的透气性，通过定向钻机施工长距离、大孔径钻孔更有效实现高效瓦斯抽采，确保采掘工作安全顺利掘进及回采作业。此技术在科学合理设计钻孔位置的同时，保证此技术应用过程中的施工工艺和精度，大大提高瓦斯抽采率和瓦斯抽采量。以某煤矿为例在对此技术应用之后表现出良好的瓦斯抽采和治理效果，比较适合在煤矿井下作业中推广应用。
参考文献：
[1] 李广义, 许彦鹏. 采空区顶板超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术研究[J]. 煤炭工程, 2017, 49(8):88-91.
[2] 侯国培, 郭昆明, 岳茂庄, et al. 高位定向长钻孔瓦斯抽采技术应用[J]. 煤炭工程, 2019, 51(01):74-77.
[3] 李金泉. 深部松软煤层定向钻孔抽采瓦斯技术研究[J]. 煤炭与化工, 2018, 41(3): 29-32.
论文作者:罗华锋
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/9
标签：瓦斯论文; 钻孔论文; 顶板论文; 采空区论文; 煤层论文; 工作面论文; 钻机论文; 《科技新时代》2019年7期论文;