松软薄煤层定向顺层快速消突技术.docx

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松软薄煤层定向顺层快速消突技术

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李磊

摘要:治理煤巷条带瓦斯,传统方式为机风巷施工底板穿层钻孔,该方式钻机搬运频繁、效率低,鉆孔轨迹难以控制,抽采效果不佳。定向顺层钻孔不仅深度大,且钻孔轨迹精准可控,抽采效果好,可有效保障工作面掘进期间瓦斯安全高效治理。

关键词:薄煤层;定向顺层;消突

1.工程概况

施工地点工作面标高-567.2~-665.2m,处于突出危险区,煤层厚度为1.05~2.3m,平均1.8m,煤层倾角13~34°,平均21°,煤层顶板为砂岩,底板为泥岩。煤层瓦斯放散初速度为6mmHg;煤层坚固性系数f值为0.3;煤层瓦斯压力最大值为0.69MPa,瓦斯含量最大值为6.63m3/t。

巷道走向长度196m,采用定向顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯。设计7个钻孔,中间孔(0#孔)平面沿巷道中线,两侧各布置3个钻孔,孔间距6m,控制巷道两帮轮廓线外15m。

1.1施工工艺

(一)定向钻进轨迹控制

空气螺杆马达定向钻进施工工艺主要借鉴煤矿井下液动马达定向施工工艺方法和风压空气钻进技术,并根据软煤钻进特点进行研究。

(二)空气螺杆马达定向钻进系统组成

空气螺杆马达定向钻进系统组成主要包括定向钻头、空气螺杆马达、上(下)无磁钻杆、测量探管、绝缘短节、钻杆、水便、孔口监视器、空压机和流量计等。

(三)定向钻进工艺

与液动螺杆马达一样,空气螺杆马达作为一种孔底动力钻具,其作用原理是将空气压缩机提供的高压空气通过水便、钻杆中心进入孔底空气螺杆驱动马达回转,从而带动钻头旋转切削破碎孔内煤岩层。定向钻进时,整个钻杆柱不旋转,仅孔底螺杆钻具带动钻头回转碎岩,在给进力作用下向前钻进延伸。

螺杆钻具之所以用于定向钻进,主要基于两个原因:一是空气螺杆马达的定向过程中,钻头回转破碎岩石,而整个钻具不回转;二是空气螺杆马达下端设置弯外管,使螺杆钻具弯曲,在钻压的作用下,将使钻头对孔壁四周产生不等的侧向力,从而实现造斜钻进。

钻孔轨迹控制主要通过改变孔底空气螺杆马达弯角的方向(即工具面向角)来实现。系统中随钻测量探管将钻孔的倾角、方位角和工具面向角等数据实时传输到孔口监视器内进行处理,形成钻孔实钻轨迹并显示。根据设计轨迹与实钻轨迹偏斜状况,调整工具面向角以达到调整钻孔轨迹或纠偏的目的,保证钻孔轨迹沿预定方向延伸。

2工程实施情况

2.1钻孔施工情况

定向顺层钻孔从2019年11月6日开始施工,于2020年1月13日结束施工,钻孔施工期间没有出现喷孔、顶钻等异常动力现象。

0#孔,定向钻进至129m见顶板砂岩,进尺到147m仍是砂岩;提钻至99m开2-1#分支,135m见顶板砂岩,持续施工至246m,仍是砂岩;提钻至105m开2-2#分支,持续施工至201m全煤,返渣量大,塌孔严重,终孔提钻,冲煤量44.28t,下筛管195m。

左3#孔,施工至73m见底板,到119m进入煤层,123m返风量非常大,提钻检查马达掉入孔内,打捞失败,冲煤量23.68t,下筛管116m。

右3#孔,施工至41m见底板,到63m进入煤层,施工至127m见岩石,提钻到孔深99米处开分支,终孔171m,冲煤量25.7t,下筛管160m。

左1#孔,施工至133m孔内出大量煤粉,终孔孔深209m,冲煤量39.64t,下筛管203m。

左2#孔,施工至180m孔内出大量煤粉,终孔孔深210m,冲煤量41.48t,下筛管190m。

补左3#孔,施工至144m孔内出大量煤粉,终孔孔深228m,冲煤量37.63t,下筛管224m。

右1#孔,施工至120m孔内出大量煤粉,终孔孔深210m,冲煤量45.65t,下筛管201m。

右2#孔,施工至156m孔内出大量煤粉,终孔孔深207m,冲煤量44.32t,下筛管202m。

补右3#孔,施工至70m见煤层底板,108m进入煤层,终孔孔深210m,冲煤量23.68t,下筛管204m。

右4#孔,终孔孔深70m,冲煤量10.5t,下筛管70m。

右5#孔,终孔孔深42m,冲煤量6.1t,下筛管42m。

补左2#孔,终孔孔深126m,冲煤量27.63t,下筛管122m。

左4#孔,终孔孔深72m,冲煤量13.5t,下筛管72m。

左5#孔,终孔孔深40m,冲煤量6.1t,下筛管40m。

补右2#孔,终孔孔深218m,冲煤量90.28t,下筛管208m。

累计成孔15个,工程量2336m,下筛管2249m,累计排煤渣480.17吨,钻孔等效直径442mm。

2.2抽采情况

瓦斯抽采计量从2019年11月11日第一个孔合茬开始,截止2020年1月14日,0#孔累计抽采10074.1m3;左3#累计抽采5294.87m3;右3#累计抽采5273.32m3;左1#累计抽采4990.56m3;左2#累计抽采3442.97m3;补左3

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