榆树田煤矿定向长钻孔瓦斯治理实践应用
（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）摘 要：瓦斯治理是确保煤矿安全的重要保障。文中，结合具体情况，探讨了定向长钻孔瓦斯治理实践应用，希望可以为美康瓦斯治理提供借鉴，确保煤矿生产安全。
关键词：煤矿；瓦斯治理；定向长钻孔
前言
煤矿瓦斯灾害是煤矿危害极大的自然灾害，它直接威胁煤矿工人的生命安全，严重妨碍了煤矿安全生产。为了企业的持续、健康、稳定发展，必须执行煤炭资源安全开采工作。瓦斯抽放是煤矿瓦斯治理的核心，以普钻、定向钻、地面钻等设备及配套技术施工预抽瓦斯钻孔，保障煤矿安全生产，提高经济效益。本文通过榆树田煤矿应用定向钻机结合普通钻机进行瓦斯治理，确保矿井安全，高效生产，体现出显著的技术、经济效益。
1 钻孔设计与施工
1.1 工作面概况
榆树田煤矿距库车市城区约 60km，行政区划隶属于库车市阿格乡管辖。矿井主要开采下侏罗统塔里奇克组下 5、下 10 煤层。110504 工作面为矿井 11 采区西翼下 5 煤层第二个回采工作面。北部为 110502工作面，南部为开采区边界，东部为三条上山，西部为井田边界，上部为 110404 工作面。
110504 工作面开采下 5 煤层，煤层结构较简单，煤层平均煤厚 9m，煤层平均倾角 14°。110504 工作面采用运输巷及材料巷进风、回风巷回风的“二进一回”通风方式。下 5 煤层为较稳定性煤层，顶板岩性为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，底板岩性粉砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩。
1.2 钻孔设计
110504 工作面采用定向钻机施工区域措施条带钻孔，共布置 5 个钻场，施工 22 个定向钻孔，单孔设计孔深 360m，钻孔孔间距为 10~12m。
定向钻孔空白区域采用普通钻孔施工，设计 35 个钻孔，控制空白区域。
1.3 钻孔施工
定向钻孔主要施工工序有钻孔轨迹设计、开孔、扩孔、封孔、钻进、退钻探底并施工分支孔，钻具组合主要采用Ф96mmPDC 钻头+Ф73mm 无磁钻杆+Ф73mm 通缆钻杆定向钻进，回转扩孔后成Φ143mm孔径的终孔，成孔期间结合随钻测量系统实时测量钻孔轨迹倾角、方位角及螺杆马达工具面向角等参数，校正钻孔轨迹。扩孔结束后采用45#水泥进行封孔，待水泥凝固后钻进施工。空白区域采用 ZDY4000型普通钻机施工，以-5°倾角进行施工。
自 2021 年 5 月 21 日至 2021 年 9 月 19 日，定向钻孔共施工了 5个高位钻场，累计施工进尺 7998m，累计工期 121d，各类因素影响 20d，实际累计工期 100d，平均施工工效 66m/d。
2 效果考察分析
2.1 抽采数据
110504 工作面施工完毕后，钻孔接入抽采系统，并进行计量。在抽采过程中主要采用人工抽检的方式对钻孔的浓度、流量、负压等进行了核定，根据实测钻孔浓度、量、负压以及风排瓦斯量等参数，统计工作面抽采浓度、负压、流量、标况流量、标况纯量等参数。
2.2 数据分析
工作面瓦斯储量约为 556 万 m3，2020 年 6 月 1 日至 2021 年 21 月1 日，累计抽采瓦斯量为 122 万 m3，预抽率为 21.9%。随机抽取 100天内日抽采量数据（图 1），单日最大瓦斯抽采纯量为 18110m3/d，图 2数据表明除个别单日抽采量起伏变化较大，矿井平均抽采系统比较稳定，平均日抽采量纯量约为 2039m3/d。随机抽取 30 天瓦斯浓度数据（图2），瓦斯浓度为 10.3～24.73%，基本较为稳定。
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日抽采量变化表
日抽采量m3
图 1 单日抽采瓦斯统计
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单孔瓦斯浓度变化表
甲烷浓度（%）
图 2 单日抽采瓦斯浓度
抽取矿井瓦斯抽采报表及抽采泵运行记录，1105504 工作面钻孔瓦斯浓度平均值约为 12.49%，日抽采纯量平均值约为 2399m3，矿井抽采泵站运转连续、稳定，可以满足工作面瓦斯治理的需要。
3 社会经济效益
3.1 社会效益
（1）减少矿井瓦斯事故
煤矿发生瓦斯事故给社会带来很大的负面影响，通过应用该项目的研究成果，减少瓦斯爆炸等高危事故发生概率，保证从业人员的健康、安全，为矿井瓦斯治理工作提供良好的示范作用，有利于促进社会的和谐发展。
（2）确保矿井安全、高效生产
通过该项目的成功应用，有效提高了矿井瓦斯抽采率，大幅降低煤层瓦斯含量，降低了工作面的瓦斯涌出量，保证了抽采范围内的巷道正常的掘进和回采工作，确保了矿井采掘有序接替，提高了矿井安全生产系数，有利实现矿井安全、高效生产。
3.2 技术、经济效益
（1）大幅减少瓦斯治理工程量，缩短瓦斯治理时间“定向长钻孔+局部钻孔”瓦斯抽采技术与传统的“消突巷+穿层孔+顺层孔”瓦斯抽采技术相比，以 110504 工作面为例，节省工程量约 365m，减少钻孔工程量 1.8 万 m 左右。定向长钻孔不仅做到了钻孔轨迹实时测量与纠偏控制、大幅提高了钻孔施工精度，而且煤孔率的大幅提高带来了钻孔利用率大幅提升，缩短了瓦斯治理时间。
（2）形成了适合榆树田煤矿的“定向长钻孔+局部钻孔”瓦斯抽采关键技术针对榆树田煤矿瓦斯灾害较严重、瓦斯治理时间紧的难题，采用顺层定向长钻孔或穿层梳状定向长钻孔抽采煤巷条带瓦斯和工作面瓦斯，定向长钻孔无法控制的盲区采用普通短钻孔的方式解决了榆树田煤矿 110504 工作面瓦斯治理，并在其它工作面进行了推广应用；形成了适合榆树田煤矿的“定向长钻孔+局部钻孔”瓦斯抽采关键技术。
（3）降低瓦斯治理工程费用，提高矿井经济效益榆树田煤矿通过推广应用“定向长钻孔+局部钻孔”瓦斯抽采关键技术，预计 2021 年度矿井增加回采煤量 570 万吨，直接提高矿井经济效益。
4 结论
综上所述，通过“定向长钻孔+局部钻孔”技术应用榆树田煤矿瓦斯治理提供了经济高效的方法，对维持矿井的生产接续、提高瓦斯治理效率起到了重要作用。应用取得的经济成效逐步显现，这对于阿艾矿区乃至库拜煤田的突出煤层强化瓦斯抽采技术水平的提高起到积极推动作用，对于提高产业人员的作业环境安全性，促进地区经济社会稳定发展和提高南疆地区各族人民生活水平有十分重要的意义。
参考文献
[1]卫锦龙.定向钻孔在高位瓦斯抽采中的应用[J].石化技术，2020，27(08)：143+152.
[2]赵承方，王金宝.高位定向长钻孔在低透气性突出煤层中的应用研究[J].煤炭与化工，2019，42(09)：117-120.
