大直径钻孔代替横川技术在胡底煤业的研究与应用

姚盼盼，刘伟，张晓铭

（山西晋煤集团沁水胡底煤业有限公司，山西 晋城 048214）

作者简介：姚盼盼（1983-），男，汉族，工程师，硕士。Tel：13152766823

摘要：在胡底煤业1307（上）工作面，试验使用普通钻机施工大直径钻孔埋管抽采上隅角瓦斯，代替联络横川，通过安全性、经济性对比，可作为一种更安全、更经济地治理上隅角瓦斯的工艺。

关键词：上隅角瓦斯；大直径；埋管；联络横川

0 引言

本施工工艺旨在采用大直径钻孔代替施工横川，更安全更经济地治理综采工作面“U”型通风系统上隅角瓦斯。

胡底煤业为煤与瓦斯突出矿井，高瓦斯、高压力条件下瓦斯治理难度较大。1307（上）综采工作面采用“U”型通风系统，13071巷进风，13072巷回风。目前上隅角瓦斯治理主要方法为高位钻孔抽采+采空区埋管抽采。采空区埋管抽采即在回风顺槽相邻巷道13091巷布置φ508 mm抽采管路，通过13072/13091两顺槽之间联络横川埋管抽采空区瓦斯。但该抽采方式需在13072/13091巷之间每隔60 m施工一个联络横川，并对联络横川进行封闭，随采面回采不断启封密闭，开启抽采负压进行抽采。联络横川仅起埋设抽采管路的作用，不作为通风巷道，不仅耗费人力物力，延长采面圈定工期，且存在横川密闭内瓦斯异常、矿压破坏密闭墙体、启封密闭排瓦斯等安全隐患。

针对横川埋管的弊端，研究与应用新的埋管方式：在13072/13091之间施工大直径穿透钻孔，直接埋设抽采管路，代替联络横川。

1 施工工艺

1.1 1307（上）采空区埋管抽采示意

1.2 钻孔设计

方位角90°，垂直煤柱施工，倾角0°，孔径480 mm，孔长27 m，孔间距20 m。

钻孔设计图

1.3 钻具选择

为减少资金投入，未购买专用的大直径钻孔钻机，试验使用我矿现有的ZDY-4200LXS普通钻机施工，成功施工大直径钻孔。与市面出售的ZDJ10000L等专用的大直径钻孔钻机相比，资金投入少，体积小，施工更灵活便利。有同等或更高能力普通钻机的矿井，均可采用本工艺直接施工大直径钻孔。

其他钻具：φ73 mm 钻杆，φ94 mm、φ240 mm钻头、φ480 mm反向钻头，φ450 mm扇叶型螺旋钻杆。

1.4 成孔工艺

首先使用φ94 mm钻头施工钻孔，成孔后换φ240 mm钻头、φ480 mm反向钻头扩孔，最后使用φ450 mm扇叶型螺旋钻杆清理煤渣。

①为避免直接施工大直径孔轨迹偏移产生废孔，先施工φ94 mm小孔径钻孔，确保按设计位置穿透煤柱后方可扩孔。

②设计加工带导向钻头和扶正器的φ240 mm钻头、480 mm反向钻头逐步扩孔。φ240 mm钻头施工时，钻头前安装φ94 mm导向钻头；施工到位后，在钻孔另一端卸下φ240 mm钻头，安装带有φ240 mm扶正器的φ480 mm钻头反向扩孔。该工艺可防止钻孔轨迹偏移，确保钻孔质量。

          φ240 mm+导向钻头                   φ480 mm钻头+φ240 mm扶正器

③φ480 mm钻头扩孔完毕后，使用φ450 mm扇叶型螺旋钻杆进行套孔，清理孔内煤渣，避免煤渣影响埋管。

φ450mm扇叶型螺旋钻杆

1.5 埋管工艺

钻孔埋设φ377 mm*6 mm钢管，单管长1 m，敷设完毕后，将管与孔之间的孔隙进行封堵，封堵长度1.5 m，13091侧加装阀门，13072侧加装挡板。钻孔即将进入采空区前取下挡板，根据采面推进情况适时开启阀门进行抽采。

①为避免外法兰额外增加管径、增加埋管阻力，管与管之间采用内法兰进行连接。管两端螺丝固定座采用错位校正装置,使用套管交错安装螺丝，同时可增加整趟管路的平衡性。

同一根管路两端法兰螺丝固定座交错布置

②为适应钻孔轨迹微弯曲，埋管单管长度选择1 m，并对管路两端螺丝眼进行设计，一侧螺丝眼为光面，异侧螺丝眼加螺旋丝扣，螺丝安装好后，可有一定活动空间，使整趟管路可微弯曲，避免因钻孔轨迹弯曲而无法埋管。

③管路两端设计30°倒角，两管可进行无缝连接，靠近孔口端为内导角，埋管拉动管路过程中可避免煤粉进入管路。

管路两端设计倒角

2 综合比较

2.1 采面圈定工期对比

以单个横川进行对比，横川长度27 m，掘进时间约5.5天，而大直径钻孔施工及埋管可与顺槽掘进平行作业，每个横川可节约5.5天时间，对缓解衔接紧张意义重大。

2.2 资金投入对比

备注：矿压破坏密闭，考虑30%修缮费用。

以每60 m施工1个横川或施工3个大直径钻孔为例对比，每个横川可节约资金8.85万元，每个采面以15个横川计算即可节约资金132.75万元。

2.3 安全性对比

与传统的横川埋管抽采相比，无需进行横川封闭，不存在密闭内瓦斯积聚的现象，不存在矿压破坏密闭情况，不存在启封横川密闭排放瓦斯工序，大大提高了安全性。

2.4 抽采效果对比

横川埋管抽采，每60 m施工1个横川，在采面推进至新的横川前，距离上一个横川越远，上一个横川的埋管抽采效果越差。

每20 m施工1个大直径钻孔埋管，采面每推进20 m，即可开启新的埋管阀门抽采，抽采连续性显著提高，抽采系统能力充分利用在上隅角附近，抽采效果提升明显。

3 结论

通过试验，成功使用普通钻机施工大直径钻孔直接埋管，代替横川施工，减少横川掘进，节约了非常可观的经济成本，缩短了采面圈定时间，同时避免横川密闭内瓦斯异常、矿压破坏密闭墙体、启封密闭排瓦斯等安全隐患，采用“U”型通风系统、横川埋管抽采上隅角瓦斯的矿井均可推广应用。

参考文献：

[1]邓金凯.综放工作面大直径钻孔后高抽技术应用研讨[J].江西煤炭科技,2018, (01):23-25.

[2]陈殿赋，杨晓东，师泽敏，谷亮鸽.煤矿井下大直径水平钻孔替代瓦斯抽放联巷新工艺[J].煤矿安全,2015,46(03).