深孔定向千米钻机.doc

深孔定向千米钻机在大宁煤矿***治理方面的应用山西亚美大宁能源有限公司一、矿井简介山西亚美大宁能源有限公司大宁煤矿是由美国亚美大陆煤炭有限公司、山西兰花科创股份有限公司和山西省煤炭运销公司晋城分公司三方合资组建的合作经营股份制企业,是中国第一家中外合作井工矿井。大宁煤矿井田位于沁水煤田东部南段, 井田面积 2, 地质储量 3 亿t, 可采储量 亿t, 主采煤层 3 号煤, 平均可采厚度 , 煤层倾角小于 10° ,属近水平煤层; 3 号煤层服务年限为 33 年。大宁煤矿所开采的 3 号煤层属于中等变质程度的无烟煤,是优质的化工及动力用煤。 3 号煤层煤尘无爆炸性,自燃等级为Ⅲ级,属不易自燃煤层, 200 5 年、 2006 年经鉴定属高***矿井。根据 2007 年度矿井***等级鉴定资料, 矿井绝对***涌出量为 m 3 /min ,相对***涌出量为 m 3 /t ,山西省煤炭工业局批复确定矿井为高***矿井。根据勘探钻孔及大宁煤矿首采区 3 号煤层实测资料:百米钻孔自然***涌出量为 ~ m 3 /min ,百米钻孔自然***流量衰减系数为 ~-1 。煤层***压力 ~ ,煤层透气性 ~ 。3 号煤层的孔隙率 % ~ %;***吸附常数 a 值为 ~ ,b值为 ~ 。经计算,大宁煤矿矿井***储量达 亿m 3 ,可抽***量 亿m 3, 其中 3 号煤层***储量为 亿m 3 ,可抽***量 亿m 3 ,具有***抽放和利用的丰富资源及优越条件。大宁煤矿于 2007 年4 月底顺利通过了 4Mt/a 扩建项目的总体竣工验收,6 月 12 日领取了安全生产许可证, 7月 10 日领取了煤炭生产许可证。二、***治理情况简介***抽放是矿井安全生产的重中之重, 公司在建矿期间不断加大投资力度, 矿井***抽放取得了明显效果。时至今天,大宁煤矿已配备了目前世界上最先进的 VLD-100 0 型深孔定向千米钻机3 台及其配套的 DDM- A 钻进实时监测系统, 实施本煤层大面积预抽, 最大孔深达到 1002m 。截止 2007 年 12 月底, 已完成钻孔数 1980 个, 累计进尺 , 累计抽放混合***量 亿m 3, 纯***量 亿m 3, 矿井***抽放率在 80 %以上, 有效解决了生产中的***管理问题,从而保证了矿井的安全生产。(一) ***抽放方法的选择根据大宁煤矿的***来源分析,矿井***主要来源于开采层 3 号煤层的***涌出,部分来源于邻近层的***涌出和围岩的***涌出,结合大宁矿井首采区的抽采实践经验,抽放***方法选择以预抽本煤层***为主。国内外抽放经验证明:由于预抽排放煤体***,使煤体发生了收缩变形, 当煤体原占据的空间体积不变时,煤体收缩一方面引起了原有的裂隙加大,另一方面也可产生新的裂隙,最终使煤层的透气性增大。因此,长时间的预抽可以取得更好的效果。通过对 VLD-100 0 型深孔定向千米钻机水平长钻孔抽放效果的数字模拟及综合监测分析,确定大宁矿井***预抽钻孔的布置如图 1 所示。图1 采空区高位穿层钻孔:引进国外先进的采空区***治理经验,结合千米钻机的钻进特点,在工作面的回风巷侧采用定向钻进技术在 3 号煤层的顶部岩层内向工作面后方打顶板走向长钻孔至采空区上部的裂隙带,实施长壁面的采空区***抽放。钻孔布置如图 2 所示。图2 从保证采掘工作面的安全需要,结合矿井采掘计划安排,确定长壁综采面的抽放时间为 2 年;连采机巷道掘进抽放时间 1 年以上。采掘工作面预抽的孔口负压为 20~40kPa , 采空区顶板抽放的孔口负压为 5kPa 。钻孔开、扩孔直径φ 150mm ,采用φ 108mmPVC 管封孔,封孔材料为聚铵脂,封孔长度 6m ;钻杆直径φ ,采用复合片钻头钻进,终孔直径φ 96mm 。在抽放过程中对钻孔的抽放负压、甲烷浓度、抽放量等参数进行监测,并根据监测结果对钻孔抽放状态进行调整,以达到最佳抽放状态。(三) 抽放管路的敷设井下抽放主管选用螺旋焊接钢管, 管径为 DN820mm × 12mm , 沿巷道底板敷设, 连接方式为法兰连接;支管管径为 D355mm × 16mm 和 D225mm × 10mm UPVC 管接至钻场,采用吊挂敷设,连接方式为法兰连接。三、抽放钻孔施工工艺目前普通钻机没有导向系统,无法随着煤层的起伏情况做出相应的调整, 从而在实际钻进过程中大多数钻孔的有效深度不能满足实际要求,而 VLD-10