ＳｅｒｉａｌＮｏ．６２０Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２０２０
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
螺杆钻具总第６２０期
２０２０年１２月第１２期
曹建明（１９８９—），男，工程师，７１００７７陕西省西安市高新技术产业开发区。
曹建明
（中煤科工集团西安研究院有限公司）
摘 要 贵州某矿存在煤层采动卸压瓦斯抽采与上隅角瓦斯超限的难题，施工常规顶板裂隙钻孔进行瓦
斯抽采时，由于顶板岩层裂隙发育多，地质条件复杂，导致钻孔深度浅、成孔率低、钻孔有效段无法准确控制在稳定岩层和裂隙带层位，严重制约影响钻孔施工质量及瓦斯抽采效果。为有效保证钻孔成孔率，提高钻孔有效段长度，准确控制钻孔轨迹，采用近水平定向钻孔施工技术，施工顶板裂隙带定向长钻孔，实现“以孔代巷”，总结出一套适合某矿高位定向钻孔成孔工艺方法和布孔参数。
应用结果表明，利用定向钻进技术，钻孔单孔瓦斯抽采浓度达６０％，瓦期抽采纯量为１．１ｍ３
／ｍｉｎ以
上，效果显著，具有很好的推广应用价值。
关键词 定向钻进长钻孔 顶板裂隙 瓦斯抽采ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．１２．０６９
贵州地处我国西南腹地，煤炭资源丰富，煤炭工
业是全省重要的经济支柱［１］
。贵州煤矿开采历史悠久，含煤面积占全省总面积的４０％以上［２］，煤与瓦斯
突出问题非常严重，大部分为高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，即“高突”矿井，由于煤层赋存条件复杂、瓦斯含量高、瓦斯动力灾害危险性大，瓦斯己成为制约矿井安全生产的主要因素。某矿于１９６６年建矿，位于六盘水地区，行政区属盘州市，矿井共开发羊场坡、火烧铺、滥泥箐３个勘探井田，境内高铁、高速公路方便快捷，公路３２０国道从矿区穿过。
根据某矿地层特点和瓦斯治理实际需求，在其２３２石门处开展煤层顶板裂隙带近水平定向长钻孔施工，总结出一套适合某矿的定向钻孔成孔工艺方法和布孔参数，以解决煤层采动卸压瓦斯抽采与上隅角
瓦斯超限等难题［３］
。
１ 工作面概况
１．１ 地质概况
某矿所在井田内属中切割的中高山地形，地形起伏较大，坡度为３０°～７０°。矿区地形属于山区地貌，地层呈单斜构造，出露地表有二叠系地层、三叠系地层和第四系冲积层，工程地质条件复杂，断层发育。特别是三叠系和二叠系的煤系地层均有泥质粉砂岩、砂质泥岩，细砂岩全区出露，节理、裂
隙十分发育，风化剥蚀严重，随时都有裂解、崩塌的危险。该矿设计
生产能力为１
２０万ｔ／ａ，工作面位于火铺井田南二采区第二亚阶段，开采标高为＋１６６８～１７４７ｍ，走向长１０１５ｍ，倾斜长１３０～１７０ｍ，煤层平均厚３ｍ，平均
倾角为２
９°，开采面积为１５．２３万ｍ２
，采用分层开采。该工作面开采的１２＃
煤层为高质低灰微硫的效益型
煤。
１．２ 瓦斯涌出情况
２３２石门所在工作面平均瓦斯涌出量为１１
ｍ３
／ｍｉｎ。在下运掘进期间，瓦斯涌出量达１０ｍ３／ｍｉｎ，采取增加风量的办法解决瓦斯问题，直至形
成负压通风系统。该工作面为综采工作面，瓦斯超限主要表现在开采过程中工作面底板瓦斯涌出大，致使工作面上隅角附近及回风流瓦斯超限，上隅角瓦斯最高达３％，回风流瓦斯最高达１．３％。
２ 定向钻孔技术
根据某矿瓦斯治理的工作实际需要，结合该矿区地层特点，决定在２３２石门钻场施工顶板裂隙带近水平定向长钻孔，用于抽采工作面煤层采动卸压瓦斯、
上隅角瓦斯以及采空区瓦斯［
４ ５］
。２３２石门施工钻场位置距１２＃
煤顶板１６ｍ，在钻
场内使用中煤科工集团西安研究院有限公司研制生产的Ｚ
ＤＹ６０００ＬＤ（Ｆ）型定向钻机，施工定向长钻孔为２３１２５工作面服务，钻孔目标地层为１２＃
煤层顶部法
线距离１９ｍ左右，煤层与顶底板地质条件见图１，钻场断面见图２。在进行高位瓦斯抽采定向钻孔施工时所用设备及材料见表１
。
图１ ２３１２５工作面１２＃
煤层顶板地质柱状图
图２ ２３２石门钻场断面表１ 定向钻进用设备及材料
设备材料名称规格或尺寸备注定向钻机ＺＤＹ６０００ＬＤ（Ｆ）分体式履带钻机中心通缆钻杆
７３ｍｍ×３０００ｍｍ传递轴压、测量无磁钻杆 ７３ｍｍ避免磁干扰螺杆钻具 ７３ｍｍ孔底马达ＰＤＣ钻头
９６ｍｍ平底烧结胎体式扩孔钻头 ９４ｍｍ／ １５３ｍｍ开孔后二次扩孔随钻测量系统ＹＨＤ２ １０００Ａ测量和控制中心通缆水便
７３ｍｍ送水器
２．１ 设计原则
印第安笛（１）发挥ＺＤＹ６０００ＬＤ（Ｆ）型钻机定向优势，在地层中精确定位，确保钻孔轨迹在目标地层中延伸，达到最佳瓦斯抽采效果。
（２）为了达到良好的抽采效果，布置顶板裂隙带瓦斯抽采定向长钻孔时，设计钻孔应尽量覆盖１２＃
煤层顶板上部相应区域，保证采空区瓦斯抽采顺畅，以解决治理煤层采动卸压瓦斯抽采与上隅角瓦斯超限难题。２．２ 钻孔布置
根据施工要求，保证施工时钻具安全，进行轨迹设计。钻场内设计５个顶板裂隙带抽采定向钻孔，孔口间距为１ｍ，在平面上按照勘探线方位线钻进，钻孔的终孔距离为２ｍ，５个钻孔在剖面上按相同轨迹
延伸［
６ ７］
。２．３ 钻孔施工
本次施工定向长钻孔通过裂隙抽放采动卸压瓦斯，试图“以孔代巷”，进而解决上隅角瓦斯及采空区瓦斯。施工过程中，最大单孔深４２６ｍ，单班最大进尺达６
９ｍ，６５个班次共施工钻孔总进尺１８２１ｍ，平均单班进尺约３０ｍ。施工的５个钻孔参数及终孔原因见表２。
表２ 钻孔参数
孔号
主孔深度／ｍ
成孔周期／班
终孔原因１＃
３２４１１钻遇软煤２
＃４２６２３开分支孔２个，总进尺
５５５ｍ，钻至采空区
３＃
３５１１０接近采空区４＃２９１１１钻遇破碎带５
＃３００
９
接近采空区
１＃
钻孔回转开孔１２ｍ，扩孔９ｍ，下入２ｍ封孔
管，采用马丽散封孔液封孔，经过１１个正常班（８ｈ班）的施工，由于钻遇软煤层及破碎带终孔提钻，终孔深３
２４ｍ；该孔在２００ｍ深以后存在下斜孔岩粉及小颗粒钻渣极难排出的问题，因此，在施工中对轨迹控制要求比较严格，避免出现“波谷”而导致沉渣卡钻。
２＃
钻孔经过２３个正常班施工，最终因钻至采空
区终孔提钻，共施工主孔１个，分支孔２个，主孔深４２６ｍ，总进尺为５５５ｍ，该钻孔钻进过程
具有代表性，钻孔剖面轨迹和平面轨迹见图３。在施工过程中，通过２次钻遇松软煤层及破碎带，确定了松软煤线及破碎带所在位置，为之后的钻孔施工提供了详实的地质资料和技术指导。
３＃
发光墙钻孔经过１０个正常班施工，终孔深３５１ｍ，由
于该钻孔严格按照设计施工，有效避开了松软煤线及破碎带的干扰，钻至３５１ｍ已达到了施工目的，终孔提钻。
４＃钻孔经过１１个正常班施工，终孔深２９１ｍ；５
＃
钻孔经过９个正常班次施工，钻孔已达到了施工目的，终孔深３
００ｍ。３ 瓦斯抽采效果
钻孔施工完成后，对单个钻孔的（下转第２３３页）
总第６２０期现代矿业２０２０年１２月第１２期
提出治理区存在崩塌、落石等地质灾害隐患，生态景观破坏、环境污染，土地资源浪费等。
（２）在分析勘察资料的基础上，运用赤平投影等综合评价方法，对治理区内边坡进行评价，确定边坡处于欠稳定状态。
（３）治理区采用下部２５°回填压脚、上部４５°削坡减载、坡脚设置排水沟的治理措施，增强了边坡的稳定性，消除了地质灾害隐患。
（４）通过分析对比研究，岩质边坡采用挂网客土喷播复绿，回填土坡采用穴种乔木的复绿措施，恢复了山体生态景观。
（５）通过采用废弃矿山地质环境治理及生态恢复技术，达到了消除地质灾害、恢复生态景观的目的，对类似废弃矿山地质环境治理具有重要的借鉴意义。
参 考 文 献
［１］ 王亨力，谢道雷，刘咏明，等．废弃矿山地质环境影响评价与生态修复［Ｊ］．绿科技，２０１９（２４）：７９ ８２．
［２］ 朱鹏，张秩，陈建昌，等．某废弃矿山生态破坏与环境修复研究［Ｊ］．东华理工大学学
报（自然科学版），２０１６（３９）：３４１ ３４６．［３］ 吕倩．关于矿山开采对生态环境的影响及矿区生态修复讨论［Ｃ］∥中国环境科学学会学术年会论文集．北京：中国环境科学
学会，２０１５：４６２２ ４６２５．
［４］ 吕晓亮，宋国栋，王一建．蒙阴县汇泉峪地区废弃矿山综合治理研究［Ｊ］．山东国土资源，２０１９（３５）：４４ ４８．
［５］ 孙瑞，房磊．徐州市暴雨强度公式修订研究［Ｊ］．科技论坛，２０１６（５）：２０ ２１．
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［７］ 赵振国，黄春花．明渠均匀流研究［Ｊ］．水利学报，２０１３，４４（１２）：１４８２ １４８６．
［８］ 中国风景园林学会．Ｔ／ＣＨＳＬＡ５０００３—２０１８ 采石宕口生态修复技术标准［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１８．
［９］ 孙汝斌，张家洋，胡海波．宜兴废弃矿山挂网客土喷播区植被的养护管理［Ｊ］．湖北农业科学，２０１４，５３（１５）：３５６２ ３５６４．
［１０］ 方军辉，朱德滨，程承，等．客土喷播的护坡机理及基材和施工等控制要点［Ｊ］．森林工程．２０１４，３０（３）：１１６ １２０．
［１１］ 张立周，翟嘉玮，邓湘波，等．极限平衡Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｒｎ Ｐｒｉｃｅ法与有限元ＡＢＡＱＵＳ法在边坡稳定性评价中的应用［Ｊ］．重庆理工
大学学报（自然科学版），２０１３（２７）：２３ ２８．
［１２］ 重庆市城乡建设委员会．ＧＢ５０３３０—２０１３ 建筑边坡工程技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１３．
（收稿日期２０２０ ０６ ０８
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
）（上接第２２６
边沟滑模施工页）
图３ ２＃钻孔轨迹
瓦斯抽采情况进行监测监控。单孔瓦斯抽采浓度达到６０％，瓦斯抽采纯量为１．１ｍ３／ｍｉｎ以上，连续抽采３个月无衰减。工作面回采期间瓦斯超限次数为零，有效保证了工作面安全高效开采。
４ 结 论
（１）ＺＤＹ６０００ＬＤ（Ｆ）型定向钻机及配套装备在施工过程中性能稳定，泵车搬迁方便快捷，施工３０ｄ，钻孔总进尺达１８２１ｍ，单孔最深４２６ｍ，孔径达１５３ｍｍ，满足设计要求。该定向钻进技术与装备能够满足某矿乃至西南地区复杂地层条件下的顶板裂隙带近水平定向瓦斯抽采钻孔的施工。
（２）某矿采用顶板裂隙带近水平定向瓦斯抽采长钻孔技术，单孔抽采浓度达到６０％，单孔瓦斯纯量达到１．１ｍ３／ｍｉｎ，回采过程中回风瓦斯零超限，不仅实现“以孔代巷”解决煤层采动卸压瓦斯难题，更为周边矿井瓦斯治理提供借鉴。
参 考 文 献
［１］ 杨宁．贵州省煤炭资源的开发利用与环境保护［Ｊ］．地球，２０１２（９）：３７，４３．
［２］ 钟德洋，刘勇，康向涛，等．２００７—２０１５年贵州煤矿瓦斯事故分析与防治建议［Ｊ］．煤炭工程，２０１６，４８（１１）：６９ ７２．
［３］ 姚宁平，张杰，李泉新，等．煤矿井下定向钻孔轨迹设计与控制技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１３，４１（３）：７ １１．
碳酸锂分解温度［４］ 孙荣军，李泉新，方俊，等．采空区瓦斯抽采高位钻孔施工技术及发展趋势［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，（１）：９４ ９９，２１３．
调速皮带轮
［５］ 赵会波．顶板走向高位钻孔在综放面上隅角瓦斯治理中应用［Ｊ］．煤炭工程，２０１８，５０（１２）：６９ ７２．
［６］ 李泉新，石智军，史海岐．煤矿井下定向钻进工艺技术的应用［Ｊ］．煤田地质与勘探，２０１４（２）：８５ ８８．
［７］ 袁亮．卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系［Ｊ］．煤炭学报，２００９，３４（１）：１ ８．
（收稿日期２０２０ ０４ ２８）
付天池 叶小舟等：某废弃矿山地质环境治理及生态修复技术研究 ２０２０年１２月第１２期
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