千米定向钻机在新田煤矿的应用

陈 祖 国

（贵州豫能投资有限公司特种工程中心，贵州 毕节551700）

1 矿井瓦斯地质概况

1.1 9#煤层地质情况

9 号煤层位于龙潭组上段下部，上距8 号煤层底板平均5m 左右，下距标三（石灰岩）平均3.8m。全区见煤点共42 个，煤层厚1.36～4.66m，平均2.41m，全区可采，属较稳定偏稳定型煤层。煤芯呈柱状或碎块状。结构较简单，含夹矸0-2 层，一般0-1 层，夹矸为泥岩、炭质泥岩，厚度0.05～0.37m。煤层顶板多为泥质粉砂岩，局部为泥岩，个别点为粉砂岩；底板为泥岩，富含植物根部化石。

1.2 煤层瓦斯赋存情况

表1 新田煤矿9#煤层实测瓦斯压力等参数表

根据中煤科工集团重庆研究院和沈阳研究院提供的《新田煤矿4#、9#煤层瓦斯基本参数测定及煤层突出危险性鉴定报告》（局部5、6、7、8#可采煤层未进行突出危险性鉴定，委托华北科技学院进行了突出危险性评估，在报告圈定的范围内5 煤评估为突出煤层，6、7、8#煤评估为非突出煤层），结果得知9#煤层具有煤与瓦斯突出危险性，矿井属于煤与瓦斯突出矿井，9#煤层测试最大瓦斯压力为2.94MPa。其测定的煤层参数详见表1。

1.3 钻遇地层情况

根据矿井接替需要，本次施工的目标层位是9#煤层，钻场布设在1901 运顺迎头，开孔位置位于9#煤层中部，主要考察9#煤层顶底板地层情况。

根据现场勘察的地质资料，9#煤层顶底板岩性情况如图1 所示。

图1 9#煤层顶底板地层情况

2 定向钻进技术简介

定向钻进是指利用钻孔自然弯曲规律或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求进行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。其内涵本质是定向钻进有预定目标，根据设计要求，该目标可以是地下某一点，也可以是孔眼轴线或特定方向和角度，采用一些人为可以控制的技术方法与机具有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯，使之钻进达到目标要求。根据施钻地层状况、设计要求和目的等不同，施工顺序可分为“前进式”和“后退式”两种。根据新田煤矿井下调研和矿井地质资料，结合矿方对于钻机性能和钻孔施工的具体要求，选用中煤科工集团西安研究院有限公司生产的ZDY6000LD（B）定向钻机。可随钻测量钻孔倾角、方位、工具面等主要参数，同时可实现钻孔参数、轨迹的即时孔口显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整工具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能的按照设计的轨迹延伸。

3 钻孔施工设计方案及钻孔钻进情况

3.1 施工设计方案

目前千米钻机在1901 运顺里程349m 处，共设计8 个钻孔。控制前方300m，巷帮15m。在主孔施工过程中，根据打钻情况再布置分支孔，预抽煤层瓦斯，掩护巷道掘进。

孔身采用二级结构，包括一级套管一级裸孔，裸孔采用96mm 直径，一级开孔采用250mm 孔径，下入159mm 套管（15m），施工?96mm 定向钻孔。

3.2 钻孔施工情况

该钻场于2019 年1 月7 日开钻，截止3 月6 日早班，施工完成主孔6 个钻孔，最大孔深459m。完成定向钻孔总进尺2463m，完成φ153mm 扩孔122m，φ230mm 扩孔122m。具体施工情况见表2。

表2 钻孔施工统计表

图2 1901 运输巷迎头千米定向钻机成孔图

4 工程效果

4.1 定向钻孔瓦斯抽采情况

为详细观察定向钻孔施工完毕后的瓦斯抽采浓度情况，检验其抽采效果，瓦斯参数测定数据见表3。

表3 千米定向钻孔瓦斯抽采数据测定表

从表3 可以看出，定向钻孔施工完毕后，瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量均较高，持续时间也较长，抽采效果较为明显。

4.2 定向钻孔瓦斯抽采情况

为了摸清前方煤层及地质情况，钻孔施工完毕后，及时绘制钻孔剖面图见图3。从图3 分析得知，1901 运输巷煤层变化平缓，煤层倾角3°～6°。前方虽然小型地质构造较多，但无大的断层，对煤巷掘进无较大影响。

图3 钻孔剖面图

5 结 语

通过施工千米定向钻孔，实现了顺层条带钻孔长距离大范围预抽，保证了预抽期，为掘进连续评价提供了保障。但在后续的钻孔施工过程中，如何解决钻孔施工过程中塌孔、憋孔，增大钻孔深度；还有如何提高钻孔施工过程中的煤段长度，减少岩石孔等问题，还需进一步和西安煤科院合作，摸索适合新田煤矿的经验，从而让千米定向钻机真正起到效果。