1、202312技术应用与研究113Modern Chemical Research当代化工研究千米钻机在煤矿瓦斯抽采中的应用分析李 鸿（山西沁新煤业有限公司新源煤矿 山西 046500）摘要：近年来，瓦斯灾害防治以及煤矿开发等领域对千米定向钻机的研究日渐深入。在煤矿开发中，坚持“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”等原则构建瓦斯综合治理体系，可立足整体层面加大瓦斯治理力度，提升治理水平，最大程度降低瓦斯事故发生几率。而在煤矿开发中应用千米钻机，可凭借其优势获得更好的瓦斯抽采效果，进一步控制瓦斯涌出，而且此装置的应用还表现出瓦斯综合治理效果佳以及经济效益好等特点。本文主要结合千米钻机的概述，分
2、析千米钻机的应用现状，并以本煤层钻孔瓦斯抽采为例探讨千米钻机的实际应用，经瓦斯浓度及纯量分析，得出用千米钻机施工和一般钻孔相比较，瓦斯抽采纯量提高超2.2倍，抽采浓度更高，瓦斯抽采体积分数也提升大约40%。综合分析，在区域瓦斯治理中选择千米钻机，能获得更好的治理效果和瓦斯抽采效果。关键词：千米钻机；煤矿；瓦斯抽采；定向长钻孔中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.037Application Analysis of Kilometer Drill in Coal Mine Gas ExtractionLi Hong(Xinyuan C
3、oal Mine of Shanxi Qinxin Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi,046500)Abstract：In recent years,the research on kilometer directional drilling rig has been deepened in the fields of gas disaster prevention and coal mine development.In the process of coal mine development,adhere to the principles of reliable
4、 ventilation,up-to-standard drainage,effective monitoring and management to build a comprehensive gas control system,which can increase the gas control efforts based on the overall level,improve the control level and minimize the probability of gas accidents.The application of kilometer drilling rig
5、 in coal mine development can obtain better gas drainage effect and further control gas emission by virtue of its advantages,and the application of this device also shows good comprehensive gas control effect and good economic benefits.This paper mainly combines the overview of the kilometer drill,a
6、nalyzes the current situation of the application of the kilometer drill,and discusses the actual application of the kilometer drill with the example of the gas extraction in the coal seam drilling hole.Through the analysis of the gas concentration and pure quantity,it is concluded that the gas extra
7、ction pure quantity of the kilometer drill is more than 2.2 times higher than that of the ordinary drilling hole,the gas extraction concentration is higher,and the gas extraction volume fraction is also increased by about 40%.Comprehensive analysis,the selection of kilometer drilling rig in regional
8、 gas control can achieve better control effect and gas drainage effect.Key words：kilometer drill；coal mine；gas extraction；directional long borehole充分利用千米定向钻机其强适应力、高效率、高质量以及过程可溯等特点，在本煤层钻孔预抽区段以及预抽回区等进行煤层瓦斯抽采作业，经试验与应用，发现相比于普通钻机，千米钻机可有效提高瓦斯抽采效果，加大区域瓦斯治理力度。1.千米钻机的概述千米钻机属于一种大转矩、低转速、随机测量的定向水平深孔钻机，同时还是一种自行式
9、全液压动力头式坑道钻机，适合用在大孔径近水平深孔钻进当 中1。与传统施工设备相比，此类定向钻机具有突出优势，主要可在施工期间准确定位，并能对钻孔轨迹实现动态调整，促使施工更具准确性。深孔钻机主要有两种控制方式，分别是液压先导控制、远距离智能遥控控制。此设备配套设置有孔底泥浆马达以及钻头，泥浆泵和设计孔位对准后，启动就可钻进。在定向钻施工期间，钻头会受到钻机推力作用影响，在钻机驱动下逐步旋转切削岩石以及煤层，逐步推进，在一次钻孔作业完整结束后，对孔的偏移量进行测量，适当调整钻头钻进方向，确保钻孔导向曲线和设计要求相符。以ZYWL-6500DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机为例，该千米钻机操作方式
10、主要有以下特点：操作方式先进。操作方式为液压先导控制，液压系统是一种最为先进的负载敏感系统，控制系统保持较低功率损耗，但运行效率却比常规液压系统更高，小功耗和高效率代表着可以有效节约燃料，降低液压系统发热量2。同时，单一的液压泵能够达到多个回路提出的压力-流量需求；低转速、大扭矩。此千米钻机通过双马达结果设计，实现了低转速、大扭矩，可对煤质过硬、煤层透气性不佳以及软硬交错复合型煤层、高瓦斯矿井生产中面临的问题加以解决；自动行走。此钻机配置有钢制履带底盘，在双速液压马达作用下驱动钻机，使其自动行走，并可满足低于20的爬坡要求，可更有力的支持井下运输；随机测量与202312技术应用与研究114Mo
11、dern Chemical Research当代化工研究定向。此钻机具备随钻测量以及定向功能，能够实时呈现打钻轨迹，并能实时对比打钻轨迹以及设计打钻轨迹，结合实际情况调整打钻轨迹；多方位自动锚固支撑。钻机利用液压操作前方及后方的两组支撑油缸，能实现钻机自动支撑，并可基于巷道实际确定支撑高度。还通过专用大缸径支撑液压缸，具有强大的锚固力，较为稳定和可靠，在多种巷道中均适用，不需要额外辅助，操作简单、便捷；双导轨跑道。此千米钻机的跑道属于双导轨结构，其中主导轨是两根圆柱形的导杆，受到推进油缸带动作用影响，动力头会顺着圆柱导杆逐步移动并顺利进给及起拔；副导轨属于跑道平面，在动力头受到扭力作用影响而晃
12、动或扭转的时候，会落于平面副导轨上，此时副导轨可发挥辅助支撑作用；履带自动张紧机构以及液压自动润滑。该钻机选用的是履带自动行走涨紧油缸，主要选用的是自动涨紧，相比于之前的黄油涨紧，可有效降低人员劳动强度，促进生产效率提升3。2.千米钻机的应用现状通过千米钻机进行定向长钻孔瓦斯抽采具有突出优势，主要表现有抽采效率及施钻效率高、抽采量集中以及衰减周期长等。千米钻机同步配置了精度非常高的随钻测量系统，具有导向精度高、超深孔等特点。在本煤层钻孔预抽区段煤层瓦斯、预抽回采区煤层瓦斯、预抽煤巷条带煤层瓦斯，顶板穿层钻孔抽采上隅角、采空区瓦斯等方面进行了广泛的试验和应用。以澳大利亚的VLD1000系列千米钻
13、机为例，其主要包括了电动马达、液压泵、旋转单位、过滤器、水泵、牵引、进给装置、钻杆夹持器等组成部分，这一系列的钻机配套使用模块化电子定向钻进监视器，能够实时测量钻进数据，并对所测量数据进行自动化记录，还可智能计算相关坐标值4。美国的Ditch Witch、CMS以及Case等公司长期致力于研发千米钻机，并位于世界领先地位。我国中煤科工西安研究院所研发的ZDY系列千米钻机最大钻进深度能够达到1km，而由中煤科工重庆研究院所研发的ZYWL系列的千米钻机最高孔深是1017m。此外，ZDY系列的千米钻机同步配置了精度非常高的随钻测量系统，具有导向精度高、超深孔等特点。千米钻机在钻孔导向系统支持下能够定
14、向钻进，而且钻头部位设置了孔底马达。当前市场中的导向系统分为有缆式导向系统以及手持式跟踪系统，比如RD386型导向仪以及Digitrak导向装置等。当前我国的千米钻机主要体现出钻杆抗拉性好、扭矩大、探管时间长、抗扭性能高、事故处理能力高、售价低、装备适用性好等特点5。3.千米钻机应用分析某煤矿针对生产准备区，着重对回采巷道煤帮以及迎头施工钻场，通过ZYWL-6500DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机对本煤层进行钻孔瓦斯抽采，从而对巷道掘进以及工作面回采期间所面临的突出防治问题加以解决。（1）千米钻机工程。考虑到运用传统液压钻机进行瓦斯抽采钻孔施工中，通常配套钻杆直径是65mm，钻头直径是75m
15、m，最大钻深约150m，单小时钻深不到25m，单钻施工时间约4.5h，整体效率比较低，作业周期长，加上施工工程量较大，钻孔成孔率也不高，钻孔不能根据设计拐弯，同时传统钻机没有配备随钻测量和监控系统，钻孔施工中成孔误差率高，所以该煤矿决定通过千米钻机施工定向长钻孔对采煤工作面本煤层瓦斯进行抽采，具体方式有：定向长钻孔，钻孔间距5m，孔径96mm，设计279条，孔长为210266m，工程量为76314m；定向梳状平行钻孔+普钻短钻孔（补钻场间空白区）对本煤层进行钻孔瓦斯抽采；采煤工作面邻近层抽采方式有：定向高位水平长钻孔，钻孔间距46m，孔径203mm，设计60条，孔长为301 454m，工程量为
16、23467m；掘进工作面抽采方法：本煤层定向长钻孔条带预抽，钻孔间距34m，孔径96mm，设计60条，孔长为200300m，工程量为15600m；从而对巷道掘进以及工作面回采期间所面临的瓦斯防治问题加以解决。该煤矿截止目前已累计施工本煤层预抽定向长钻孔31万米，抽采达标煤量76.06万吨，按照矿内年度生产任务安排计划，回采煤量可采期为19个月，有效保证了矿井抽、掘、采平衡。图1 封孔示意图（2）本煤层钻孔瓦斯抽采。该煤矿主要通过ZYWL-6500DS型煤矿用双履带式全液压定向钻机面向本煤层展开钻孔瓦斯抽采作业，以在巷道掘进还有工作面回采中进一步加大突出防治力度。作业前，先对此煤矿其煤层钻孔抽采的具体半径进行测量，同步测定排放半径，结合相关数据，经分析决定，此次利用千米钻机进行瓦斯抽采过程中，钻孔孔口保持50cm的间距，而孔底主要保持67m的间距，在孔口封堵过程中，选择两堵一注工艺，保证封孔长度12m。封孔示202312技术应用与研究115Modern Chemical Research当代化工研究意图如图1。钻孔区段煤层瓦斯抽采在钻孔区段的煤层进行瓦斯抽采过程中，对于已经掘进回采巷道煤
