定向钻孔双抽系统的研究

赵晋军，刘国凯

(山西晋城煤业集团胡底煤业，山西晋城048214)

1 定向钻孔异常瓦斯涌出现象

1.1 定向钻孔钻进技术的原理

深孔定向钻进与传统的旋转钻进方式完全不同，其工作原理见图1 所示。

图1 深孔定向钻进技术的原理

高压水通过钻杆输送至孔内马达，孔内马达的转子在高压水的作用下通过U 型接头、前端轴承带动钻头旋转。在钻进过程中，钻杆不作旋转运动，便有效地减小了钻机的负载。钻机通过钻杆和孔内马达将推力传送至钻头，其方向沿着弯接头轴线方向，弯接头和钻杆之间有一定夹角而不是一条直线(通常为 0.75°、1°、1.25°、1.5°、2°)，因而，钻孔的轨迹将不再是一条直线而是一条偏向弯接头方向的空间曲线。

1.2 定向钻孔施工中易造成环境瓦斯增大的原因

定向钻孔施工过程中出现的喷孔现象。主要由两类原因造成的:①钻孔钻进至瓦斯涌出异常的煤层，单位时间内煤层向钻孔内涌出瓦斯量增大，瓦斯压力增大后急速卸压造成喷孔。②由于定向钻孔的轨迹是一条弯曲的空间三维曲线，孔内瓦斯大量存积聚于钻孔弯曲段的顶部，退钻时钻头回拥瓦斯、煤渣、水的混合体造成喷孔。

定向钻孔联孔时，拆除孔口四通后加装6 寸变四寸变径笋子头时(如图2 所示)，钻孔处于敞口状态，钻孔瓦斯向巷道空间释放。

图2 原抽放系统孔口四通→6/4 笋子头示意图

定向钻孔抽放过程中，钻孔内细煤渣在钻场内抽放支管低洼、管径变化、弯头等地方堵塞(如图3 所示)，堵塞点上游钻孔处于无负压抽放状态，随着孔内瓦斯压力不断增大，当超过巷道空气压力后，形成正压孔，向巷道空间释放瓦斯。

图3 原定向钻孔抽放系统示意图

2 定向钻孔双抽系统

定向钻孔双抽系统是为了解决定向钻孔施工-联孔-抽放过程中，钻孔瓦斯向巷道空间释放的一种抽放系统，确保定向钻孔的安全施工、稳定抽放。

2.1 定向钻孔双抽系统的使用

定向钻孔双抽系统的使用分三种情况:①新区域施工第一个钻孔或单孔施工时喷孔现象严重时采用的边打边抽双抽系统。当单孔施工时喷孔现象严重时，若与在抽钻孔共抽时将影响在抽钻孔浓度，只能采取单独的双抽系统，其他在抽钻孔采取第二种情况的双抽系统联接方式。②定向钻孔施工结束后联孔抽放时采用的双抽系统。③定向钻孔施工时，正施工钻孔喷孔现象较弱，可将正施工钻孔边打边抽与在抽钻孔双抽系统共抽时采用。

2.2 定向钻孔双抽系统的联接使用要求

2.2.1 边打边抽双抽系统的联接使用要求

1)孔口四通应安装橡胶皮垫，通口四通上下口均为4 寸。孔口四通上口与抽管间应依次加设水针、4 寸控制阀门，水针应留设在单孔控制阀门上游，然后将抽管串联放水器后连入抽放管路。

2)孔口四通下口与汽水分离器间蛇形管应平滑，不得超过20°，连接处应使用双股8#铁丝校紧，且不得小于两道。汽水分离器排水管连接处也应使用双股8#铁丝校紧，且不得小于两道。

3)汽水分离器下口加装控制阀门，汽水分离器排水口出口处加装控制阀门，在距排水口下风侧1 m，高度不超过0.3 m 的位置悬挂CH4便携仪和CO 便携仪。

4)汽水分离器抽管使用4 寸抽管串联水针、控制阀门后连入抽放系统。

5)在接续或拆卸钻杆时，要使孔口四通与钻杆间隙处始终处于负压状态，并确保孔口抽管和汽水分离器的放水器内有空间，保证抽放系统畅通。放水时不允许接续或拆卸钻杆。

2.2.2 联孔抽放时的联接要求

1)连孔抽放:连孔时，必须保证孔口处于负压状态。

2)当钻孔施工结束后，应洗孔至返水变清，再进行连孔抽放，以确保退钻顺利和抽放通道畅通。

3)连孔时孔口四通吊挂装置、孔口四通上口水针和控制阀门不得拆除，全部连入抽放系统，形成上抽气、下排水(渣)。

4)每个钻孔应留设单孔控制阀门和单孔浓度测定孔，钻孔连孔软管应使用4 寸软管。

5)通口四通上口集中串联后连入流量计，孔口四通下口加装4 寸控制阀门后集中串联放水器、控制阀门后连入流量计。孔口四通上口集中串联个数应根据各地点抽放情况具体确定，无参照的可依据7000 m/串进行连接。

2.2.3 测流装置的联接要求

定向钻孔钻场应安装测流装置，按要求测量。正在施工钻孔的孔口抽管和汽水分离器抽管流量在有喷孔、孔口瓦斯异常时可不经过钻场测流装置，直接连入主管路;在孔口抽管和汽水分离器抽管流量稳定时可以过钻场测流装置，但不得影响钻场总浓度。

3 定向钻孔双抽系统的特点

1)形成了定向钻孔全过程负压作业环境。从钻孔施工到联孔抽放，钻孔始终处于负压状态，保证了孔内瓦斯不向巷道内涌出。

2)实现了全程负压处理在抽钻孔管路堵塞隐患。若上抽系统一点出现管路堵塞现象，将所有钻孔调至下抽系统，对上抽系统进行处理，反之亦然。

3)减小了边打边抽系统对瓦斯利用浓度的影响。根据设置的测点，调节控制阀门，可避免过量的空气进入抽放管路。

4 结语

通过定向钻孔双抽系统在胡底煤矿辅助运输石门迎头千米钻场的应用，达到了对定向钻孔施工过程中瓦斯异常涌出的有效控制，实现了钻场抽放管路堵孔隐患的负压处理，使其定向钻孔双抽系统具有广阔的应用前景。

［1］石智军，胡少韵，姚宁平，等. 煤矿井下瓦斯抽采(放)钻孔施工新技术［M］.北京:煤炭工业出版社，2008.

［2］王魁军.矿井瓦斯涌出理论及预测技术［M］. 北京:煤炭工业出版社，2009.