煤矿534工作面井下施工钻孔设计新.pdf

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1、神华宁煤集团汝箕沟煤矿神华宁煤集团汝箕沟煤矿534534 工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计煤炭科学研究院西安分院煤炭科学研究院西安分院神华宁煤集团汝箕沟煤矿神华宁煤集团汝箕沟煤矿二二 O OO O 八年八月八年八月神华宁煤集团汝箕沟煤矿神华宁煤集团汝箕沟煤矿534534 工作面井下瓦斯抽放钻孔设计工作面井下瓦斯抽放钻孔设计设设计：计：审审核：核：技术负责：技术负责：项目负责：项目负责：煤炭科学研究院西安分院煤炭科学研究院西安分院神华宁煤集团汝箕沟煤矿神华宁煤集团汝箕沟煤矿目目录录前言.22一、矿井概况.44（一）矿井地质情况.44（二）矿井瓦斯基本情况.99二、项目

2、区概况.1111（一）项目区位置.1111（二）四邻采掘及工作面接续情况.1111（三）地质构造.1111（四）项目区煤层气（瓦斯）资源量.1414（五）抽放方法.1414三、534 工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计.1515（一）设计原则.1515（二）抽采半径的确定.1515（三）钻孔布置.1616（四）轨迹设计.1717（五）井身结构设计.1818（六）施工钻场抽放联接.1818（七）主要设备情况.1818四、钻孔施工安全技术措施.2222五、钻孔工程量统计.2424六、施工进度计划安排.2424七、费用概算.2626（一）费用明细表.2626(二)测算说明.2828前前言言汝箕沟煤矿位于

3、贺兰山煤田汝箕沟勘探区最南端，是宁煤集团所属的大中型骨干企业之一。所产煤炭为享誉国内外的太西煤（优质无烟煤），2007年矿井设计生产能力为 0.9Mt/a。根据矿井地质构造特点，汝箕沟煤矿向斜有利于瓦斯富集，瓦斯赋存量较大，二2煤、三煤工作面回采期间绝对瓦斯涌出量最高达 59.47 m3/min，相对瓦斯涌出量最高达 15.79 m3/t，如果不进行预抽，仅靠矿井通风方法无法解决矿井瓦斯问题。汝箕沟煤矿近年来瓦斯事故时有发生，2001 年 6 月和 2003 年 3 月在上五采区二2煤、三煤掘进工作面分别发生了瓦斯突出事故，多年来矿井还发生了井下瓦斯窒息、瓦斯燃烧等事故，矿井瓦斯已严重影响到矿

4、井的安全生产。近年来，随着矿井采掘活动的延伸，地应力、瓦斯压力增大，煤层瓦斯含量增高，瓦斯（包括瓦斯涌出与突出）、火等自然灾害越来越严重。而井下常规钻机能力偏小，施工钻孔长度短、孔径小，同时井下施工空间受限，井下常规钻孔只有在巷道形成后方能进行施工（尤其是下山采区技改方案中瓦斯抽采方式以顺层钻孔为主），预抽期较短，由此造成矿井瓦斯抽采不能满足矿井生产接续需要，矿井掘、抽、采比例严重失调，以目前的抽放工艺，不利于矿井扩大生产规模的长远规划要求。因此，瓦斯问题仍然是制约汝箕沟矿高效、安全生产的根本问题。为解决上述问题，神华宁煤集团经过多方调研和考察采购了煤炭科学研究院西安分院研制和生产的 ZDY6

5、000LD 型井下定向钻机，该钻机具有施工中长距离（1000 米以内）定向钻孔、多分支孔、探顶（底）孔和探明地质构造、采空区、积水区段等先进功能。该钻机2008 年 8 月 15 日到货后先施工汝箕沟矿534 工作面的井下定向钻孔，以实现本工作面超前本煤层瓦斯预抽，增大瓦斯抽放量，从源头上治理瓦斯，确保安全生产。一、矿井概况一、矿井概况（一）矿井地质情况（一）矿井地质情况1、矿井基本情况汝箕沟煤矿位于贺兰山北段，地理坐标为东径 106 07,北纬 39。04。距自治区首府银川市 98km，距石嘴山市 38km，距西大滩火车站 48km，距平罗县 60km，交通便利。矿井与相邻的大峰露天矿、白芨

6、沟煤矿同属于贺兰山煤田汝箕沟勘探区。井田南北走向 3.1km，东西倾斜宽 2.43km，井田面积 7.53km2。矿井地形山峦起伏，沟谷纵横，悬崖陡壁，地势险峻。全区南高北低，南部大岭子最高标高+2452m，北部白芨沟沟床最低标高+1720m，井田呈小型盆地构造，井田主体构造为闭合式向斜构造，主要褶皱为汝箕沟向斜，褶皱多，断层少，煤层节理裂隙较发育。煤层露头均露出地表，地表仅在山房及山脊处存有少量风化坡积土层外，大部分地表风化基岩出露。井田内岩层裸露良好，沟壑纵横“V”型沟谷发育，切割高差达 150m 左右，地形最高标高+2451m，最低标高+1919m。截至 2005 年底，矿井保有地质储量

7、 10367.9 万吨，剩余可采储量 7516.7万吨。矿井剩余可采储量按生产能力 180 万吨/年计算（储量备用系数 1.4），服务年限为 29.8 年。矿区属于高山大陆性气候，气候干燥，雨量稀少，年平均降水量 166.4mm，年最高气温 35 C，最低气温23.5 C，最大冻土带深 1.2m，最大风力 10 级，地震烈度 7 度。2、地 层井田地层出露良好，自下而上有三叠系上统延长组，侏罗系中统延安组，侏罗系中统直罗组，上覆为第四系冲积、洪积层，具体描述如下（见附图 1-1地层综合柱状图）：第四系冲积、洪积层：由砂砾及角砾，砂质风积土构成，位于沟谷和山脚。边坡地带，与下覆地层呈不整合接触。

8、侏罗系中统直罗组：以灰白、黄绿粗砂岩为主，并夹有细砾石，巨砾砂岩透镜体以及细砂岩，粉砂岩薄层，出露厚度190m，与下覆地层呈整合接触。侏罗系中统延安组：为本区主要含煤地层，上部灰白色石英厚层粗砂岩，夹主要煤层及粉砂岩，下部为灰白色石英粗砂岩和粉砂岩互层夹中厚及薄煤层，底部为粉砂岩与下覆地层分界，平均厚度 265.59m，与下覆地层呈平行不整合接触。三叠系上统延长组：黄绿色巨厚层粗、中粒砂岩、粉砂岩及泥岩，上部泥岩中夹薄煤层及煤线。3、地质构造汝箕沟井田地质构造简单，盆状向斜轴走向北 50东，西翼地层略陡，上部倾角达 25左右；东翼则平缓，倾角在10以上。落差在 4-10m 的 F16断层为井田

9、内最大断层，其余均为走向短，落差小的断层，而且位于煤层露头边缘，对开采无影响。褶皱：汝箕沟向斜在本井田为一北 50东方向的近似对称向斜（西翼略陡于东翼，由于受地形切割致使西翼翼部略大于东翼翼部）至南部翘起倾向北东而闭合。断层：汝箕沟井田有四条小断层，多系与次级褶皱同时产生的正断层，除 F16正断层破坏性较大外，其它影响甚小。F16断层延伸长度 1900m，地面所见一般落差 10m 左右。断层特点：断距中间大两头小，向 SE 逐渐尖灭，在二1和二2煤中分两次段落，且中间破碎带较宽，最大宽度 40 余米。根据生产巷道揭露最大落差二1煤为 6.60m，二2煤 14.0m，三煤 9.0m。断层产状走向

10、 120130，倾向 SW，倾角 5070。整个采区为向斜构造，向斜两翼倾角 015，南翼稍缓。4、水文地质（1）含水层：。本井田含水岩层划分为：冲积洪积层；第二含水层（第二层煤顶板至侏罗系中统直罗组底界）；第三含水层（侏罗系下统延安组第二层煤底板隔水层至底界）。其中：冲积洪积层：分布不广，仅在汝箕沟河床及河床阶地有所沉积，岩性为砂砾及角砾等。汝箕沟河床中有少量潜水，潜水系降水及上游基岩裂隙水补给，水量微小。第二含水层：灰白色石英质粗、中、细粒砂岩互层夹煤，厚度 64.5m，在向斜中心补 2 孔进行水文地质试验，单位涌水量 q0.0023 升/秒米，稳定水位标高 1977.53m，渗透系数 K

11、0.0000828 米/昼夜。含水性属于微小岩层。第三含水层：灰白色不同粒度的石英质砂岩，胶结较致密，夹可采煤层，总厚 57.6m（121 孔），单位涌水量 q0.000151 升/秒米，渗透系数 K0.0000551 米/昼夜，充水性微弱。（2）小窑及老空水：小窑、老空主要受降雨补给，其次原古拉本煤矿个别小井采用水力运煤，故小窑、老空区有一定积水，由于煤层含水系数小，随时间推移，部分积水将渗入煤层。附图2-1地层煤层符号编号 综合柱状图厚度（m）地层最小最大累计厚度平均柱状1：300岩 性 描 述以灰白黄绿色粗砂岩为主，局部含砾，并夹有巨砾岩透镜体，以及细砂粉砂岩薄层，下部巨厚层粗砂岩，底部

12、粗砂岩局部相变为细砂岩及粉砂岩，偶夹泥岩。J2Z190.0190.086.11 上部以灰白，浅绿，灰色粉砂岩为主，夹中粒、细粒砂岩薄层，偶夹不可采煤层。276.11 中部灰白色厚层状中粒，粗粒砂岩，成分以石英为主，全区发育。下部为细砂，粉砂岩互层，局部夹薄煤层，偶尔可采。277.11一5.28 第一层煤，不稳定煤层，局部可采，结构简单，主要发育为井田东南部，且由东向西变薄，以至尖灭。上部以黑灰色砂质泥岩，泥岩为主。中部以灰白色中粒砂岩粗粒砂岩为主，发育282.39于井田北部，向南变薄，并相变为细砂岩。下部以黑灰色粉砂岩及泥岩为主，局部夹煤线。二 第二层煤，稳定煤层，全区可采，一般为厚煤层。局部

13、为中厚煤层，结构简单，288.57局部在煤层顶部及底部含薄层夹矸。130.10 以灰白色中粗粒砂岩为主，但有自西向东，自北而南的相变尖灭现象。（在井田318.67西翼XI线变为0.32米）在下上均相变为粉及细砂岩互层。中部为粉砂质泥岩，并夹薄煤层，局部可采最底部有泥岩及炭泥岩，煤线局部地段与二2煤呈冲蚀接触。J1y二2 第二2层煤，稳定煤层，为主要可采煤层，井田南部较薄。含主要夹矸两层。上层337.51发育于井田西翼北部（XI线附近）。下层广泛发育于全井田内。局部结构较复杂。见有石英脉多呈网状，其他煤层中偶尔可见。33.34 以灰灰白色细砂岩、黑灰色粉砂岩为主，夹中粒砂岩及泥岩薄层。顶底均是薄

14、煤线。中部偶见可采煤层。在井田北部、南部发育有厚层状粗砂岩，向两侧均有相370.85变为粉砂岩及细砂岩。本区本层厚度变化较大，南端薄、向北变厚。三4.24 第三层煤，较稳定中厚煤层，含主要夹矸一层结构较复杂，北厚南薄（在北部西375.77翼为最厚）。380.01以灰黑色粉砂岩为主，夹细砂岩及砂质泥岩薄层，局部夹泥岩及煤线。在井田东翼南部及南端发育一层较稳定煤层，偶尔可采。此层在东翼X8线最薄，向西侧变厚。第四层煤，为不稳定煤层，结构简单，厚度变化大，由东向西变薄或尖灭。四18.13380.94399.07 以灰黑色粉砂岩及细砂岩互层为主，夹中粒砂岩薄层及薄煤层和薄煤线。在井田东南部及西翼X、X

15、I线，此层中部发育有粗砂岩，局部相变。5、煤层赋存井田主要煤层特征如下：第一层煤：上距直罗组底部砂岩 86.11m，分布于勘探线以北和以南的向斜东翼部分，平均有益厚度 0.37m，属于不可采煤层，仅 3 号孔以西上五采区局部可采。第二1层煤：上距第一层煤 5.28m，为稳定厚煤层，一般为单一结构，此煤层全井田已基本采空，平均有益厚度5.74m，倾角 815。第二2层煤：上距第二1层煤 30.10m，为稳定厚煤层，结构复杂，以G2、G3 夹矸层位较稳定，且 G3 夹矸厚度 0.928.20m，平均 2.78m。煤层平均有益厚度 12.63m，倾角 815。第三层煤：上距第二2层煤 26.90m，

16、属于较稳定的中厚煤层，结构复杂，厚度及结构变化大，含主要夹矸一层于煤层中部，岩性为砂质泥岩粉砂岩与煤线互层，煤层平均厚度 2.92m，倾角 815。各煤层变化情况见表 1-1。表 1-1各煤层变化情况表各煤层变化情况表。煤层一有益真厚 m05.100.372.0512.135.746.5320.3812.630.456.242.92结构情况结构简单距上层间距稳定程度不稳定，不1.8013.55.280.3260.4430.10可采顶板岩性粉砂岩底板岩性粉砂岩粉砂岩至砂质泥岩粉砂岩粉砂岩至砂质泥岩二 1结构简单结构较复杂含主要夹矸两层稳定，可采粉砂岩至细砂岩XIII 线以北多稳定，可采为中、粗砂

17、岩，以南多为粉砂岩粉砂岩二 2三且以下层（G3）12.9043.4较稳定，结构较复杂含可主要夹矸一层26.9采表 1-2煤样吸附瓦斯试验与工业分析煤样吸附瓦斯试验与工业分析编编采样地点采样地点煤煤吸附常数吸附常数灰分灰分水分水分挥发挥发真密真密假比假比孔隙孔隙渗透渗透号号层层a ab bA AadadMadMad份份 V Vr r度度重重率率率率（m m3 3/t/t）(Mpa)(Mpa)（）（）(%)(%)（）（）(t/m(t/m3 3)(t/m(t/m3 3)(%)(%)132211 集运 9-103229 集运16-21三41.230.63125.171.0411.061.791.616

18、.2410.230.0672三40.230.59339.591.3417.541.801.526、煤 质汝箕沟煤矿井田煤质优良，不仅国内早已闻名，而且国际市场上也久负盛名，颇具竞争力。各层煤质单一，均属低灰、特低硫、低磷、高发热量优质无烟煤。其含碳量在 93%96%之间，挥发分在6%以下，原煤灰分由南向北、由浅入深逐渐增高，其灰分在 6.86%12.67%之间。原煤含硫在 0.18%0.33%之间，属特低硫分煤。原煤含磷一般低于 0.02%，属低磷煤。煤的变质程度依据煤的凝胶化基质的颜色和反光率的对比结果，是由北向南、由浅入深逐渐增高。煤的可磨性系数为 4953。原煤发热量为 32.5135.

19、97MJ/kg。原煤工业分析列于表 1-3。表 1-3原煤工业分析表煤层二1二2三四五七11灰分Ag(%)7.118.978.346.869.6412.67硫分gSQ(%)0.200.180.250.250.33发热量Qg(MJ/kg)32.8132.5232.5135.9732.61挥发分Vr(%)5.375.255.074.785.244.97机械强度和热稳定性，由南向北、由浅入深有所下降。机械强度 25mm 级的含量为 6486%,热稳定性（850）13mm 级的含量为 8095%。（二）（二）矿井瓦斯基本情况矿井瓦斯基本情况1、矿井煤层气（瓦斯）资源量汝箕沟煤矿瓦斯资源丰富，赋存量大，

20、属煤与瓦斯突出矿井，矿井地质构造汝箕沟煤矿向斜有利于瓦斯的富集，井田内的煤种属变质程度较高的优质无烟煤。煤层赋存稳定，煤的风化、氧化带二2煤仅为 20m，三煤仅为 17m，随着矿井逐步向深部开采，造成瓦斯涌出量越来越大。2002 年经中国矿业大学在上三采区 3227 工作面测定矿井各煤层瓦斯基本量数为：二2煤原始瓦斯 11.062m3/t、三层煤原始瓦斯含量为 13.326 m3/t；二2煤原始瓦斯压力为 0.9MPa、三煤原始瓦斯压力为 0.7MPa，矿井主抽煤层为二2煤、三煤。2、瓦斯抽采现状汝箕沟煤矿自 1998 年建立地面永久抽放系统后，经 2004 年和 2006 年改造，现有 2

21、BEC67 型水环式真空泵 3 台，最大额定抽放能力 317m3/min；2BEF50 水环式真空泵 2 台，2BEC42 水环式真空泵 1 台，最大额定抽放能力185m3/min；配备BJW44YJ 型、ZWY85/110 型移动抽放泵各 2 台，最大额定抽放能力 110m3/min；敷设抽放管路 20562m。目前，矿井瓦斯抽采方式主要采用在煤层底板集中巷中施工穿层钻孔进行预抽、采空抽放和工作面上下顺槽施工顺层钻孔抽放，近 5 年井下抽放钻孔进尺及抽放瓦斯量见表 1-4。表 1-4近 5 年井下抽放钻孔进尺及抽放瓦斯量年年 度度2002 年2003 年2004 年2005 年2006 年2

22、007 年瓦斯抽放钻孔进尺瓦斯抽放钻孔进尺 m m49250.560769.478048.042222.884305.0瓦斯抽放量瓦斯抽放量 万万 m m3 3919.61240.01602.32029.02911.23938.8矿井抽放率矿井抽放率%34.037.240.047.049.0备备注注二、项目区概况二、项目区概况（一）项目区位置（一）项目区位置项目区 534 工作面位于 334 工作面与大岭平峒延伸巷之间，并与大岭平峒处在同一水平，与334 工作面机巷相距 67m，与大岭平峒延伸巷相距30m。534工作面走向长 955m，倾向长 190m。（二）四邻采掘及工作面接续情况（二）四邻

23、采掘及工作面接续情况534 工作面西邻 334 工作面采空区，东邻大岭平峒延伸巷，工作面南部是井田边界，北部邻 334 工作面下段运输联巷。在 2008 年下半年至 2010 年采掘接续计划中，534 工作面未列入开采计划中，预计 2010 年以后开采。（三）地质构造（三）地质构造534 工作面开采的三层煤为中厚煤层，煤层平均厚度为 2.3m，地质构造复杂，从已经揭露的工作面探巷和周边巷道剖面情况得知，工作面中部沿倾向方向有一褶皱和一个断层，且此处恰逢汝箕沟向斜轴部西翼。褶皱：在工作面中部沿倾向方向有一褶皱，褶皱向斜轴部距 534 工作面设计运顺 73m，距工作面设计回顺 117m；工作面中部

24、处在汝箕沟向斜轴西翼。断层：根据已经揭露的工作面探巷情况，推断在 534 工作面，距设计运顺 105m 处有一个沿走向方向的断层（见探巷剖面图）。本工作面煤层距底 0.3m 有一厚 0.15m 的黑色炭质泥岩，遇水变软，所以由于工作面中部的地质条件及地质构造复杂和有严重的破碎带，导致钻探施工难度很大。影响钻机施工的其它地质情况见下表：表 2-1影响钻机施工其它地质情况表裂隙顶底板名称煤的硬度f老 顶直接顶直接底发育情况岩石名称粉砂岩-细砂岩粉砂岩（砂质泥岩）粉砂岩厚 度38m13 503.25灰黑色粉砂岩细砂岩。灰黑色砂质泥岩，局部相变为灰黑色粉砂岩。灰黑色粉砂岩，局部相变为灰黑色砂质泥岩。较

25、发育岩 性 特 征地层单位统组柱状单位标志层号真 厚（m）最小最大7.503.3平均4.4累计岩石名称粗砂岩泥岩煤炭质泥岩岩性描述灰白色粗砂岩，坚硬，层理不发育，节理发育灰黑色泥岩，局部为灰黑色砂质泥岩。1.6545.650.591.801.2046.854.14.34.251.05黑色炭质泥岩，破碎，易冒落，局部相变为黑色砂质泥岩泥岩。二?17.0310.08.059.55煤局部距顶1.9m有一层0.24m黑色炭质泥岩。下G6二?22.01.3602.232.22.00.31.761.7563.45砂质泥岩煤炭质泥岩灰黑色砂质泥岩，局部下部相变为灰黑色粉砂岩。二?层煤黑色炭质泥岩，遇水变软，

26、大部分发育2侏延0.15 63.60871.50粉砂岩砂质泥岩灰黑色粉砂岩，局部相变为黑色细砂岩。罗安0.371.90煤线组统13.285.10砂质泥岩灰黑色砂质泥岩，接近三层煤时局部相变为灰黑色粉砂岩。局部接近煤层时夹13层煤线。三2.162.42.25 87.35煤三层煤，距煤层底板0.3m有一层厚0.050.15m黑色炭质泥岩。3.2590.60粉砂岩灰黑色粉砂岩，局部相变为黑色砂质泥岩。0.3490.942.7793.71四0.29 94.00煤粉砂岩煤粉砂岩煤线灰黑色粉砂岩，局部相变为黑色砂质泥岩。四层煤灰黑色粉砂岩，局部相变为黑色砂质泥岩。图 2-1 三层煤柱状图（四）项目区煤层气

27、（瓦斯）资源量（四）项目区煤层气（瓦斯）资源量项目区 534 工作面走向长 955m，倾向长 190m，项目区煤层气资源量计算如下：1、基础参数情况 煤层瓦斯压力：0.7MPa。吨煤瓦斯含量（X）：13.326m/t。L-工作面走向长度L=955m S-工作面倾斜长度S=190m r-煤的容量r=1.41t/m3 H-煤层厚度 H=2.3m2、计算方法瓦斯储量按下式计算：WAX，A=LSHr。式中：A-534 工作面三层煤煤炭储量，W-534 工作面三层煤瓦斯储量代入上述基础参数得：A9551902.31.41=58.84 万 tW58.8413.326=784.16 万 m（五）抽放方法（五

28、）抽放方法项目区采用本煤层瓦斯充分预抽的方法，534 工作面目前还没有掘进出回运顺巷道，要想使抽放钻孔有充分的预抽期，就必须在回采巷道施工前，对工作面进行预抽。534 工作面下邻大岭平峒延伸巷且延伸巷就布置在煤层中，使用 ZDY6000LD 钻机在大岭平峒延伸巷内直接钻进至 534 工作面，在工作面内沿倾向方向均匀地布置钻孔，以达到本煤层充分预抽。33三、三、534534 工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计（一）设计原则（一）设计原则1、解决项目区瓦斯治理问题，确保煤矿安全开采。2、发挥 ZDY6000LD 型钻机定向优势，在中厚煤层（项目区平均煤厚2.3m）中精确定

29、位，确保钻孔轨迹沿煤层走向，达到最佳抽放效果。3、选择合理的轨迹设计，达到最佳抽放效果。4、根据计算和汝箕沟煤矿多年抽放经验选取合理抽放半径，做到科学地设计钻孔间距。5、新钻机 ZDY6000LD 首次试钻，本着先易后难的原则，以争取一次试钻圆满成功。（二）抽采半径的确定（二）抽采半径的确定1、理论计算钻孔施工设计的瓦斯抽采影响半径按渗流理论的方法进行计算：pa122(p0p1)er2p0s0tr8pap0s0abc p02bp02R0an1bp0rlna2 s0t 式中 pr 处的瓦斯压力，Mpa；p0煤层的原始瓦斯压力，Mpa；p1钻孔内混合气体的压力，Mpa；pa标准大气压，Mpa；a煤

30、层吸附瓦斯的最大值，m/t；b煤吸附瓦斯常量；r煤的质量密度,t/m；33R0钻孔抽采的影响半径,mm；c煤值指标，c1AdMad；Ad煤的灰份；Mad煤的水份；煤层的透气性系数；t钻孔的抽放时间，min；n单位体积煤中所含游离瓦斯体积或为煤体孔隙率。根据钻孔周围的瓦斯压力分布规律，当 r 趋近于 R0 时，p 趋近于 p0p即当 r 趋近于 R0 时r趋近于 0，将钻孔预抽放时间带入上述公式，就可以求得 R0 的值，从而可以确定钻孔间合理的布孔间距。汝箕沟煤矿三层煤的具体参数如下：p00.7 Mpa、p0.7 Mpa、p10.7 Mpa、pa0.1 Mpa、a40.23、b0.597、r1.

31、41、c0.59、Ad39.59、Mad1.34、0.067、n10.23、t525600min。代入计算，得出钻孔瓦斯抽采半径为 10.15m。2、抽采经验由于汝箕沟煤矿瓦斯含量大，难治理，根据煤矿多年的抽采经验，适当缩小抽采半径，以保证瓦斯抽放充分，确保开采安全。3、抽采半径的确定根据上述理论计算和汝箕沟煤矿多年抽放经验 534 工作面瓦斯抽采钻孔设计抽采半径为 7.5m。（三）钻孔布置（三）钻孔布置由于在 534 工作面探巷附近已经查明地质构造比较复杂，分布有一个褶皱和一个断层，且此处恰逢汝箕沟向斜轴部西翼，因此，工作面中部的地质情况非常复杂并且有很严重的破碎带，非常不利于钻孔施工，综上

32、考虑，避开地质构造带，把项目区分成两段，在中部向工作面两端布置井下定向钻孔，定向钻孔布置覆盖工作面设计运顺向西 151m,避开了断层和断层破碎带（在断层以西工作面范围内，可以在回顺掘进后，在回顺内打瓦斯抽放直孔，解决瓦斯治理问题）。在大岭平峒延伸巷的探巷附近布置两个长 6m、宽6m、高 3m 钻场，根据取得的抽放半径，在534 工作面南段 1号钻场均布置 12 个主孔，5 个分支孔，主孔的编号依次为 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，工作面北段2 号钻场均布置 8 个主孔，7 个分支孔，主孔的编号依次为 1、2、3、4、5、6、7、8。为保证534 工作面设计运顺掘进时的安

33、全生产，南、北段的 1 钻孔都布置在 534工作面设计运顺中部，钻孔设计终孔间距均为15m，沿工作面倾斜方向布置，每个钻孔沿走向设计为 300-540m。项目区钻孔总进尺为 9408m（钻孔布置见汝箕沟煤矿 534 工作面井下定向瓦斯抽放钻孔布置图）。（四）轨迹设计（四）轨迹设计项目区布置钻孔的轨迹在平面上沿煤层走向延伸，沿煤层倾向布置在工作面内（见汝箕沟煤矿 534 工作面井下定向瓦斯抽放钻孔布置图）。在三维空间中，轨迹设计是根据已经揭露的334 工作面运顺剖面、334 工作面下段运输联巷、大岭平峒延伸巷剖面和探巷剖面及其断面，分析煤层产状变化情况，以及相关的测点坐标，先计算出钻孔轨迹中每个

34、控制点和钻孔靶点的 X、Y 值和轨迹方位，根据拐点和靶点附近的巷道测点的参数计算出 Z 值和钻孔轨迹倾角，再根据每个控制点和靶点的值，运用插值计算方法，设计中间点的各参数值。这种设计计算方法，充分考虑到了煤层的各种变化情况，依据煤层的实际变化情况设计钻孔轨迹，这就在设计上最大程度的保证了钻孔轨迹是在煤层中延伸（钻孔的设计参数见附表）。#（五）井身结构设计（五）井身结构设计1、第一次开钻：采用 96mmPDC 钻头钻至 10 米，退钻换 153mmPDC扩孔钻头扩至 5 米退钻，下入 5 米长的 133mm 护孔管，用聚氨酯固井。2、第二次开钻：采用 96mmPDC 钻头+孔底马达+下无磁钻杆+

35、随钻测量仪器+上磁钻杆+73mm 通缆钻杆钻具组合，开始正常定向钻进。3、正常定向钻进时，每施工 6 米对孔底进行一次参数测定，根据测定的参数和已掌握的现场实际地质情况，调整钻进方向，力求钻孔按照设计轨迹和要求钻进。（六）施工钻场抽放联接（六）施工钻场抽放联接钻孔开始正常施工时,必须在气水分离器上口连接钢丝胶管,在钢丝胶管上安装一个阀门控制抽放负压，根据钻孔瓦斯涌出量大小调节阀门，实行边施工边抽放,杜绝瓦斯喷孔事故的发生。（七）主要设备情况（七）主要设备情况本项目的主要设备为 ZDY-6000LD(A)井下定向钻机，它主要包括钻机系统、钻具组合和随钻定向系统，具体如下：1钻机系统施工所用钻机采

36、用西安煤炭科学研究院钻探研究所研制生产的ZDY-6000LD(A)履带式全液压钻机。该钻机具有搬迁方便、转速调节范围宽、扭矩大、结构合理、技术性能先进、工艺适应性强、操作省力、安全可靠等优点。主要用于煤矿井下地质勘探孔、抽放瓦斯孔、注水孔等。其主要技术参数见表 1。表 1 ZDY-6000LD(A)型钻机主要技术参数一览表钻孔倾角（）-1020钻机质量（kg）7000回转速度（rpm）最大回转扭矩（Nm）主轴额定制动转矩（Nm）给进能力（kN）起拔能力（kN）行走速度（m/s）给进/起拔行程（mm）最大爬坡能力（）电机功率（kW）运输状态外行尺寸（mm）2钻具组合(1)钻杆钻具组合有两种钻杆：

37、50190600016006501901900-2.510002090350022001800第一种是73mm 中心通缆钻杆。该钻杆具有以下特点：a.钻杆接头采用内加厚方式局部增加壁厚，通过摩擦焊与钻杆相连，钻杆外径为 73mm，内径为 59 mm，而两端接头的内径为 55mm，这样增加了钻杆易损部位的强度而又不浪费材料。b.在测量钻孔轨迹的过程中，有缆钻杆与 YHE1-35 矿用有线随钻测斜仪配合使用能够实现孔底钻孔参数的即时随钻测量。c.该钻杆刚性好、抗弯扭能力强，该钻杆设计强度既可满足孔底马达钻进要求又可满足孔口动力回转钻进要求。第二种是73mm 无磁钻杆，材料选用无磁性的铍铜。主要用于

38、钻孔测斜时放置测量仪器，以避免普通钢性钻杆对测量方位角造成的干扰，保证测量数据准确。(2)螺杆马达螺杆钻具主要由旁通阀、螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成如图 3 所示。图 3螺杆钻具的结构特征示意图1旁通阀总成；2螺杆马达总成；3万向轴总成；4传动轴总成；5钢管；6橡胶衬套；7转子采用螺杆马达进行钻进时,不需要钻杆旋转，泥浆泵输出的冲洗液经旁通阀进入螺杆马达，在马达的进出口形成一定压差，推动马达的转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。这样减少了钻杆与孔壁的摩擦阻力，因而在较小动力损失的情况下就能达到较大的钻进能力。(3)钻头第一种

39、是96mm 平底烧结胎体式金刚石复合片钻头，该钻头利用粉末冶金原理烧结而成，其耐磨性较强，钻头保径效果好，碎岩能力强、通水排渣流畅。试验中该钻头配合螺杆钻具钻进取得了很好的效果，如图4（1）所示。第二种是113mm 四翼刮刀金刚石复合片钻头。该钻头共有 16 个复合片均匀分布在钻头的四个翼片上，每个翼片上的四个复合片呈阶梯状布置。这种钻头通孔大、排粉流畅，在软岩或煤层中钻进具有高效长寿命的特点，同时钻头的四翼结构设计，发生卡埋钻时，有利于钻头顺利提离孔底，以避免钻杆拔断事故。试验中主要利用此钻头进行扩孔，如图 4（2）所示。第三种是94mm/153mm 扩孔钻头，由于试验区煤层瓦斯大，瓦斯喷孔

40、严重，所以在钻进过程中必须安装封孔装置，以便钻进的同时进行抽放瓦斯，此钻头主要用于在开孔时扩孔，以便安装孔口装置，如图 4（3）所示。（1）96mm 胎体式金刚石复合片钻头（2）113mm 四翼刮刀金刚石复合片钻头（3）94mm/153mm 扩孔钻头图 4 实验用钻头实物图(4)YHD1-1000 随钻测量系统YHD1-1000 型随钻测量系统主要用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，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。四、钻孔施工安全技术措施四

41、、钻孔施工安全技术措施1、人员必须认真学习煤矿安全规程、操作规程和本抽放设计。2、人员必须按照设计参数进行施工，方位、倾角误差30。3、10m 范围内必须保持清洁，巷道无片帮冒顶现象，发现不安全预兆必须及时维修。4、必须安装平稳、牢固，钻进过程中钻机后方严禁站人，以免发生意外。5、施工高仰角钻孔过程中，装卸钻杆时，必须将夹持器卡牢，以防钻杆下滑伤人；6、所有电器设备必须完好，班班有专人检查，严禁失爆及失爆作业。7、过程中，如发生钻孔喷气、喷水、喷煤等异常现象时，必须立即停电、撤人，不准提钻，并立即向调度室和队领导汇报。8、施工时，作业人员必须集中精力，配合得当，由跟班干部统一指挥。9、所有施工

42、人员必须认真学习ZDY6000LD 型井下定向抽放钻机操作规程。10、钻孔过断层时，根据第一个钻孔探测到的断层情况，及时调整钻孔轨迹。11、如果施工过程中钻遇底板炭质泥岩，立即停钻后撤，根据钻孔方位、倾角调整工具面，使钻孔轨迹沿煤层延伸。12、过褶皱时，根据钻机施工能力，适当穿岩层。13、钻机施工必须制定专门的安全技术措施。五、钻孔工程量统计五、钻孔工程量统计汝箕沟煤矿 534 工作面瓦斯钻抽放钻孔进尺量统计表1 号钻场孔深孔深*1.15(m)(m)2 号钻场孔深孔深*1.15(m)(m)孔深孔深*1.15(m)(m)孔号孔号孔号123456617881828384合计合计(m)(m)420.

43、0420.0420.0420.0438.0456.0378.0456.0468.0414.0408.0420.0408.0483.0483.0483.0483.0503.7524.4434.7524.4538.2476.1469.2483.0469.26354.96354.91234566178818283合计合计(m)(m)420.0438.0462.0486.0516.0540.0468.0516.0498.0414.0378.0336.012992.712992.7483.0503.7531.3558.9593.4621538.2593.4572.7476.1434.7386.46637

44、.86637.8总钻孔进尺总钻孔进尺(m)(m)六、施工进度计划安排六、施工进度计划安排根据项目区中部的地质构造情况，依据工作面开切眼方向，先施工1号钻场 1 至 12 孔，有利于瓦斯充分抽放，计划工期为 106 天；再施工 2号钻场 1 至 9 孔，计划工期为 111 天。项目区计划工期为 217 天，井下定向瓦斯抽放钻孔施工进度计划安排如下：#时间综采进工度作面2008 年8 月2008 年9 月2008 年10 月2008 年11 月2008 年12 月2009 年1 月534 工作面南段 1 号钻场 1#至 84 孔#试生产试生产534 工作面北段 2 号钻场 1#试生产至 84#孔试

45、生产1、由于钻场准备由矿方负责，因此本施工进度计划表的时间安备注2、由于设备为新采购设备，投入使用时设备存在安装、调试、培训和上机熟悉阶段，因此 8 月份、9 月份不安排工程量。3、总工程量为 12992.7 米，计划每月工程量为 1800 米，计划七、费用概算七、费用概算（一）费用明细表（一）费用明细表1#1#钻场钻孔概算钻场钻孔概算序号一一1234567891011121313二二12三三12四四五五六六七七项目钻井工程费钻井工程费1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔61#孔7#孔8#孔81#孔82#孔83#孔84#孔钻井技术工作费固井费固井费固井材料费固井工程费测井费测井费测井实物费测井

46、技术工作费设备拆卸、安装费设备拆卸、安装费新设备费新设备费税金税金合计合计金额（万元）456.63456.6330.1030.1030.1030.1032.7935.5631.1135.5637.4136.0437.1139.8839.8810.8917.617.61.61613.9511.442.523.50122.9220.97635.57备注附表 1单位工 程量单价（元）米米米米米米米米米米米米米口口点处处483.00483.00483.00483.00503.70524.40434.70524.40538.20476.10469.20483.00469.20445.7488105911

47、.441491.68614.6623.19623.19623.19623.19650.98678.11715.67678.11695.09756.98790.92825.67849.9633200020000108.0022.0035000.00253.4126按复杂程度取费包括聚氨酯、速凝剂、高强度复合材料煤层每 6 米测一个点单价为 1000.13 元/米序号一一1234567891011121314二二12三三12四四五五六六七七项目钻井工程费钻井工程费1#孔2#孔3#孔4#孔5#孔6#孔61#孔7#孔8#孔81#孔82 孔83#孔84#孔钻井技术工作费固井费固井费固井材料费固井工程费测

48、井费测井费测井实物费测井技术工作费设备运榆费设备运榆费新设备费新设备费税金税金合计合计#2#2#钻场钻孔概算钻场钻孔概算单价单位工 程量（元）米米米米米米米米米米米米米附表附表 2 2金额（万元）661.04661.0432.1734.6838.2442.0546.9751.7835.4846.9044.4435.7239.7525.9622.88164.0217.6017.601.6016.0014.5814.5811.952.633.503.50174.18174.1829.7229.72900.61900.61备注按复杂程度取费包括聚氨酯、速凝剂、高强度复合材料煤层每 6 米测一个点48

49、3.00503.70531.30558.90593.40621.00538.20593.40572.70476.10434.70386.40345.00497.02881106.3011.951 1696.71696.718708708989666.05688.51719.74752.37791.54833.82659.23790.36775.97750.26914.42671.84663.1933.002000.0020000.00108.0022.0035000.0035000.0025253.41263.4126口口点处处单价为单价为 1356.791356.79 元元/米米(二二)测算

50、说明测算说明1、钻井工程费用根据国家发改委价格司二 00 四年颁布的 工程勘察设计收费标准进行取费。钻探工程施工费取费依据、设备拆卸、安装、平整场地费：依据P7 页 1.0.12 规定，为钻探工程施工提供必要条件发生的费用。、钻井工程施工费：依据 P52 页 5.4 规定，钻探实物工作费收费基价=130（元/米）自然进尺（米）岩土类别系数孔深系数孔径系数2、固井费用固井工程费：根据国家发改委价格司二 00 四年颁布的工程勘察设计收费标准进行取费，依据 P59 页 5.6 固井实物工作收费基价表。固井材料费：本项目每孔固井段为 0 至 6 米，采用的材料为普通425 水泥、速凝剂和高强度复合材料