太西煤集团哈沙图煤矿井下定向瓦斯抽放钻孔设计

太西煤集团哈沙图煤矿+1720水平井下定向瓦斯抽放钻孔设计内蒙古太西煤集团兰山煤业公司松树滩煤矿二0一一年五月审批签字栏职务姓名意见目录前言一、矿井概况…………………………………………………………………………3（一）矿井地质情况…………………………………………………………………3（二）矿井瓦斯基本情况……………………………………………………………9二、项目区概况………………………………………………………………………10（一）项目区位置……………………………………………………………………10（二）项目区钻场钻、孔布置情况…………………………………………………10（三）项目区钻进施工顺序…………………………………………………………10（四）项目区煤层气（瓦斯）资源量………………………………………………11（五）抽放方法………………………………………………………………………13三、井下定向瓦斯抽放钻孔设计……………………………………………………14（一）设计原则………………………………………………………………………14(二)钻孔参数设计...................................................15（三）钻孔结构设计.................................................15(四)施工钻场抽放联接...............................................16(五)封孔设计.......................................................16(六)主要设备情况...................................................16四、钻孔工程量统计和施工顺序及工期安排.............................20五、常用记录和报表.................................................22六、施工安全管理及存在问题.........................................24(一)施工措施.......................................................24(二)安全措施.......................................................25(三)存在问题.......................................................26前言哈沙图煤矿位于内蒙古自治区阿拉善左旗境内古拉本矿区立新井田14～17勘探线间。井口距乌巴公路1km，为沙石路；距巴彦浩特镇45km；距乌海市103km，距宁夏银川市167km,均为柏油路，交通十分便利。矿井隶属于太西煤集团兰山煤业公司，所产煤炭为享誉国内外的太西煤（优质无烟煤），设计产能30万吨/年。随着矿井技改工作的接近尾声，采掘接续矛盾日渐突出。随着矿井采掘工作的延伸，地应力、瓦斯压力增大，煤层瓦斯含量增高，瓦斯突出危险性增大。而井下常规钻机能力偏小，施工的钻孔长度短、孔径小。同时受井下施工空间限制，常规钻机只有在巷道形成后方能进行施工，瓦斯预抽期短，造成矿井瓦斯抽采不能满足生产接续的需要，矿井掘、抽、采比例失调，用常规钻机施工瓦斯抽放孔，不利于矿井扩大生产规模的规划要求。目前，瓦斯问题仍然是制约哈沙图矿高效、安全生产的首要问题。为解决上述问题，2009年8月至2010年3月，太西煤集团兰山煤业公司与北京华安普惠公司合作，在哈沙图煤矿+1780水平布设了四个钻场，共计施工了13个钻孔，钻进总进尺8589m，对该矿+1780水平运输石门南翼二1上、二1、二3、二4几层煤进行了瓦斯抽采。由于有效钻孔（煤孔）率低，虽然取得了一定的抽放效果，但仍不能满足目前+1780水平二1上层煤运输平巷掘进的要求。因此设计在二1上层煤+1780水平运输石门南翼沿走向布设一水平长钻孔，进行瓦斯抽放，满足“先抽后掘”的要求。同时为解决华鑫能源公司瓦斯发电气源的问题，计划在该矿+1780水平运输石门北翼、+1720运输石门南翼各煤层底板布置钻场，打走向长钻孔进行瓦斯预抽。鉴于外委公司施工成本过高的因素，太西煤集团兰山煤业公司成立了自己的钻探队伍，并购进了一台ZDY6000LD型井下千米定向钻机（计划两台），交由松树滩煤矿使用和管理。该钻机具有施工中长距离1000m以内定向钻孔、多分支孔、探顶（底）孔和探明地质构造、采空区、积水区段孔等的先进功能。2011年计划在公司所属各煤矿开展走向长钻孔施工，满足矿井瓦斯预抽工作需要。本次设计参考资料有：北京华安普惠科技发展有限公司和澳大利亚威利朗沃钻井公司提交的《哈沙图煤矿瓦斯抽采项目工程竣工报告》、长春煤炭设计研究院提交的《哈沙图煤矿瓦斯抽放工程设计说明书》、煤炭科学研究总院西安研究院提交的《松树滩煤矿煤层瓦斯参数测试及突出危险性评价报告》、中煤科工集团西安研究院做的《煤矿井下定向钻进技术》、《哈沙图煤矿采掘工程平面图》等。一、矿井概况（一）、矿井地质情况1、矿井基本情况哈沙图煤矿井田位于内蒙古自治区阿拉善左旗境内古拉本矿区立新井田14～17勘探线之间。东北与陡崖沟煤矿井田、西南与长沟煤矿井田相邻；深部+1600水平以下为松树滩煤矿井田。井口距乌巴公路1km，为沙石路；距巴彦浩特镇45km；距乌海市103km；距宁夏银川市167km，均为柏油路，交通十分便利。（见交通示意图）矿井海拔标高在+1975m～+2263m左右。地势中部高；东、西部略低。境内除确台沟一带有少量黄土覆盖外，其余皆为裸露岩石，地形切割剧烈。地层走向北东向；倾向西北，倾角55°～63°，构造比较简单。区内无地表径流，确台沟位于井田西部，是矿区内最大的谷地，平日无水，雨季时可汇集确台沟、哈沙图沟、炭窑沟的雨水形成洪流，因此在雨季暴雨时，对矿井生产有一定的影响。2、地层立新井田内地层出露良好，含煤系地层为下侏罗统汝箕沟组，平均厚度227m，呈角度不整合于上三迭统之上。其上部连续沉积了中侏罗统木葫芦沟组，厚320m；上侏罗统确台沟组，厚800m；寒武系灰岩及前震旦系花岗片麻岩，在矿区西部逆于侏罗系之上；第四系冲、洪积层存在于沟谷间或呈阶地状存在。下侏罗统含煤11层，即：一、二1上、二1、二2、二3、二4、三、四、五、七1、七2。含煤地层总厚度197m，煤层总厚度26.42m，含煤系数0.13。在14～17勘探线之间的哈沙图煤矿井田内共含煤5层，其中二1、二3、二4层煤大部可采。二1上层煤在14线以南1300m范围内可采，二2层煤在16勘探线以南2500m的范围内可采。（见综合柱状图）3、地质构造哈沙图煤矿井田为一单斜构造，地质构造简单，煤系地层在东面出露，区内已知的断层有F17逆断层，从哈沙图煤矿+1780水平运输石门揭露的情况看，造成了二3、二4层煤重复，钻孔施工过程中要特别注意。其它构造目前尚不明确。4、水文地质煤矿内无地表径流，确台沟为矿区内最大沟谷，平日无水，雨季时可汇集托立沟、木葫芦沟、哈沙图沟、炭窑沟的雨水形成洪流，由西北方向流泄矿区外；南部二道岭沟常年有溪流，雨季时对矿区的生产、生活有一定的影响。地层的含水系数小，矿井涌水量不大，不会对钻进工作造成影响，但要注意断层附近涌水量的变化。5、煤层特征井田内共有五层煤，煤层编号从上而下分别为二1上、二1、二2、二3、二4层煤。二1上层煤，较稳定、为简单结构煤层。二1层煤，全区较稳定、为简单结构煤层，局部结构复杂。二2层煤，不稳定，在18号勘探线以南的局部地段尖灭，13#号孔以北尖灭。二3层煤，较稳定，为简单结构煤层。二4层煤，较稳定，为简单结构煤层。煤层特征表煤层编号煤层厚度煤层结构顶、底板岩性煤层间距（m）稳定程度最小～最大平均类型夹矸层数顶板底板二1上1.21~2.611．91简单2~3粉砂岩粉砂岩4~10720~24223~64.56~87较稳定二12.92~8.505.71简单1~5粉砂岩粉砂岩较稳定二20.69~2.011.35复杂3~7粉砂岩细砂岩稳定二32.5~3.412.95简单1层局部略多粗砂岩粉砂岩不稳定二41.30~2.051.68简单2粗砂岩粉砂岩较稳定6、煤质煤质为低灰、低硫、低磷的无烟煤，平均灰分在12%左右，硫分在0.4%以下，发热量在7700大卡左右（约32.24MJ%kg），磷分低于0.005%，是优质无烟煤。煤的可磨性系数：49～53。机械强度：25mm级的含量为64～86％。热稳定性：（850℃）13mm级的含量为80～95％。煤尘：煤尘爆炸性指数＜15％，属不爆炸性煤尘。煤体坚固性指数：f值0.80～1.40，平均f值为1.04。瓦斯放散初速度：△P的值为15～28，平均值为19.33。真密度：1.44～1.54g/cm3,平均值为1.48g/cm3。视密度：1.38～1.51g/cm3,平均值为1.42g/cm3。煤层空隙度：0.87％～5.00％，平均值为2.96％。煤质特征表煤层编号原煤硫分Std（%）原煤发热量Qd（KJ/g）原煤灰分Ad(%)挥发分（精煤）Vdaf（%）二1上0.2634.22~32.9633.8（6）12.08~5.268.98（10）6.32~4.965.57（9）二10.1433.23~30.0432.23（11）14.33~6.119.51（23）10.18~5.066.69（23）二20.3235.28~29.7732.7415.42~3.008.61（20）10.18~4.306.24（20）二30.2034.36~31.8133.26（8）16.97~5.438.89（17）6.92~4.885.27（17）二40.2834.17~25.7732.35（8）27.03~6.129.82（14）10.52~4.355.90（14）（二）矿井瓦斯基本情况1、矿井煤层气（瓦斯）资源量由于哈沙图煤矿未进行过瓦斯参数测定工作，瓦斯含量是根据煤炭科学研究总院西安研究院2007年7月在其深部的松树滩煤矿完成的《松树滩煤矿煤层瓦斯参数测试及突出危险性评价》及瓦斯赋存梯度进行推算得出。经推算：标高+1700水平：二1上层煤瓦斯含量为14.58m³/t；二1层煤瓦斯含量为15.1m³/t；二2层煤瓦斯含量为21.84m³/t；二3层煤瓦斯含量为15.96m³/t。标高+1800水平：二1上层煤瓦斯含量为12.46m³/t；二1层煤瓦斯含量为13.5m³/t；二2层煤瓦斯含量为21.78m³/t；二3层煤瓦斯含量为15.72m³/t。二4层煤暂无数据，可参照二3层煤。哈沙图煤矿煤层瓦斯总储量约244250.83Km³，可开发瓦斯量约53807.47Km³。2、瓦斯抽采现状哈沙图煤矿的瓦斯抽放管路已与松树滩煤矿瓦斯抽放泵站实现对接，目前泵站运转正常，正在对+1780水平现有的钻孔进行抽采，抽放系统能够满足施工要求。二、项目区概况（一）项目区位置本项目区位于哈沙图煤矿+1780水平运输石门和+1720水平运输石门内。（二）项目区钻场、钻孔布置情况+1780水平二1上层煤沿用现有钻场，钻孔相对标高：0、+20m；+1780水平二1层煤北翼可利用现有的顺层平巷（已形成回风系统）做钻场；+1720水平各煤层和+1780水平二1上、二3、二4层煤的钻场均布设在煤层底板内距煤层8m处，钻场规格：6m（宽）×3m（深）×3m（高），采用锚喷支护。钻孔抽放半径定为5m，钻孔相对标高：0、+10m、+20m、+30m、+40m；钻孔均为走向长钻孔，控制范围：+1780水平北翼走向长1000m，南翼走向长均为640m，倾向长59m，煤层倾角58°。（三）项目区内钻进施工顺序首先由西安煤科院带领在+1780水平南翼二1上层煤内进行施工，解决运输平巷“先抽后掘”问题，并对该煤层+1780水平以上奥钻施工区域进行钻孔加密，提高