煤矿534工作面井下施工钻孔设计新详解

1、534 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神华宁煤集团汝箕沟煤矿二 O O 八年八月534 工作面井下瓦斯抽放钻孔设计设 计：审 核：技术负责：项目负责：煤炭科学研究院西安分院神华宁煤集团汝箕沟煤矿目录3.4.、/. 前言 一、矿井概况（一）矿井地质情况 4.（二）矿井瓦斯基本情况 9.二、项目区概况 1.1.（一）项目区位置 1.1.（二）四邻采掘及工作面接续情况 1.1（三）地质构造 1.1.（四）项目区煤层气（瓦斯）资源量 1.4（五）抽放方法 1.4.三、534工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计 1.5（一）设计原则 1.5.（二）抽采半径的确定 1.5.（三）钻孔布置

2、1.7.（四）轨迹设计 1.7.（五）井身结构设计 1.8.（六）施工钻场抽放联接 1.8（七）主要设备情况 1.9.四、钻孔施工安全技术措施 2.3.五、钻孔工程量统计 2.5.六、施工进度计划安排 2.5.七、费用概算 2.7.一）费用明细表 2.7.（二 ）测算说明 2.9.、八前言汝箕沟煤矿位于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

3、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

4、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 ZDY6000LD 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

5、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3904 :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

6、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 最咼标咼+2451m，最低标咼+1919m。截至 2005 年底，矿井保有地质储量 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 1 80万吨/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

7、，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。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190 m,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

8、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 2 5°左右；东翼则平缓， 倾角在 1 0°以上。落差在 4-10m 的 F16 断层为井田内最大断层，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

9、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Fi6正断层破坏性较大外，其它影响甚小。Fi6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i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i煤为6.60m,二2煤14.0m,三煤9.0m。断层产状走向120 130。，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

10、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 q= 0.0023升/秒米， 稳定水位标高1977.53m,渗透系数 K = 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,

11、 夹可采煤 层，总厚57.6m （121孑L）,单位涌水量q = 0.000151 升/秒米，渗透系数 K = 0.0000551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综合柱状图地层： 符号编煤层号1: 300厚度（m丿最小一最大均累计厚度J2ZJ1y190.0190.0277.11282.3930.10 318.6733.34 370.854.24580.01四380.9418.13399.07冬仝375.7786.11 276

12、.115.28.50駅54 337.51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，底部粗砂岩局部相变为细砂岩及粉砂岩，偶夹泥岩。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。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。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 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

13、煤线。第二层煤，稳定煤层，全区可采，一般为厚煤层。局部为中厚煤层，结构简单, 局部在煤层顶部及底部含薄层夹矸。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 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。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。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 煤线。中

14、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 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。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 翼为最厚）。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 X-8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。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、XI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：

15、上距直罗组底部砂岩 86.11m,分布于刈勘探线以北和以 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i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8- 15。第二2层煤：上距第二i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0.92 8.20m,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，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

16、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各煤层变化情况表煤层有益真厚m结构情况距上层间距稳定程度顶板岩性底板岩性-一-0 5.100.37结构简单不稳定，不可采粉砂岩粉砂岩二 12.05 12.135.74结构简单1.80 13.55.28稳定，可采粉砂岩至细砂岩粉砂岩至砂质泥岩二 26.53 20.38结构较复杂含0.32 60.44稳定，可采XIII线以北多为 中、粗砂岩，以粉砂岩12.63主要夹矸两层30.10三0.45 6.24且以较复杂含3)12.90 43.4较稳定，可南多为粉砂岩 粉砂岩粉砂岩至砂2.92主要夹矸一层26.9

17、采质泥岩编号采样地点煤层吸附常数灰分Aad(%)水分Mad(%)挥发份V(%)真密 度(t/m 3)假比重(t/m 3)孔隙 率(%)渗透率a(m/t)b(Mpa)132211 集运 9-10°-三41.230.63125.171.0411.061.791.616.240.06723229集运16-21°-三40.230.59339.591.3417.541.801.5210.23表1-2煤样吸附瓦斯试验与工业分析6、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9

18、3%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32.5135.97MJ/kg。原煤工业分析列于表1-3。表1-3原煤工业分析表煤层灰分Ag(%)硫分S%(%)发热量Qg(MJ/kg)挥发分Vr(%)17.110.2032.815.3728.970.1832.525.25三8.340.2532.515.07四6.860.2

19、535.974.78五9.640.3332.615.24七112.674.97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（850C） 13mm 级的含量为8095%。（二） 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，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

20、为：二2煤原始瓦斯11.062mP/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 BEC 67型水环式真空泵 3台，最大额定抽放能力 317m3/min; 2BEF 50水环式真空泵2台，2BEC 42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110mP/min;敷设抽放管路20562m。目 前，矿

21、井瓦斯抽米方式主要米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度瓦斯抽放钻孔进尺m瓦斯抽放量万m3矿井抽放率%备注2002 年49250.5919.634.02003 年60769.41240.037.22004 年78048.01602.340.02005 年42222.82029.047.02006 年84305.02911.249.02007 年3938.8二、项目区概况（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

22、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

23、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发育情况较发育顶底板名称岩石名称厚度岩性特征煤的硬度f3老顶粉砂岩细砂岩8m灰黑色粉砂岩-细砂岩。直接顶粉砂岩砂质 泥岩）13 50灰黑色砂质泥岩，

24、局部相变为灰黑色粉砂岩直接底粉砂岩3.25灰黑色粉砂岩，局部相变为灰黑色砂质泥岩地层单位统组柱状单位标 志 层 号真厚（m岩石名称岩性描述0.597.53.34.41.65G64.17.03G62.01.360'0'2.161.801.204.34.210.02.232.00.30.32.48.02.21.7粗砂岩灰白色粗砂岩，坚硬，层理不发育, 节理发育45.6546.8551.0559.5561.7553.450.1553.60泥岩炭质泥岩砂质泥岩砂质泥岩炭质泥岩0.313.22.253.250.342.770.2971.50.9085.1037.3590.6090.949

25、3.7194.00灰黑色泥岩，局部为灰黑色砂质泥 岩。黑色炭质泥岩，破碎，易冒落，局 部相变为黑色砂质泥岩泥岩。局部距顶1.9m有一层0.24m黑色炭质 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，大部分发育粉砂岩- 砂质泥岩粉砂岩-砂质泥岩煤线砂质泥岩砂质泥岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩图2-1三层煤柱状图灰黑色粉砂岩，局部相变为黑色细 砂岩。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。三层煤，距煤层底板0.3m有一层厚0.05 0.15m黑色炭质泥岩。灰黑色粉砂岩，局部相变为黑色砂 质泥岩。煤线灰黑色粉砂岩，

26、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。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）： 13.326m3/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：W= AX X, A=LX Sx HX r。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：A= 955X 19

27、0X2.3 X 1. 4仁58.84 万 tW= 58.84 X 13.326=784.16 万 m（五）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。三、534工作面井下定向瓦斯抽放钻孔设计（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

28、势，在中厚煤层（项目区平均 煤厚2.3m）中精确定位，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prSo(P2In丄 a2、 a J 莎P1)?e2Po、Sotr2Ro a ? nabc ?p0 2 bp0bpo8PaPo式中p r处的瓦斯压力，MpaPo 煤层的原始瓦斯压力，Mpa pi钻孔内混合气体的压

29、力， Mpa Pa标准大气压，Mpaa煤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 3;R0钻孔抽采的影响半径,mmc煤值指标，c = 1 - Ad Mac；Ad煤的灰份；Mac煤的水份；入一煤层的透气性系数；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p0即当r趋近于R0时匚趋近于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：po= 0.7 Mpa p = 0.7 Mpa pi = 0.7 Mpa

30、 pa= 0.1 Mpa a= 40.23、 b = 0.597、r = 1.41、c = 0.59、Ad= 39.59 %、Mad= 1.34 %、X = 0.067、n= 10.23 %、t = 525600min。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

31、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

32、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9408（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

33、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1、 第一次开钻：采用96mmPDC占头钻至10米，退钻换153mmPD扩孔钻头扩至5米退钻，下入5米长的 133mn护孔管， 用聚氨酯固井。2、第二

34、次开钻：米用 96mmPD钻头+孔底马达+下无磁钻杆+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，

35、具体如下：1. 钻机系统施工所用钻机采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（°）-10。20°钻机质量（kg）7000回转速度（rpm）50 190最大回转扭矩（Nm60001600主轴额定制动转矩（Nm650给进能力（kN）190起拔能力（kN）190行走速度（m/s）0-2.5

36、给进/起拔行程（mr）1000最大爬坡能力（°）20电机功率（kW90运输状态外行尺寸（mr）3500X 2200X 18002.钻具组合（1）钻杆钻具组合有两种钻杆：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

37、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 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。1234AAA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

38、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113m m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

39、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94mm153mm扩孔钻头，由于试验区煤层瓦斯大， 瓦斯喷孔严重，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)94mm153mn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

40、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、倾角误差土 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

41、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2号钻场孔号孔深(m)孔深 *1.15(m)孔号孔深

42、(m)孔深 *1.15(m)1420.0483.0孔号孔深(m)孔深 *1.15(m)2420.0483.01420.0483.03420.0483.02438.0503.74420.0483.03462.0531.35438.0503.74486.0558.96456.0524.45516.0593.46- 1378.0434.76540.06217456.0524.46- 1468.0538.28468.0538.27516.0593.48- 1414.0476.18498.0572.78-2408.0469.28- 1414.0476.18-3420.0483.08-2378.0434.

43、78-4408.0469.28-3336.0386.4合计(m)6354.9合计(m)6637.8总钻孔进尺(m)12992.7六、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：'、间综进米工、度2008 年2008 年2008 年2008 年2008 年2009 年2009 年2009 年2009 年作面、8月9月10月11月12月1月2月3月4月534工作面南段1号钻场1#

44、至8 -4#孔试生产试生产534工作面北段2号钻场1#试生产试生产至8 -4#孔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排不包括钻场准备。备2、由于设备为新米购设备，投入使用时设备存在安装、调试、磨合及试运转阶段，人员存在注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，计划用7个半月完成。七、费用概算（一）费用明细表1#钻场钻孔概算附表1序号项 目单位工程量单价（兀）金额（万元）备注-一一钻井工程费456.6311#孔米483.00623.1930.1022#孔米483.00623.1930.1033#孔米48

45、3.00623.1930.1044#孔米483.00623.1930.1055#孔米503.70650.9832.7966#孔米524.40678.1135.5676 1# 孔米434.70715.6731.1187#孔米524.40678.1135.5698#孔米538.20695.0937.41108 1# 孔米476.10756.9836.04118 2# 孔米469.20790.9237.11128 3# 孔米483.00825.6739.88138 4# 孔米469.20849.9639.8813钻井技术工作费%445.743310.89按复杂程度取费二二固井费17.61固井材料费口

46、820001.6包括聚氨酯、速凝剂、高强度2固井工程费口82000016复合材料二测井费13.951测井实物费占八、1059108.0011.44煤层每6米测一个点2测井技术工作费%11.4422.002.52四设备拆卸、安装费处135000.003.50五新设备费%491.6825122.92六税金%614.63.412620.97七合计635.57单价为1000.13元/米2#钻场钻孔概算附表2序号项目单位工程量单价（元）金额（万元）备注一一一钻井工程费661.0411#孔米483.00666.0532.1722#孔米503.70688.5134.6833#孔米531.30719.7438

47、.2444#孔米558.90752.3742.0555#孔米593.40791.5446.9766#孔米621.00833.8251.7876 - 1# 孔米538.20659.2335.4887#孔米593.40790.3646.9098#孔米572.70775.9744.44108 - 1# 孔米476.10750.2635.72118 - 2#孔米434.70914.4239.75128 - 3#孔米386.40671.8425.96138 - 4#孔米345.00663.1922.8814钻井技术工作费%497.0233.00164.02按复杂程度取费二二二固井费17.601固井材料费

48、口82000.001.60包括聚氨酯、速凝剂、高强度复合材料2固井工程费口820000.0016.00高强度复合材料三测井费14.581测井实物费占八、1106.30108.0011.95煤层每6米测一个点2测井技术工作费%11.9522.002.63四设备运榆费处135000.003.50五新设备费%696.7125174.18六税金%870 . 893.412629.72七合计900.61单价为1356.79元/（二）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1、设备拆卸、安装、平整场地费：依据P7页规定，为钻探工

49、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）X自然进尺（米）X岩土类别系数X孔深系 数X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管。V=0.785X（D2-d2） XLX1.5（ 孔径系数），式中: D 为钻孔外径， 本项目为0.153米；d为高强度复合材料管外径，L为固井长度，本 项目为 5 米。经计算，每口井共用

50、 4 袋水泥、 4 袋速凝剂和 1 根 5 米高强度 （4MPa复合材料管，合计价格为 2000元。3、测井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。本项目依据P78页续表7.2-1序号16测井斜项目取费。 在煤层中每 6 米进行一次井斜测量。4、最后依据合同按照实际工程量进行结算。5、项目区 534工作面 1 号钻场和 2 号钻场钻孔工程施工费计算 如下：1钻场 1 8钻孔工程施工费1钻场共布置 8个主孔和 5 个分支孔，总进尺为 6354.9米，全部为 煤层钻孔，各钻孔钻井工程费如下： 1孔、 2#孔、 3#孔、 4#孔钻井工程施工费1#孔、2#孔、3#孔、

51、4#孔自然进尺均为 483 米，代入公式中，得出：钻孔钻探实物工作费：130X5 X2.6 X1.2X1.O+13OX(45 X1.2+50X1.0+50 X 1.2+50X1.4+50 X1.7+50 X2.0+50 X2.4+50 X2.9+50X3.4+33 X3.9) X2.6 X 0.9=2028+130X(54+17X50+33X3.9)X2.6X0.9=2028+130X(54+850+129)X2.6X0.9=2028+130X1033X2.6X0.9=30.10(万元) 5#孔钻井工程施工费5#孔自然进尺为 503.7米，代入公式中，得出：5#孔钻探实物工作费： 130X5X2.6X1