煤电钻怎么使用

1、必须持有效证件上岗，熟悉风煤钻的基本性能和故障处理方法。

2、认真学习作业规程，掌握规程规定的钻眼参数及安全要求。

3、检查作业地点帮顶支护，找净浮石、危石。

4、接风水管，用风水吹净管口内脏杂物，按头连接牢固。

5、检查操作、运转、钻头、钻杆是否正常。

6、按标定的眼位规程规定角度、深度、数目进行钻眼。

7、钻眼中，发现有钻头合金片脱落、钻杆弯曲或中心孔不导水时，必须立即更换。

8、随时注意煤岩帮、顶板，发现有片帮、冒顶危险，必须立即停钻处理。

9、、开眼时，钻头轻触煤壁再启动钻机，每钻一段要来回抽动几次钻杆，排除煤粉，防止卡钻。

10、钻眼时，先开水后启动；钻眼完毕，先关水再抽出钻杆。

11、把风水管、钻杆、风煤钻撤至无淋水和支架完好的安全地点，摆放整齐。

2)安装在煤电钻上，主要用于软—中硬岩中锚固支护孔的钻进。广泛用于岩石硬f≤8的巷道， 特别适应煤巷的锚杆支护作业，即可钻顶板锚杆孔。

3）煤钻头现在分为两种，硬质合金钻头和金刚石复合片钻头，

硬质合金煤钻头的两翼工作部件采用硬质合金作为切削齿，主要用于较软底层，合金造价较 低。现在在市场上仍占有重要地位。

金刚石复合片钻头煤钻头的两翼采用金刚石复合片作为切削齿，金刚石复合片的应用大大提高了煤钻头的钻进效率，正在逐渐取代硬质合金煤钻头。

修路用旋挖钻机。

旋挖钻机。是进行道路交通，高层建筑施工的工具。旋挖机是一种综合性的钻机，它可以用短螺旋钻头进行干挖作业，也可以用回转钻头在泥浆护壁的情况下进行湿挖作业。旋挖机可以配合冲锤钻碎坚硬地层后进行挖孔作业。如果配合扩大头钻具，可在孔底进行扩孔作业。旋挖机采用多层伸缩式钻杆，钻进辅助时间少，劳动强度低，不需要泥浆循环排渣，节约成本，无污染，特别适合于城市建设的基础施工。

矿山机械是直接用于矿物开采和富选等作业的机械。包括采矿机械和选矿机械。探矿机械的工作原理和结构与开采同类矿物所用的采矿机械大多相同或相似，广义上说，探矿机械也属于矿山机械。另外，矿山作业中还应用大量的起重机、输送机、通风机和排水机械等。

矿山机械的分类

1.破碎设备

破碎设备是将矿物进行破碎作业所用的机械设备。

破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎、中碎和细碎。常用的砂石设备有颚式破碎机、反击式破碎机，冲击式破碎机，复合式破碎机，单段锤式破碎机，立式破碎机，旋回破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、双辊式破碎机、二合一破碎机、一次成型破碎机等几种。

根据破碎方式、机械的构造特征(动作原理)来划分的，大体上分为六类。

(1)鄂式破碎机(老虎口)。破碎作用是靠可动鄂板周期性地压向固定鄂板，将夹在其中的矿块压碎。

(2)圆锥破碎机。矿块处于内外两圆锥之间，外圆锥固定，内圆锥作偏心摆动，将夹在其中的矿块压碎或折断。

(3)辊式破碎机。矿块在两个相向旋转的圆辊夹缝中，主要受到连续的压碎作用，但也带有磨剥作用，齿形辊面还有劈碎作用。

(4)冲击式破碎机。矿块受到快速回转的运动部件的冲击作用而被击碎。属于这一类的又可分为:锤碎机笼式破碎机反击式破碎机。

(5)磨矿机。矿石在旋转的圆筒内受到磨矿介质(钢球、钢棒、砾石或矿块)的冲击与研磨作用而被粉碎。

(6)其他类型的破碎磨矿机。

2.采矿机械

采矿机械是直接开采有用矿物和采准工作所用的机械设备，包括:开采金属矿石和非金属矿石的采掘机械开采煤炭用的采煤机械开采石油用的石油钻采机械。台风动圆片采煤机是由英国工程师沃克设计的，约于1868年制造成功。19世纪80年代，美国有数百口油井用蒸汽为动力的冲击钻钻凿成功，1907年，又用牙轮钻机钻凿油井和天然气井，并从1937年起，将它用于露天矿钻井。

3.采掘机械

采掘机械用于井下和露天矿山开采的采掘机械有:钻炮孔用的钻孔机械挖装矿岩用的挖掘机械和装卸机械钻凿天井、竖井和平巷用的掘进机械。

4.钻孔机械

钻孔机械分为凿岩机和钻机两类，钻机又有露天钻机和井下钻机之分。

①凿岩机:用于在中硬以上的岩石中钻凿直径为20~100毫米、深度在20米以内的炮孔。按其动力不同可分为风动、内燃、液压和电力凿岩机，其中风动凿岩机应用最广。

②露天钻机:按破碎矿岩的工作机构不同，分为钢绳冲击钻机、潜孔钻机、牙轮钻机和旋转钻机。钢绳冲击钻机因效率低，已逐渐被其他钻机代替。

③井下钻机:钻凿孔径小于150毫米的井下炮孔时，除应用凿岩机外还可应用80~150毫米的小直径潜孔钻。

4.掘进机械

利用刀具的轴向压力和回转力对岩面的辗压作用，直接破碎矿岩的成巷或成井机械设备。所用刀具有盘形滚刀、楔齿滚刀、球齿滚刀和铣削刀具。按掘进巷道的不同，分为天井钻机、竖井钻机和平巷掘进机。

①天井钻机，专门用于钻凿天井和溜井，一般不需进入天井操作，用牙轮钻头先钻导向孔，用盘形滚刀组成的扩孔器向上扩孔。

②竖井钻机专门用于一次钻凿成井，由钻具系统、回转装置、井架、钻具提升系统和泥浆循环系统组成。

③平巷掘井机，它是将机械破岩与排渣等工序结合起来并连续进掘的综合机械化设备，主要用于煤巷、软矿中的工程隧道和中等硬度以上矿岩的中平巷掘进。

5.采煤机械

采煤作业已由50年代的半机械化发展到80年代的综合机械化。综合机械化采煤广泛应用浅截深式双(单)滚筒联合采煤机(或刨煤机)、可弯曲刮板输送机和液压自移支架等设备，使回采工作面的破碎落煤、装煤、运输、支护等环节实现全面的综合机械化。双滚筒采煤机是落煤机械。电动机经截割部分减速机把动力传递给螺旋滚筒落煤，机器的移动靠电动机经牵引部分传动装置来实现。牵引方式基本上有两种，即锚链牵引和无锚链牵引。锚链牵引借助牵引部分的链轮与固定在运输机上的锚链啮合而实现。

6.石油钻采

陆地石油钻采机械。按开采工序分为钻井机械、采油机械、修井机械和维持油井高产的压裂、酸化机械。钻井机械为开发石油或天然气而钻探或打生产井的全套机械设备。石油钻井机，包括井架、绞车、动力机、泥浆循环系统、滑车装置系统、转盘、井口装置和电气控制系统。井架用于装置天车、游动滑车和大钩等，吊升其他重物上下钻台，悬挂井内钻具进行钻进。

7.选矿机械

选矿是在所采集的矿物原料中，根据各种矿物物理性质、物理化学性质和化学性质的差异选出有用矿物的过程。实施这种过程的称为选矿机械。选矿机械按选矿流程分为破碎、粉磨、筛分、分选(选别)和脱水机械。破碎机械常用的有颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机和反击式破碎机等。粉磨机械中使用最广的是筒式磨机,包括棒磨机、球磨机、砾磨机和超细层压自磨机等。筛分机械中常用的有惯性振动筛和共振筛。水力分级机和机械分级机是湿式分级作业中广泛使用的分级机械。分选浮选机械常用的有全截面气升式微泡浮选机，脱水机械比较是多频脱水筛尾矿干排系统。破碎粉磨系统中比较是超细层压自磨机。

8.烘干机械

煤泥专用烘干机是在滚筒干燥机的基础上开发研制而成的新型专用干燥设备，可广泛应用于:

1、煤炭行业煤泥、原煤、浮选精煤、混合精煤等物料的干燥

2、建筑行业高炉矿渣、粘土、澎润土、石灰石、沙子、石英石等物料的干燥

3、选矿行业各种金属精矿、废渣、尾矿等物料的干燥

4、化工行业非热敏性物料的干燥。

杜子健1　刘子龙2

（1.煤炭科学研究总院重庆分院；2.山西亚美大宁能源有限公司）

摘要 介绍了使用引进千米钻机在大宁煤矿井下实现顺层千米枝状长钻孔的成孔试验，最长的VLD定向钻孔达到了1005m（深度）。进行了千米枝状长钻孔抽采瓦斯的工艺技术研究及相应的抽采效果考察，并取得了良好的效果。大宁矿首采面经过1.5年的预抽，预抽率约达到49%，矿井的瓦斯抽采率达到70.35%。

关键词 井下瓦斯抽采 定向千米钻机 顺层千米枝状长钻孔 预抽率 钻孔参数 抽采效果

New Technology of Extracting CBM by Underground Long-reach Treelike Drilling Along Coal Seams

Du Zijian1，Liu Zilong2

（1.Chongqing Branch of Research Institute of Coal Science；2.Shanxi Asia-American Da'ning Energy Company，Ltd）

Abstract：This article introduced the drilling experience of using underground long reach treelike drilling along coal seams in Daning coalmine.The longest directional VLD hole reached 1005meters.The drilling technology for one thousand meter reach and extraction effects of gas were studied in this case.It was proved that the extraction effects by using the underground long reach treelike drilling along coal seams in Daning coalmine are satisfactory.The rate of extraction was about 49 percent after extraction of one and half year at the first mining areas and the recovery of coal gas will reach 70.35 percent.

Keywords：Underground extraction of coal gas；one thousand meter directional drilling unit；long reach treelike drilling along seams；pre-extraction rate；drilling parameters；extraction effects

前言

据统计，自2001年至2005年2月底，全国煤矿共发生一次死亡30入以上的事故28起，死亡1689入。其中瓦斯事故24起，死亡1558人，瓦斯事故起数和死亡入数分别占总数的85.71%和92.2%。矿井瓦斯灾害已成为当前我国煤矿安全生产的重大问题，矿井安全生产形势亟待改变。

从国家“先抽后采”的产业政策以及瓦斯治理的技术层面来看，治理矿井瓦斯灾害的根本在于矿井瓦斯抽采。矿井瓦斯抽采具有促进煤矿安全生产、充分利用洁净资源、保护大气环境等一系列综合效益。一方面，瓦斯作为煤矿井下最主要的有害气体，加强井下瓦斯抽采能从根本上减少煤矿的瓦斯涌出量，有利于确保矿井安全、解放矿井生产力；另一方面，抽采并利用瓦斯能够显著增加洁净资源供给、改善和优化能源结构；此外，瓦斯还是一种很强的温室气体，抽采和利用瓦斯减少了煤炭开采过程中排入大气的瓦斯量，保护了大气环境。

然而，我国许多矿井的瓦斯抽采过去一直受到钻机装备及长钻孔成孔、抽采瓦斯技术等因素制约。一方面，虽然国内已有的钻机实现了800m 长度的钻孔施工，但在钻孔定向、测斜技术方面尚不完善，且采用的不是孔底马达钻进工艺，目前国内尚无真正意义上的定向千米钻机，长钻孔施工缺少相应装备。另一方面，我国煤层条件复杂，长钻孔成孔工艺难度较大，目前利用国内钻机进行顺层钻孔施工，在煤与瓦斯突出矿井实现了250m的钻孔，在煤层条件较好（f=1～2）的晋城寺河矿较成功的钻进深度可达500m（无定向、测斜功能）。但总的说来，大面积预抽防治瓦斯的措施在矿井中实施仍然受到很大限制。

为此，国家“十五”科技攻关《煤层气井下开发成套工艺技术应用研究》项目以引进国外千米钻机、自主研发千米钻机长钻孔抽采瓦斯工艺技术的方式进行了技术攻关，实现了位于晋城矿区的最长的定向钻孔，达到了1005m，试验钻孔的长度多数在800m 以上，在此基础上进行了千米枝状长钻孔抽采瓦斯的工艺技术研究及相应的抽采效果考察，并取得了良好的效果。

1 试验矿井

山西亚美大宁能源有限公司（以下简称“大宁矿”）即原晋城市大宁一号矿井，是目前中国唯一的中外合作生产的井工煤矿。矿井设计生产能力400万吨。开采煤系地层属下二叠系山西组、石炭系太原组、本溪组。煤系地层总厚度151m，共含煤10～22层，其中可采和局部可采有3层。矿井主要开采的3＃煤层属中等变质程度的无烟煤，近水平赋存，厚度2.21～6.97m，平均4.45m，煤的坚固性系数f为1～2，该煤层富含瓦斯，煤层瓦斯含量 11.15～16.53m3/t，煤层瓦斯压力 0.69～1.16MPa，煤层透气性系数1.3～1.95mD。

矿井于2005年7月建成投产，矿井瓦斯抽采量从2002年的18.28m3/min上升到目前的184.8m3/min。矿井抽采瓦斯浓度达到55%以上，矿井瓦斯抽采率高达70%，瓦斯抽采取得了明显效果。

2 千米钻机及井下顺层千米枝状长钻孔成孔试验

2.1 VLD-1000 定向千米钻机

试验选用澳大利亚生产的VLD-1000型孔底马达式定向千米钻机，如图1所示。钻机由行走机构、动力系统、钻进系统、电气控制系统及测斜定向系统组成。

钻机采用孔底马达进行钻进，不需要钻杆的旋转，孔底马达是靠高压水进行驱动，进给速度是每分钟0～5m，而回收钻杆时的速度可以达每分钟0～20m的高速度。采用孔底马达钻进，减少了钻杆与钻孔的摩擦阻力，因而该钻机在较小动力损失的情况下具有超过1000m的钻进能力。

钻机主要技术参数为：

图1 VLD-1000定向千米钻机

钻进长度：1000m；

电机功率90kW（1140V、50Hz）；

测斜定向系统测量精度：上下偏差±0.2度，水平偏差±0.5度；

钻机总重：8500kg；

外形尺寸：4000mm（长）×2000mm（宽）×1600mm（高）。

2.2 井下顺层千米枝状长钻孔成孔试验

VLD定向钻机从2003年4月开始在山西亚美大宁能源有限公司调试、运行。如图2所示，从开始运行到2004年4月末的整一年中，总共钻进进尺为78484m，创下了 VLD单台定向钻机在井下定向钻进的世界纪录。到9月底，VLD钻机已经完成了定向钻孔160个，总进尺达到了112716m。在山西亚美大宁能源有限公司最长的VLD定向钻孔达到了1005m（深度），多数钻孔的长度在800m（深度）以上。

2005年以来，千米钻机井下施工抽采钻孔已在大宁矿成为矿井的常规工作。

在试验中重点试验了顺层纵剖面上的定向、调斜钻进，图3为V-P2 T22-20号钻孔测定的实际钻孔轨迹图（纵剖面）。

如图2所示，在试验中，还进行了钻孔在钻进过程中顺层平面进行的分枝钻进，即在1个开孔位钻进过程中，利用千米钻机的调斜功能，实现1个开孔段、多个分支段的顺层分枝状长钻孔（即顺层千米枝状长钻孔）成孔。

图2 大宁矿顺层千米钻机枝状长钻孔施工竣工图

图3 V-P2T22-20号钻孔实际钻孔纵剖面轨迹图

3 顺层千米枝状长钻孔抽采瓦斯试验

3.1 试验工作情况

在进行千米钻机长钻孔成孔工艺研究的同时，还对不同深度的钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察。如表1所示，重点考察了钻孔深度为800m组、600m组、400m 组等不同深度〔“钻孔深度”是指钻孔开孔点距钻孔终孔点的长度，“钻进总长度”为钻孔开孔点与钻孔终孔点间的所有钻孔调斜（平面上及剖面上）、分支钻孔的总的钻进长度〕钻孔的抽采瓦斯情况。

钻孔深度为800m组的钻孔深度范围为801～852m、钻进总长度为849～1548m，考察时间为371～833 d。

钻孔深度为600m组的钻孔深度范围为513～714m、钻进总长度为720～1062m，考察时间为379～836 d。

钻孔深度为400m组的钻孔深度范围为363～426m、钻进总长度为597～966m，考察时间为413～598 d。

表1 顺层千米钻机枝状长钻孔抽采效果考察汇总表

续表

注：表中“钻孔深度”是指钻孔开孔点距钻孔终孔点的长度；“钻进总长度”为钻孔开孔点与钻孔终孔点间的所有钻孔调斜（平面上及剖面上）、枝状长钻孔的总的钻进长度；表中每百米钻孔的抽采量均以钻进总长度为基础而计算。

3.2 抽采瓦斯效果考察

3.2.1 钻孔深度800m 组钻孔抽采情况

如前所述，钻孔深度为800m组别的钻孔深度范围为801～852m、钻进总长度为849～1548m，考察时间为371～833 d。

图4 P5T22-11钻孔抽采效果考察图

在试验中对表1所列的5个钻孔深度为800m的钻孔的抽采情况进行了全过程监测，现对P5 T22-11钻孔的情况详述如下。

P5T22-11钻孔开口倾角2.46°，完钻时间2003年8月5日，钻孔直径94mm、深度801m，钻进总长度1014m。考察时间至2005年11月15日，钻孔抽采瓦斯浓度及抽采量情况如图4所示。

如图4所示，P5T22-11 钻孔从开始接抽起，百米钻孔抽采量为0.55m3/min·hm，抽采瓦斯浓度达到97%左右。以后随着抽采时间的延续，抽采浓度、抽采量随抽采时间呈负指数规律逐渐下降，直到最后百米钻孔抽采量为0.02m3/min·hm，抽采浓度为20%左右。钻孔抽采负压为10～13kPa左右。百米钻孔抽采量与抽采时间的关系如下式。

q=0.5459e-0.0045t （1）

式中：q——百米钻孔抽采量，m3/min·hm；t——抽采时间，d。

综合本组其他钻孔的抽采效果考察，如表1所示，钻孔深度800m 组的钻孔抽采情况平均为：钻孔深度821.4m，钻进总长度1137m，抽采时间643.8d，钻孔平均抽采量为1.59m3/min，百米钻孔平均抽采量为0.14m3/min·hm。

3.2.2 钻孔深度600m 组钻孔抽采情况

钻孔深度为600m组别的钻孔深度范围为513～714m、钻进总长度为720～1062m，考察时间为379～836 d。

在试验中对表1所列的5个钻孔深度为600m的钻孔的抽采情况进行了全过程监测，现对P2 T22-12钻孔的情况详述如下。

P2T22-12钻孔开口倾角2.63°，完钻时间2003年8月8日，钻孔直径94mm、深度640m，钻进总长度790m。考察时间至2005年7月1日，钻孔抽采瓦斯浓度及抽采量情况如图5所示。

图5 P2T22-12钻孔抽采效果考察图

如图5所示，P2T22-12 钻孔从开始接抽起，百米钻孔抽采量为0.42m3/min·hm，抽采浓度达到95%左右。以后随着抽采时间的延续，抽采浓度、抽采量随抽采时间呈负指数规律逐渐下降，直到最后百米钻孔抽采量为0.03m3/min·hm，抽采浓度为22%左右。钻孔抽采负压为10～13kPa左右。百米钻孔钻孔抽采量与抽采时间的关系如下式。

q=0.5924e-0.0049t （2）

综合本组其他钻孔的抽采效果考察，如表1所示，钻孔深度600m 组钻孔抽采情况平均为：钻孔深度618.60m，钻进总长度911.00m，抽采时间662.20d，钻孔平均抽采量为1.52m3/min。

3.2.3 钻孔深度400m 组钻孔抽采情况

如前述，钻孔深度为400m 组的钻孔深度范围为363～426m、钻进总长度为597～966m，考察时间为413～598 d。

在试验中对表1所列的5个钻孔深度为400m 组别的钻孔的抽采情况进行了全过程监测，现对W12 S27-5钻孔的情况详述如下。

W12S27-5钻孔开口倾角1.38°，完钻时间2004年7月8日，钻孔直径94mm、深度363m，钻进总长度660m。考察时间至2005年10月21日，钻孔抽采瓦斯浓度及抽采量情况如图6所示。

图6 W12S27-5钻孔抽采效果考察图

如图6所示，W12S27-5 钻孔从开始接抽起，百米钻孔抽采量为0.60m3/min·hm，抽采浓度达到99%左右。以后随着抽采时间的延续，抽采浓度、抽采量随抽采时间呈负指数规律逐渐下降，直到最后百米钻孔抽采量为0.10m3/min·hm，抽采浓度为40%左右。钻孔抽采负压为10～13kPa左右。百米钻孔钻孔抽采量与抽采时间的关系如下式。

q=0.6998e-0.0053t （3）

综合本组其他钻孔的抽采效果考察，如表1所示，钻孔深度400m 组钻孔抽采情况平均为：钻孔深度389.80m，钻进总长度720.6m，抽采时间535.40d，钻孔平均抽采量为1.90m3/min。

4 顺层千米枝状长钻孔抽采效果评价分析

4.1 不同长度钻孔抽采效果

对钻孔深度为800m组、600m组、400m组的典型钻孔的抽采模式分析不同钻孔长度的抽采效果如表2所示。从表中数据分析得出，钻孔深度为800m 组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m组的153%，其抽采第1年、第2年及800 d的总累计抽采量是钻孔深度400m组的133%～139%；钻孔深度为600m 组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m 组的120%，其抽采第1年、第2年及800 d的总累计抽采量是钻孔深度400m 组的106%～120%。由此可见，随着钻孔深度的增加，钻孔的累计抽采总量也相应增加，说明增加钻孔长度对提高抽采效果是可行的。这样，在煤矿井下实施千米钻孔后，可在大幅度减少抽采巷道工程量的情况下，实现煤层大面积预抽。

表2 不同长度千米枝状长钻孔抽采效果分析表

分析表2中的数据，由于试验钻孔均在大宁矿的首采各盘区，在分枝基本一致的条件下，其抽采特性（相同长度钻孔的抽采量与时间的关系）应基本一致，即可以认为钻孔长度为660m以内的钻孔抽采特性符合400m 组的特性，660～790m的钻孔抽采特性符合600m组的特性，790～1014m的钻孔抽采特性符合800m 组的特性，如此以来，各钻孔段的抽采量（抽采第1年）如表3所示。

表3 顺层千米枝状长钻孔各段瓦斯抽抽采量（抽采第1年）分析表

从表3可得，千米枝状长钻孔的单位长度抽采量660～790m长度段为0～660m长度段的33.21%，790～1014m长度段的为0～660m 长度段的79.86%。这说明随着抽采钻孔长度的增加，单位钻孔长度的抽采量有所下降，但下降不大（790～1014m长度段与0～660m长度段相比仅下降20%），这也证明了在试验条件下钻孔长度越长，钻孔抽采瓦斯量越多。

4.2 钻孔不同抽采时间的抽采效果

对钻孔深度为800m组、600m组、400m组的典型钻孔的抽采模式分析不同抽采时间的抽采效果如表4所示。从表中数据可分析得出，钻孔在第2年末的总累计抽采量与第1年末相比增加了14%～29%，而在800 d时的总累计抽采量与第2年末的相比仅增加了1%左右。由此可得出，钻孔的合理抽采时间以2年为宜。

表4 不同抽采时间的千米枝状长钻孔抽采效果分析表

4.3 顺层千米枝状长钻孔的合理间距

4.3.1 顺层钻孔预抽率

顺层钻孔的预抽率是指钻孔抽采的瓦斯量占抽采范围内煤层瓦斯总储量的比例，顺层钻孔预抽率由下式计算：

η=Q抽/Q总（4）

式中：η——预抽率，%；Q抽——钻孔抽采瓦斯总量，m3；Q总——钻孔控制范围总的瓦斯储量，m3，Q总=L*D*M*r*W；L——钻孔深度，m；D——钻孔间距，m；M——煤层厚度，m，大宁矿为4.45m；r——煤层容重，t/m3；W——煤层瓦斯含量，m3/t，大宁矿试验地点为14.00m3/t。

4.3.2 不同时间钻孔抽采瓦斯总量

分析试验钻孔预抽效果考察可得，钻孔的预抽特性如式（1）、（2）、（3）所示。

由式（1）、（2）、（3）可得，不同时间钻孔抽采瓦斯总量如下：

800m组：Q抽=1399250.88（1-e-0.0045t）m3 （5）

600m组：Q抽=1114195.59（1-e-0.0049t）m3 （6）

400m组：Q抽=690187.65（1-e-0.0053t）m3 （7）

4.3.3 不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率

钻孔不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率由式（4）确定。预抽时间0.5、1、2、3年，钻孔间距15、20、30m的预抽率如表5所示。

表5 千米枝状长钻孔不同抽采时间、不同钻孔间距的预抽率

注：煤层原始瓦斯含量14.0m3/t、残余瓦斯含量4.2m3/t，煤层极限预抽率为70%。按开采前要求煤层瓦斯含量8m3/t以下计、预抽率为42.86%以上。表中“——”表示预抽率在42.86%～70%范围之外。

4.3.4 大宁矿保证安全生产的不同预抽时间、不同钻孔长度条件下的钻孔间距

根据相关研究，首采综放面煤层原始瓦斯含量14.0m3/t，确保首采综放面安全生产的预抽率应为45%。分析表5可得：

综放面如有0.5年预抽时间、选用800m 或600m 组钻孔时其钻孔间距以15m 为宜，选用400m组钻孔时其钻孔间距以20m为宜；

综放面如有1年预抽时间、选用800m或600m 组钻孔时其钻孔间距以20m 为宜，选用400m组钻孔时其钻孔间距以30m为宜；

综放面如有2年预抽时间、选用800m，600m 或400m 组钻孔时其钻孔间距以30m为宜。

4.4 千米枝状长钻孔在大宁矿的实际抽采效果

4.4.1 首采面预抽效果

如图1所示，大宁矿首采面长500m、宽320m，于2003年开始实施千米枝状长钻孔，钻孔间距20～30m左右（共计10个孔、28个水平分支），钻孔深度为600m左右。预抽时间约1.5年。

首采面的原始瓦斯含量为14.0m3/t，开采前在首采面通过直接法测定煤层瓦斯含量为7.2m3/t，由此计算首采面的预抽率为48.57%。

4.4.2 矿井瓦斯抽采率

大宁矿2005年矿井瓦斯涌出量为184.8m3/min，其中抽采量为130m3/min，矿井瓦斯抽采率达到70.35%。

5 结论

通过研究试验，井下顺层千米枝状长钻孔在大宁矿的抽采瓦斯中取得了成功，并取得了良好的效果，为大面积预抽煤层瓦斯取得了有益的经验和借鉴。

（1）选用澳大利亚生产的VLD-1000型孔底马达式定向千米钻机，在大宁矿的煤层条件下，可以实现千米左右的顺层枝状长钻孔施工。

（2）研究表明，在大宁矿实施的顺层千米枝状长钻孔随着钻孔长度的增加，其抽采瓦斯量也相应增加，表明在试验条件下实施长钻孔对抽采瓦斯是有效的。

（3）通过研究，确定了在试验条件下不同抽采时间达到45%预抽率的钻孔合理间距。

（4）大宁矿通过实施井下顺层千米枝状长钻孔抽采瓦斯，首采面经过1.5年的预抽，预抽率达到近49%，矿井的瓦斯抽采率达到70.35%。

1、用途不同。钻孔机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。钻井机是指用于钻井的设备。包括提升、旋转、钻具和反循环洗井四部分。

2、外观不同。钻孔机是一种小型设备，钻井机是大型设备。

钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。

泥浆护壁施工法

冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是：

平整场地→泥浆制备→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→灌注水下混凝土→拔出护筒→检查质量。

施工顺序：

(1)施工准备

施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布置等。

钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。

(2)钻孔机的安装与定位

安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，再垫上钢板或枕木加固。

为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。

(3)埋设护筒

钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。

制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大40cm），每节长度约2~3m。一般常用钢护筒。

(4)泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。

钻孔灌注桩

(5)钻孔

钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应该事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。

(6)清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm；当孔壁不易坍塌时，不大于20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。

(7)灌注水下混凝土

清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。

全套管施工法

全套管施工法的施工顺序。其一般的施工过程是：平场地、铺设工作平台、安装钻机、压套管、钻进成孔、安放钢筋笼、放导管、浇注混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。

全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外，其它的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度，取决于挖掘开始阶段的5~6m深时的垂直度。因此应该随时用水准仪及铅垂校核其垂直度。

开挖钻孔机械孔径大，功率大。支护钻孔机械孔径小，功率小。

钻孔机是指利用比目标物更坚硬、更锐利的工具通过旋转切削或旋转挤压的方式，在目标物上留下圆柱形孔或洞的机械和设备统称。也有称为钻机、打孔机、打眼机、通孔机等。通过对精密部件进行钻孔，来达到预期的效果，钻孔机有半自动钻孔机和全自动钻孔机，随着人力资源成本的增加；大多数企业均考虑全自动钻孔机作为发展方向。随着时代的发展，自动钻孔机的钻孔技术的提升，采用全自动钻孔机对各种五金模具 表带钻孔 表带钻孔 首饰进行钻孔优势明显。