千米定向钻机在山西焦煤集团应用存在的问题及对策

　　山西焦煤集团公司是全国最大的炼焦煤生产加工企业和最大的炼焦煤市场供应商，下辖西山煤电、汾西矿业、霍州煤电、华晋焦煤以及投资公司5 个煤炭子公司，矿区总面积2 616 m²，煤炭储量239. 54 亿t，煤层气资源储量约1 975 亿m³ ． 现有生产矿井53座，生产能力1. 836 亿t /年，煤与瓦斯突出矿井12座、高瓦斯矿井11 座，主要分布在西山煤田以及河东煤田中部的离柳、乡宁矿区，沁水煤田东部，矿井分布区域广、差异性较大。

其中，西山煤田地质构造情况为复杂类型，河东煤田中部的离柳、乡宁矿区地质构造情况为简单－中等类型。近年来，山西焦煤集团公司引进多种型号的千米定向钻机，因地制宜进行瓦斯治理，积累了一定的经验，但也存在不足，总结分析千米定向钻机的应用情况及在施工和管理过程中存在的问题并加以改进，对于山西焦煤集团公司煤矿瓦斯治理工作具有重要的意义。

　　一、山西焦煤集团千米定向钻机在用情况

　　山西焦煤集团公司目前在册千米定向钻机46台、使用35 台，主要机型为VLD-1000 系列、ZDY-12000LD( 3500L、4000LD、4500 LD、ZDY-6000LD) 、中煤CMSI 系列、LDZYW-4000、ZYWL-13000DS 等。其中，西山煤电集团11 台、汾西矿业集团20 台、华晋焦煤集团15 台。

　　目前，山西焦煤集团公司共有外委专业定向钻进队伍4 支、子分公司组建专业钻探公司2 支以及矿井自行组建队伍7 支。定向钻机钻进效率在1 500 ～3 500 m/月·台，最高日进尺达200 m/台以上。钻进效率主要受煤层赋存条件、钻场准备、搬家倒面、劳动组织、操作技能、设备管理等因素影响，一般低于1 500 m/月·台为不正常。

　　二、定向钻机在应用过程中存在的问题及对策

　　从煤矿瓦斯治理实际应用情况看，定向钻机在地质条件复杂、煤层松软的煤层存在塌孔、喷孔、钻进困难、成本高等问题，在“以孔代巷”方面瓦斯治理效果也有待提高。针对山西焦煤定向钻机应用过程中出现的问题结合其煤矿瓦斯治理的发展前景，提出以下对策。

　　（1）松软煤层或复杂地质条件钻进困难的问题。

　　定向钻机优势在于能施工长距离钻孔，能够根据煤层起伏或设计进行垂直或水平定向拐弯，但是在钻孔低凹以及水平拐弯处易出现积渣积水堵塞钻孔现象，对于煤层松软或过地质构造区段还会出现塌孔现象而导致堵孔喷孔，而且由于钻孔长集聚的瓦斯量大，因此较常规钻孔喷孔强度大。在实际施工过程中要注意以下事项:

 a) 在钻孔设计上尽量避免下向钻孔施工。

　　b) 对于煤层松软地段，应沿顶( 底) 板施工主孔，逐段向煤层开分支孔，采用“锯齿状或羽状”钻孔的办法进行抽采，以减少松软煤层地段的钻孔长度; 在完孔抽采后，应选用大直径连管，在钻口安设球阀而不得使用蝶阀，以便孔内煤岩块容易进入除渣箱内; 加强日常观测，发现瓦斯抽采气量明显减小，及时用钻机进行疏通。

　　c) 地质条件复杂矿井要结合钻孔轨迹加强对地质构造的研究，判断预测断层等构造产状，指导钻孔施工及巷道设计优化工作。

　　d) 在掘进工作面揭露钻孔时应引起重视，制订安全措施。

e) 对于高突矿井特别松软煤层，下一步应与制造厂家联合进行“高突矿井松软煤层定向钻机压风排渣施工工艺的改进”。

　　（2）“以孔代巷”问题。

　　大孔径顶板走向钻孔“以孔代巷”抽采尽管在部分矿井试验取得成功，但是受瓦斯涌出量、地质条件、顶板岩性制约以及钻孔布置参数等因素影响仍未达到理想状态，即“U”采煤工作面上隅角不再采取埋管抽采等其它辅助手段，而处于完全安全稳定状态。需要进一步试验成功后制订相应的技术标准。

　　（3）管理与成本问题。

　　目前山西焦煤集团在定向钻机使用管理方面存在型号多、管理不统一、成本差异大以及钻进效率不高等问题。特别是钻孔成本差异方面主要是由于煤层赋存条件以及设备操作管理水平造成的。以煤孔为例，成本200～600 元/m，打钻成本成为制约定向钻机推广应用的主要因素，在煤层地质条件一定的情况下，关键是降低设备事故和配件损耗。建议: 

a) 由于定向钻机配件价格较高，各子分公司定向钻机机型不应过多，应控制在3 种以内，便于设备配件供应和管理。

b) 引入外部先进队伍带动学习( 外委专业队伍不宜过多) ，加强与设备厂家技术合作，大力发展自身队伍，把规范管理和提升技术操作水平作为重点。

c) 从集团公司层面要做好政策引导扶持，组织管理、技术、操作方面的培训、专题讲座、技术比武等服务工作，推动钻进队伍的发展壮大。

　　（4）常规钻机改造问题。

　　目前山西焦煤集团常规液压钻机在钻进设备上占有绝对份额，在籍常规液压钻机总数量过剩约30%，而且在用的常规液压钻机因地质条件复杂及自身缺陷导致钻孔精确度差、抽采效率低等。定向钻机在矿井的需求量大，不仅需要大功率、长距离钻进( 即千米) 的定向钻机，而且需要相当数量的中等钻进距离( 500 m 左右) 定向钻机，定向钻机数量应占钻机总数的50%以上。常规液压钻机与定向钻机的主要区别在于驱动装置和测量系统，因此常规液压钻机具备改造为定向钻机的可行性。下一步应联合定向钻进设备厂家对目前的常规液压钻机进行改造试验，节约资金、盘活闲置资产，以解决定向钻机数量不足的问题。

引用格式：杨晓红,柴文忠.千米定向钻机在山西焦煤集团的应用情况分析[J].山西焦煤科技,2020,44(03):4-8.