深孔定向千米鑽機在大寧煤礦瓦斯治理方麵的應用

深孔定向千米鑽機在大寧煤礦瓦斯治理方麵的應用

山西亞美大寧能源有限公司

一、礦井簡介

山西亞美大寧能源有限公司大寧煤礦是由美國亞美大陸煤炭有限公司、山西蘭花科創股份有限公司和山西省煤炭運銷公司晉城分公司三方合資組建的合作經營股份製企業，是中國第一家中外合作井工礦井。

大寧煤礦井田位於沁水煤田東部南段，井田麵積38.8225km2，地質儲量2.33億t，可采儲量1.81億t，主采煤層3號煤，平均可采厚度4.45m，煤層傾角小於10°，屬近水平煤層；3號煤層服務年限為33年。

大寧煤礦所開采的3號煤層屬於中等變質程度的無煙煤，是優質的化工及動力用煤。3號煤層煤塵無爆炸性，自燃等級為Ⅲ級，屬不易自燃煤層，2005年、2006年經鑒定屬高瓦斯礦井。根據2007年度礦井瓦斯等級鑒定資料，礦井絕對瓦斯湧出量為428.04 m3/min，相對瓦斯湧出量為55.87 m3/t，山西省煤炭工業局批複確定礦井為高瓦斯礦井。

根據勘探鑽孔及大寧煤礦首采區3號煤層實測資料：百米鑽孔自然瓦斯湧出量為0.0973~0.1905 m3/min，百米鑽孔自然瓦斯流量衰減係數為0.0245~0.0512d-1。煤層瓦斯壓力0.69~1.16MPa，煤層透氣性1.3~1.95mD。3號煤層的孔隙率7.01％~10.56％；瓦斯吸附常數a值為57.47~61.36，b值為0.291~0.334。

經計算，大寧煤礦礦井瓦斯儲量達132.14億m3，可抽瓦斯量55.28億m3，其中3號煤層瓦斯儲量為49.56億m3，可抽瓦斯量20.22億m3，具有瓦斯抽放和利用的豐富資源及優越條件。

大寧煤礦於2007年4月底順利通過了4Mt/a擴建項目的總體竣工驗收， 6月12日領取了安全生產許可證，7月10日領取了煤炭生產許可證。

二、瓦斯治理情況簡介

瓦斯抽放是礦井安全生產的重中之重，公司在建礦期間不斷加大投資力度，礦井瓦斯抽放取得了明顯效果。時至今天，大寧煤礦已配備了目前世界上最先進的VLD-1000型深孔定向千米鑽機3台及其配套的DDM-MECCA鑽進實時監測係統，實施本煤層大麵積預抽，最大孔深達到1002m。截止2007年12月底，已完成鑽孔數1980個，累計進尺803752.8m，累計抽放混合瓦斯量9.05億m3，純瓦斯量4.67億m3，礦井瓦斯抽放率在80％以上，有效解決了生產中的瓦斯管理問題，從而保證了礦井的安全生產。

(一)瓦斯抽放方法的選擇

根據大寧煤礦的瓦斯來源分析，礦井瓦斯主要來源於開采層3號煤層的瓦斯湧出，部分來源於鄰近層的瓦斯湧出和圍岩的瓦斯湧出，結合大寧礦井首采區的抽采實踐經驗，抽放瓦斯方法選擇以預抽本煤層瓦斯為主。

國內外抽放經驗證明：由於預抽排放煤體瓦斯，使煤體發生了收縮變形，當煤體原占據的空間體積不變時，煤體收縮一方麵引起了原有的裂隙加大，另一方麵也可產生新的裂隙，最終使煤層的透氣性增大。因此，長時間的預抽可以取得更好的效果。

通過對VLD-1000型深孔定向千米鑽機水平長鑽孔抽放效果的數字模擬及綜合監測分析，確定大寧礦井瓦斯預抽鑽孔的布置如圖1所示。