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1、细心整理前言21、概况31.1 矿井概况31.2 矿井地质概况52、施工顺层长钻孔根本问题及主要参数的探究132.1大采深顺层钻孔施工期间的常见问题142.2顺层钻孔的设计163、钻进工艺与工序的探究213.1钻机设备的选择213.2稳固钻机的要求223.3排渣工艺的选择243.4钻进过程中风力排渣参数的确定263.5其他确定因素324、大采深顺层深孔打钻技术的应用364.1CMS1系列钻车运用状况374.2合理利用风力排渣参数的打钻效果414.3钻孔施工中常见问题的处理方法444.4钻孔施工的效果465、综合效益分析495.1平安效益分析495.2经济效益分析496、结论50夹河煤矿大采深顺
2、层钻孔深孔打钻技术探究与应用前言我国煤矿瓦斯灾难紧要,尤其是煤与瓦斯突出,紧要威逼矿井平安生产,制约矿井经济效益的提高。为有效防治煤与瓦斯突出,国内外科研工作者探究与实践,先后接受了松动爆破、超前排放钻孔、深孔限制卸压爆破、水力化等多项防突措施,有效地降低了突出强度和突出次数,取得了明显的防突效果。但随着矿井开采深度的加大,煤与瓦斯突出紧急性以及各项防突措施的局限性日益显著， 防突工作也愈加困难，顺层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措施施工本钱低，速度块，可在较短时间内施工出更多钻孔，接受更为密集的钻孔对煤层进展有效和牢靠的预抽，能够成功的消退煤与瓦斯突出紧急性，但突出煤层施工钻孔期间存在成孔难、深
3、度浅的现状对防突措施的效果造成很大的影响。如何施工出符合要求的高质量钻孔是我们当前须要解决的第一难题，本课题主要针对徐州矿务集团有限公司夹河煤矿深水平开采期间顺层长钻孔施工进展探究分析，提出能够满足施工高质量长钻孔的方法。1、概况1.1 矿井概况夹河煤矿原名桃园煤矿，始建于1965年，由华东煤矿设计探究院设计，设计生产实力为0.45Mt/a。1969年10月投产，1970年达产，同年更名为夹河煤矿。1972年7月建成投产一座矿属洗煤厂，设计实力为年入洗原煤0.60Mt/a。投产以来，先后对矿井生产系统进展了不同程度的技术改造，使生产实力大幅度提高。1980年原煤生产到达1.30 Mt/a。19
4、84年11月起先进展改扩建井，1994年9月完成，设计生产实力提高到1.20 Mt/a。1999年和2000年分别对主井和通风系统进展技术改造，提高了主井提升实力和矿井通风实力。2003年经江苏省经贸委审定，核定矿井综合生产实力为1.50 Mt/a,2010年经鉴定为突出矿井及冲击地压紧急性矿井，目前矿井开采水平延长至-1200m水平。 矿井位置与交通夹河煤矿位于江苏省徐州市九里区境内，距徐州市约11Km。夹河井田东部与庞庄矿相临；西部以西陇海铁路与徐州地方煤炭公司大刘矿和徐州矿务集团公司义安矿为界；浅部自21煤层露头，深部至1煤层-1200等高线。井田走向长5.5Km，倾向长4.5Km，面积
5、约24.75 Km2。井田内铁路、公路水路均有，可通往全国各地，交通特殊便利。西陇海铁路干线从井田西南通过，矿铁路专用线在夹河寨与西陇海干线接轨；矿专用公路与徐州市三环路、徐沛公路干线河西部矿区公路连接成网；井田东测15Km左右有京杭大运输河，常年可通航50t驳船。图1-1 矿井交通示意图1.1.2 井田境界夹河井田东部F1号断层下盘以“徐煤局地8555号文”、上盘以“苏煤基司87252号”文件为界与庞庄煤矿相邻；西部以西陇海铁路与江苏天能集团公司大刘煤矿和徐州矿务集团公司义安煤矿为界；浅部自21煤层露头；深部至1煤层-1200m等高线。井田走向长5.5km，倾向长约4.5km，面积约24.7
6、5km2。1.1.3采区概况夹河煤矿深部-1200m水平西一区域位于夹河井田的东北角。浅部自-950m,深部至1煤-1200m等高线，东至京福绕城高速公路爱惜煤柱线，西至张小楼井田边界，走向长1.05km，倾斜长0.65km，面积约0.7km2。目前邻区浅部正在开采，深部已开拓-1010-1200回风暗斜井、皮带暗斜井和轨道暗斜井三条下山。该区共施工过11个钻孔进展钻探，累计工程量13349.25m，均由原局地勘队施工。2005年10月由煤炭科学探究总院西安分院完成了三维地震勘探工作。1.2 矿井地质概况 1) 地质构造夹河井田位于徐州煤田九里山向斜南翼，石炭、二叠系地层是其含煤地层，在井田内
7、均被第四系冲积层覆盖。井田内钻孔和井巷工程揭露的含煤地层主要有石炭系的本溪组C2、太原组C3，二叠系的山西组P11、下石盒子组P12、上石盒子组P21、石千峰组P22地层。夹河井田位于徐州复背斜九里山向斜南翼中段，为一单斜构造，沿东北、西南方向延展。地层产状沿走向、倾向变更较大，F1号断层下盘煤层由浅至深在剖面上大致呈台阶状。井田内大中型断层较发育，共发育大中型断层21条，其中落差100m的断层4条，正断层1条夹6，逆断层3条F1、F2、SF33；落差50-100m的断层共5条，正断层4条夹1、夹2、夹5、F5，逆断层1条F1-1；断层落差20-50m的断层7条，正断层6条F6 、F3、夹9
8、、SF10、SF11、SF22，逆断层1条夹3；落差10-20m且走向长度800m的断层5条(夹8、夹2-1、F16、F4、夹7)全部为正断层。-1200m水平西一接受进展了三维地震勘探，中、小型断层及次一级褶皱得到有效限制，构造简述如下。褶曲：该区总体为一走向和倾向略有变更的单斜构造，地层走向北东北北东、倾向北西北西西，倾角525，平均20，局部倾角有较大变更。位于18-14钻孔、19-10钻孔之间发觉向斜，轴向NE，倾角1520，向斜轴被DF22断层切割。位于20-10钻孔、20-11钻孔之间发觉背斜，轴向NW，倾角510。断层：依据三维地震勘探资料，该区中、小型断层较发育，共11条。2)
9、 水文地质夹河煤矿井下潜水承受大气降水和地表水干脆补给，因煤层地层上有较厚的第四系冲积层覆盖，第四系中部有一层较厚的隔水层，一般和下伏的承压含水层不发生干脆水力联系。从该矿开采突水状况看，在浅部突水次数多，突水量大，深部减弱。在矿区外围东南-西南部奥灰出露于地表，可以承受大气降水及地表水的干脆补给。由于本溪组岩层的阻水作用，奥灰水正常状况下对开采二叠系煤层无干脆影响。矿井水文地质条件类型属简洁-中等型。3) 地温依据中国科学院地质探究所地温资料，徐州地区恒温带深度为25-30m，温度为16.6。夹河井田内地温梯度由1.16/100m变更至2.52/100m，平均地温梯度为2.21/100m，属
10、于地温正常区。本井田虽属于地温正常区，但据2煤底板地温等值线图和地温剖面图，在-600m水平以下，18-19线南段-650-920m、24-25线南段-700-850m为一级热害区温度为31-37，其余为二级热害区温度37。4)瓦斯夹河煤矿深部勘探对2、7、9煤进展23次煤芯瓦斯含量解吸测定，其中2煤9个，7煤9个，9煤5个，20煤1个。测定结果：2煤甲烷一般含量0.5754.661cm3/gdaf，平均2.73cm3/gdaf；7煤甲烷一般含量0.4878.374cm3/gdaf，平均4.49cm3/gdaf；9煤甲烷一般含量0.69010.119cm3/gdaf，平均为4.528cm3/g
11、daf。从各主采煤层瓦斯含量成果表中及2、7、9煤层瓦斯等值线图上可以看出，夹河矿区深部煤层瓦斯赋存特征为：7、9煤层瓦斯含量较高，确定瓦斯与相对瓦斯量按1：1.3计算，7煤有两个样，9煤一个样换算出相对瓦斯量大于10m3/Td；各主采煤层瓦斯自然成分困难，除甲烷外，可燃气体还包括C2H6nC4H10，2煤还含有少量C5H12。CO2含量一般占总气体量的7.04%12.06%不等。煤层顶底板岩性对瓦斯气体的保存有必需的影响，例如21-6孔9煤甲烷含量高达10.119cm3/g，7煤甲烷含量为7.352 cm3/g，其顶底板岩性均为泥岩。5) 煤与瓦斯突出状况2010年夹河煤矿对-1200m水平
12、西一采区进展了煤与瓦斯突出紧急性鉴定，夹河煤矿2#煤层在西一接受-1020m标高以上无煤与瓦斯突出紧急性，为非突出煤层；7#煤层在-1086m标高以下、9#煤层在-1010m标高以下具有煤与瓦斯突出紧急性，为突出煤层，夹河煤矿为煤与瓦斯突出矿井，测定各项指标见下表：表1-1 -1200m水平西一采区2#、7#、9#煤层瓦斯参数测定汇总表参数煤层2#7#9#瓦斯参数瓦斯压力PMPa0.62.23.4瓦斯含量Cm3/t7.8014.0413.18煤的工业分析结果吸附常数Am3/t27.50629.68426.32BMPa-10.5520.5690.62水分%1.842.142.06灰分%14.12
13、8.967.42挥发份%28.2230.6432.22真密度m3/t1.661.681.41.421.321.38视密度1.591.601.351.371.281.33孔隙率%4.405.003.653.703.133.76单项指标破坏类型p9.2011.5215.42f0.250.380.41PMPa0.62.23.46) 冲击地压状况依据送检煤样测定的数据，判定夹河煤矿2煤及其顶板具有弱冲击倾向性、7煤及其顶板具有弱冲击倾向性、9煤具有弱冲击倾向性。煤层各项指标见下表：表1-2 冲击倾向性指标指标弹性能指数(Wet)冲击能指数(KE)动态破坏时间(DT/ms)冲击类别2#煤层2.431.5
14、926弱冲击7#煤层2.302.73223弱冲击9#煤层2.761.61241弱冲击 表1-3 煤层的物理性质煤层编号指标视密度/kgm-3真密度 /kgm-3含水率/% 自然吸水率/% 2#煤层平均值125913481.673.027#煤层平均值127513721.742.679#煤层平均值130214231.572.48表1-4 煤层力学性质 工程煤层编号单向抗压强度/MPa单向抗拉强度/MPa弹性模量/GPa泊松比凝合力/MPa内摩擦角/2#煤层平均值12.311.214.330.352.2634.57#煤层15.470.974.420.184.2629.939#煤层17.891.16.830.264.3929.867) 煤层赋存与煤质特征 夹河井田内，可采和局部可采煤层共7层。总体上讲1、2、7、9煤，其煤厚沿走向在23线旁边向东西两侧发生分异，西部煤层较薄，东部煤层较厚。各煤层倾向上亦具由浅部向深部慢慢增厚趋势。矿井煤系地质综合柱状如图1-2所示，其煤层赋存状况、可采煤层特征见表1-1。表1-5 煤层赋存状况表含煤地层时代石炭二迭纪原始地质储量5544.1万吨
