文丨胖仔研究社
编辑丨胖仔研究社
前言
为提高本煤层瓦斯抽采效果，防止瓦斯超限，某矿采用了本煤层定向钻孔抽采技术，定向钻孔的施工顺序、钻机钻场布置、钻场施工参数等方面进行了优化设计。
在实际应用中，定向钻孔与常规钻孔相比，具有施工速度快、瓦斯抽采效率高、钻孔瓦斯抽采效果好等优点。
首先，由于定向钻机的钻场布置在煤层中，煤层中的裂隙发育，增加了瓦斯抽采过程中的抽采难度，使得本煤层钻孔的瓦斯抽采效果受钻孔参数、钻场布置位置和角度等影响。
其次，定向钻孔抽采技术能够保证在煤层中按设计位置钻出定向钻杆，钻机的方位角和倾角能够满足设计要求；
在煤层中钻出定向钻杆后，钻机的方位角和倾角能够保证在设计位置钻出导向孔、进风孔、回风孔等多个钻孔；在煤层中钻出导向孔后，能够保证导向孔和进风孔相互错开布置。
瓦斯抽采技术的发展历程
煤矿瓦斯抽采的发展历程是伴随着煤矿开采技术的发展而不断前进的。
煤矿瓦斯抽采技术经历了原始的以巷道抽采为主，发展到以采空区抽采为主，再到以本煤层钻孔抽采为主，再到以采空区高位钻孔抽采为主；
直至发展为地面钻井抽采、井下钻孔抽采、顺层巷道抽采、本煤层定向钻孔抽采等多手段协同瓦斯抽采，瓦斯抽采量和抽采率逐步提高。
我国煤矿瓦斯抽放技术起步较晚，20世纪50年代以来，在山西潞安集团、河南永煤集团、陕西煤业化工集团等煤炭生产企业的大力支持下，先后开展了本煤层钻孔压裂抽放瓦斯技术、顺层钻孔定向延伸技术和本煤层高位定向钻进技术研究，取得了一批阶段性成果。
这些成果的取得为我国煤矿瓦斯治理提供了重要理论和技术支撑。但从我国煤矿瓦斯抽采实践来看；
由于受煤层赋存条件和开采技术的限制，对不同煤层采用不同抽采技术、不同钻孔布置方式仍存在一定的局限性，特别是高瓦斯矿井或高瓦斯区域井巷抽放工作面上隅角瓦斯，仍然是影响煤矿安全生产的一大难题。
因此，我国煤矿瓦斯抽采技术仍需要继续研究和探索，其中最具代表性的是以本煤层高位定向钻孔抽采技术为代表。
从20世纪60年代开始，国内外在本煤层瓦斯抽采方面取得了不少成果，20世纪80年代以后，随着煤矿开采强度和瓦斯涌出量的增大，高瓦斯区域井巷抽放工作面上隅角瓦斯成为煤矿安全生产的重大隐患。
瓦斯抽采技术的原理和设备
由于本煤层瓦斯抽采技术具有直接抽采瓦斯的效果好、抽采成本低、适应性强等优点，在煤矿瓦斯治理方面得到了广泛的应用。
在我国煤矿开采过程中，本煤层瓦斯抽采是一项比较成熟的技术，尤其是本煤层定向钻孔抽采瓦斯技术，由于具有高效抽采、环保无污染等优点，在高瓦斯矿井中应用较为广泛。
定向钻孔瓦斯抽采技术是利用定向钻机在煤层中钻出一个或多个垂直于煤层走向的钻孔，钻孔内装有定向钻机钻头，利用钻孔的导向功能，对钻孔内的岩层进行控制和移动。
在煤层中钻出的钻孔就是“钻杆”，利用钻杆进行钻孔的移动。根据不同的钻孔直径和地质条件选择合适的钻头、钻具和压风设备。
同时钻进过程中通过调节压力、转速、扭矩等参数来控制钻进速度和轨迹。钻机根据钻孔的轨迹、设计参数等信息，通过液压马达给进，驱动钻头旋转，利用钻头切割和破碎煤层；
当钻进到预定的深度后，钻杆上的液压马达和钻杆一起带动钻头沿预定的轨迹将钻进的煤岩切割、破碎。
当钻头穿过煤层到达预定的位置时，在地面控制系统的控制下，钻杆下端旋转并伸出地面。钻机将钻头拔出地面，完成钻孔施工。
通过地面控制系统可以对定向钻孔轨迹、施工参数等进行实时监控，并对钻孔进行全程自动化跟踪监测和自动纠偏。
通过地面控制系统可以实现对钻机设备的远程控制、操作和数据采集及记录。
为了提高本煤层定向钻孔施工的效率和质量，结合本煤层瓦斯抽采技术特点，本煤层定向钻孔施工中采用了以下设备：
定向钻机：根据设计要求和煤层瓦斯抽采需求，选择合适的钻机型号和规格；
钻孔成孔器：利用钻孔成孔器在煤层中成孔；
定向钻机钻头：利用定向钻机钻头进行钻孔施工；
压风设备：通过调节钻进过程中的压力、转速、扭矩等参数来控制钻进速度和轨迹。
在本煤层瓦斯抽采定向钻孔施工过程中，一般采用压风辅助排粉方式来抽采瓦斯，将压风作为排粉动力来源，可以有效提高瓦斯抽采效率。
压风是一种常用的辅助抽采方式，它既可以提供一定的风量、风压等动力，也可以调节钻机钻进速度和轨迹。
但由于本煤层瓦斯抽采定向钻孔施工过程中，主要是依靠钻孔内的压风来提供动力和调节钻进速度。
瓦斯抽采技术的应用现状
通过对国内外大量文献的分析发现，目前国内高瓦斯矿井开采中普遍采用的是本煤层开采技术，该技术在实践应用中也取得了较好的效果。但是在我国的高瓦斯矿井开采中，本煤层钻孔瓦斯抽采技术还存在一些问题。
（1）我国部分高瓦斯矿井煤层赋存条件复杂，且煤厚变化较大，各煤层煤体结构差异明显，煤层瓦斯赋存特征复杂多变，导致钻孔瓦斯抽采难度大。在以往的实践中，我国高瓦斯矿井多采用了传统的水平定向钻孔技术来对本煤层进行瓦斯抽采。
（2）目前我国在本煤层钻孔布置过程中采用的多为单钻孔多分支技术，由于本煤层分支较多，增加了钻孔布置难度和施工难度，并且单钻孔多分支技术所形成的钻孔数目较多、成孔率较低等问题，都限制了我国本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术的应用。
（3）我国目前采用的抽采工艺普遍为顺层钻孔抽采技术，该抽采工艺受采动影响较大，容易发生煤壁片帮、顶板冒落等现象；同时该抽采工艺对抽采负压要求较高，在一定程度上限制了该抽采技术的应用。
（4）我国目前对本煤层抽采技术的研究主要集中在提高钻孔间距和抽采量上，通过优化钻孔参数、调整施工工艺来提高抽采效果。
（5）目前我国大部分高瓦斯矿井采用了本煤层顺层钻孔抽采技术进行瓦斯抽采。该方法在一定程度上能够满足高瓦斯矿井的瓦斯抽采需求。
（6）现阶段我国本煤层钻孔瓦斯抽采技术主要采用的是井下移动瓦斯抽采和地面钻井瓦斯抽采二合一的方式，其中井下移动瓦斯抽采指在采空区内开展的瓦斯抽采工作。
本煤层定向瓦斯抽采的技术流程和优点
本煤层定向钻孔抽采技术是基于定向钻机定向钻进、地面随钻测量、地面远程控制的一种新型抽采方法，是一种“边抽边采”的抽采方式，主要针对采煤工作面的本煤层进行瓦斯抽采。
与传统的地面抽采不同之处在于，本煤层定向钻孔采用地面远程控制，不再需要钻进时钻具反复上卸下钻，不再需要在钻孔施工时利用人工提放钻杆，从而避免了井下提放钻杆、抽采管路被钻具磨损而造成的抽采效果不稳定。
本煤层定向钻孔抽采技术在钻孔施工时不需要随钻测量设备，只需通过地面远程控制仪器对钻孔位置进行控制，从而实现了“边抽边采”的抽采模式。
钻孔施工简单：本煤层定向钻孔瓦斯抽采采用的是“边抽边采”的抽采模式，不需要在煤层中进行反复破岩和成孔作业，只需通过地面远程控制仪器对钻孔位置进行控制就可以完成钻孔施工。
采用这种施工模式不需要在煤层中反复破岩和成孔作业，减少了施工过程中因破岩和成孔而造成的瓦斯涌出量、抽采率降低问题。
钻孔成孔精度高：采用本煤层定向钻机进行钻孔施工，其钻孔轨迹更加精确，钻孔角度更加灵活，钻孔直径可以做到设计值的2倍以上。通过调整钻机参数来实现对钻孔轨迹的控制，可以达到对整个钻孔轨迹的精确控制。
钻进效率高：采用本煤层定向钻机进行钻孔施工时，能够根据设计要求调整钻机参数、钻具参数、钻进参数等以达到达到设计要求。整个钻进过程中不用中途换钻头或对钻头进行保护、清洗，可以连续进行钻进作业。
应用前景及发展趋势
高瓦斯矿井本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术在山西沁水煤电集团矿区得到了广泛的应用，该项技术为高瓦斯矿井消除采空区瓦斯积聚提供了一种行之有效的新方法；
既可以对本煤层进行预抽，也可以对采空区进行预抽，且在消除采空区瓦斯积聚的同时还可增加煤层透气性，有利于降低矿井瓦斯灾害事故的发生概率。
本煤层定向钻孔抽采技术主要用于解决本煤层或邻近层瓦斯抽采不到位问题，该技术在国外已经得到广泛应用，在国内还处于起步阶段，但在国内一些煤矿的应用实践中显示了良好效果。
高瓦斯矿井本煤层定向钻孔抽采技术可实现高效治理瓦斯、提高煤与瓦斯共采效率，在全国很多煤矿已得到广泛应用，并取得了良好效果。
笔者观点
随着国家煤矿安全法律法规的出台，煤矿企业安全管理意识逐渐增强，安全投入不断加大，煤矿企业在生产过程中对瓦斯抽采的重视程度也越来越高；
本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术的应用对煤矿企业在生产过程中减少瓦斯事故、提升瓦斯抽采效率、实现矿井安全高效开采具有重要的意义。
煤矿企业在开展本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术应用过程中，应充分考虑到矿井实际情况，在技术应用前要对钻孔布置、钻孔施工、钻孔封孔等进行详细的考察研究；
要充分考虑本煤层瓦斯赋存特点和生产条件，因地制宜，合理确定技术应用方式，选择最佳的钻孔施工方案，确保定向钻孔瓦斯抽采效果。
参考文献
1.贾玉华：高瓦斯矿井本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术研究与应用，《中国煤炭工业》，,37(8)：-。
2.陈斌：高瓦斯矿井本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术在淮北矿业集团刘河煤矿的应用，《淮北矿业集团技术交流与发展》，,5（3）：32-38。
3.刘兴胜：本煤层定向钻孔瓦斯抽采技术在山西晋城无烟煤矿井的应用，中国煤炭工业，(5)：-。