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摘要：目前，我国高瓦斯矿井瓦斯治理问题越来越严重，定向长钻孔钻机可以施工长钻孔进行采掘前预抽或者替代高抽巷抽采综采工作面上隅角瓦斯，以解决煤矿生产中的安全问题。
关键词：定向长钻孔；上隅角；瓦斯治理
随着机械化开采强度的增加，采煤工作面瓦斯涌出量增加，瓦斯涌出量控制已成为煤矿亟待解决的重要问题。从瓦斯涌出的来源出发，可以根据矿井的实际情况制定不同的技术措施。然而，由于煤层赋存的复杂性，以及防治措施可能存在的技术和实施上的缺陷，最终瓦斯涌出治理的重点仍然是从采空区抽采瓦斯。上隅角瓦斯超限的防治，目前采空区常用的瓦斯治理方法主要有高抽巷法、尾巷法、埋管法、普通高位钻孔法等。这些方法在一些矿区取得了良好的治理效果，但也存在成本高、效率低、使用受限等缺陷。随着采矿装备技术的发展，定向长钻孔技术越来越成熟。钻井轨迹可控，覆盖面广，钻井施工位置选择方便。目前，我国许多矿井开始试验使用定向长钻孔治理工作面上隅角瓦斯，并获得了良好的治理效果。
1煤与瓦斯抽采治理技术应用的必要性
煤矿瓦斯抽采涉及的技术内容比较多，其中就涉及到通风技术、预测技术和特定的瓦斯动力现象等等。然而，根据目前的煤矿瓦斯抽采实际情况，当人们在完成煤矿瓦斯治理工作时，对煤矿瓦斯活动的数量和规律没有一个相对清晰的认识。同时，我国煤层含量相对丰富的地区基本上都是地形非常复杂，复杂的地形也给瓦斯抽采带来比较大的困难。因此，在煤矿和瓦斯抽采治理技术的应用过程中，目前大多数煤矿瓦斯抽采治理工作人员认为两者之间的依赖性较高，但在瓦斯抽采治理方面缺乏重要技术在实际应用中的支持，也没有良好的抽放工作经验，导致煤矿瓦斯抽放工作不能及时有效地进行，让煤矿的安全生产得不到保障。由此可以凸显出定向长钻孔进行瓦斯抽采在技术上是可行的，并且能够发挥其相较普通钻孔具有精确定向钻进、钻孔深度深、预抽效率高的优势，在取得较好的瓦斯治理效果的同时，也可以让煤矿获得较大的经济效益，让瓦斯煤层的煤巷掘进安全生产得到保障。
2定向长钻孔抽放瓦斯技术优势
定向长钻孔瓦斯抽采技术与传统的底板穿层钻孔和顺层钻孔预抽煤层瓦斯相比，具有以下优势：
（1）钻孔穿煤率高，抽采效率高；可以减少岩巷工程，减少矸石外排、缓解接替关系、降低工程成本。
（2）可实现大直径深孔钻进，在相同条件下，钻孔利用率高，抽采效率更高，钻孔工程量更小。
（3）采用钻孔轨迹测定技术，可以实时掌握钻孔轨迹，并根据设计情况进行测斜纠偏，钻孔布孔均匀误差小，避免了钻孔控制空白区域。定向钻进采用人为控制技术方法将钻孔轴线由弯变直或由直变弯。在空间中，钻孔特征通常是用1条线来描述，这条线代表钻孔轴线，是钻孔轴线的轨迹线。其空间形态可以用轴线上的参数来表述：钻孔轴线上各点的倾角、孔深、水平位移、左右偏差以及曲线段的曲率或弯曲强度等。定向钻进设备一般包括：定向钻机、定向钻杆、螺杆马达、通缆式送水器、钻头以及随钻测量系统。
3长钻孔及钻场参数的确定及优化
（1）钻孔长度。通常情况下，选择的抽放钻孔长度会对抽放效率产生较大影响，其间存在一定的正比关系。根据打钻速度与质量，通常选择的钻孔长度至少为200 m。
（2）钻孔角度。一般项目钻孔以水平钻孔为主，由于钻场和目标抽采煤层不在同一水平，所以目标抽采煤层以外的钻孔部分存在一定的角度。
（3）钻孔间距及钻孔数目。有关研究结果显示：在减小钻孔距离的条件下，瓦斯抽出量与钻孔数量成正比关系；钻孔数量与瓦斯衰减速度成正比关系；而单孔的瓦斯抽出量与瓦斯的衰减速度成反比关系。钻场钻孔的数量会影响抽放的效率与成本。综合考虑，确定每个钻场钻孔数目大约是10个，钻孔之间的距离大约是0.5 m，且钻孔平面设计有分支孔。
（4）抽放负压。抽放效率受到多方面因素的影响，包括瓦斯抽放装置的工作效率、性能以及负压。在一定范围内，负压与抽放量成正比关系，但是负压超过一定范围后，将会限制抽放量的提升。因此，一般采用13～30 kPa的负压进行抽采。
（5）钻场布置原则。钻场之间的间距在400 m左右，钻场的开口、里帮以及深度分别是6、5、3.5 m，每个钻场预计覆盖长度为385～490 m。由于破碎带的影响而导致钻孔坍塌的情况会导致工作进度迟滞，这时可根据具体情况来改变钻孔轨迹，保证所有区域都达到计划要求。
4定向长钻孔瓦斯抽采技术应用
4.1高位定向钻孔设计
定向高位抽采钻孔的层位选择对项目成功实施至关重要，定向高位抽采钻孔布置太低，钻孔处于冒落带范围内，随着工作面推进，钻孔与采空区沟通，瓦斯抽采流量大，瓦斯抽采浓度低，瓦斯抽采纯量不大。如果钻孔布置层位太高，钻孔处于弯曲下沉带内，裂隙发育不充分，定向高位钻孔瓦斯抽采浓度较高，但是瓦斯抽采纯量小，解决工作面瓦斯涌能力有限。
4.2定向长钻孔竖向层位选择
定向高位抽采钻孔既要能保证能大量抽出瓦斯，又能在工作面推进过后保持相当一段距离不被破坏，从而保证瓦斯量，钻孔布置应在采空区上方的裂隙带内即瓦斯富集区，且该区位煤岩体裂隙发育，在抽采起作用时间内不易被岩层垮落所破坏，钻孔位置的选择应在裂隙带中。
4.3长钻机施工封孔工艺
长钻孔在钻进前要先施工长20 m，直径165mm的开口孔，然后向孔内安装管径100 mm，长度12 m的PVC管，在空口安装等径的钢管6 m，总长18 m，接着在空口钉木塞并接管，利用泥浆泵向孔内注入水泥砂浆封孔；钻进前还应以3.5 MPa的水压连续测试其密闭性和承压情况。
4.4钻进过程中的防突措施
在有高瓦斯和突出倾向的地点钻进，必须通过卸压和引流来保证钻进环境的安全。钻进期间的压力和瓦斯控制装置，其中喷出保护装置最大承压20 MPa，其作用是在高压瓦斯或高压水喷出时自动卸压以保护钻机和人员的安全。钻杆的反冲也起到卸压保护的作用。气水分离器可将喷出瓦斯引入抽采管道，钻进回水和钻屑流入回水箱。
结束语
总而言之，在我国经济快速发展的时期煤矿资源起到了重要的推动作用，并且在可预见的将来煤矿资源必然会持续占据相对比较重要的位置，尤其是我国煤炭资源量相对比较大，这种情况下做好煤矿开采过程中的瓦斯抽采工作是保证煤炭安全开采的必然要求。定向长钻孔具有精确定向钻进、钻孔深度深，利用定向长钻孔对高、突瓦斯煤层掘进工作面进行区域防突、抽采煤层条带瓦斯是可行的，能够解决矿井瓦斯治理和生产接续的难题，为矿井安全生产奠定了基础，也为矿井瓦斯治理积累了经验。
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