本文以张集煤矿 1415A 工作面钻孔防灭火技术应用为例，对常规钻孔技术与定向钻孔防灭火技术进行了比较分析， 认为定向钻孔防灭火技术具有安全可靠、节省人力提高工效、使用方便灵活、适应能力强等优点，在煤矿井下防灭火中具有良好的应用效果。
在煤矿井下采煤工作面，为了防止采空区遗煤自燃或化学材料反应产生高温引燃，均采用施工防灭火钻孔进行灌（注）防火材料。钻孔布置及钻孔质量的优劣在很大程度上决定着灌注效果， 常规钻孔方法费时费力、施工精度及工作效率低，卡钻、废孔现象多有发生且施工过程中存在诸多安全隐患。定向钻孔防灭火技术可以实现长钻孔定向钻进、对钻孔轨迹的精确控制和可进行多分支孔施工，能保证钻孔轨迹在煤层中有效延伸，在煤矿井下防灭火应用中具有较高的实用价值。本文以张集煤矿 1415A 工作面定向钻孔防灭火技术的应用为例，就定向钻孔防灭火技术与常规回转钻进工艺技术成孔进行比较分析，以期能够为煤矿井下的防灭火技术应用提供一些参考与借鉴。
1 张集煤矿 1415A 工作面概况
张集煤矿 1415A 工作面位于西二采区，为该采区的第五个块段。南侧为西二采区 1 煤系统巷道，西侧 1414A 轨顺正在掘进。工作面沿走向布置，回采范围内煤岩层总体近似为一单斜构造，地层走向30 ～ 60°，倾向 120 ～ 150°，倾角 3 ～ 8°，平均 5°。煤厚 6.5 ～ 9.6m，平均 7.8m，结构简单，属稳定厚煤层。该工作面 2018 年 4 月 30 日因面内有发火现象停采，5 月 6 日中班工作面进行了封闭。
2 常规钻孔工艺技术施工中存在的问题
常规钻孔施工，因受钻机固定、功率、岩层走向（倾向）等因素影响，钻孔深度一般为 60m~120m，钻孔设计一般呈扇形布置，真正有用的钻孔可谓百里挑一。常规钻孔的方法靠近工作面， 在轨顺或运顺（上、下风巷）撒网式施工，费时费力，工作效率低，而且靠近工作面，存在严重的安全隐患。为防止因采空区着火产生 CO 造成危害，常规钻孔施工对现场通风条件有极高的要求。
图 1 常规钻孔设计平面图
3 定向钻孔防灭火技术在张集煤矿 1415A 工作面的应用
为了解决常规钻孔工艺技术施工中存在的问题，张集煤矿1415A 工作面采用 ZDY12000LD 型煤矿用履带式全液压坑道钻机首次施工定向钻孔进行防灭火。定向钻孔钻机采用地锚固定，不受巷高影响；定向钻孔轨迹可在钻杆弯曲度允许范围内进行拐弯， 可远离工作面危险地点进行施工，且因钻孔轨迹可控，可精确靶点，从设计源头上减少不必要的钻孔。因此，定向防灭火钻孔在施工过程中不但能节省人力物力，还能提高工效，且通过控制钻孔轨迹，适应能力强、约束条件少，还能远离危险源施工，安全可靠，在 1415A 工作面防灭火钻孔施工中取得了非常好的效果。
图 2 定向钻孔设计轨迹剖面图
此外，为了解决因加卸钻杆时，钻杆内水流虹吸引出采空区CO 等有毒有害气体，我们研制了同时在钻杆上安装逆止阀的方法。具体做法是：预计钻孔轨迹进入采空区前 0m~100m 时，在钻杆之间安装一个逆止阀，然后在继续施工至预计孔深。通过安装逆止阀，有效地避免了因钻杆内水流出而引出采空区 CO 等有毒有害气体，确保了施工安全，且因减少了钻杆内的水流出，再次加钻杆后随即便可施工，提高了工效。
定向钻机在煤矿井下钻孔施工中的优势明显，采用集束多分支孔、羽状孔和梳状孔方式布孔，取代传统高密度密集移位钻孔施工方式，在减轻劳动强度的同时，大幅提高了钻孔施工工效。
ZDY12000LD 型煤矿用履带式全液压坑道钻机为两体式结构，履带钻车+ 履带泵车。定向钻机主机额定转矩 12000 ～ 3000 /Nm， 额定转速 50 ～ 150/(r/min)，额定压力 28/Mpa，最大给进 / 起拔力为 250/kN，配套钻杆直径 ø73mm、ø89mm。配套装备由定向钻机、浆泵、孔底马达、下无磁钻杆、测量探管、上无磁钻杆、通缆式钻杆、通缆式送水器、通讯电缆、孔口监视器等组成。泥浆泵提供的高压水通过送水器、通缆钻杆进入孔底马达内驱动马达旋转， 从而带动钻头旋转切削煤岩层，钻进过程中整个钻杆柱不旋转， 仅孔底马达带动钻头回转碎岩钻进，而钻孔轨迹控制主要通过改变孔底马达弯角的方向( 即工具面向角) 来实现。系统中的随钻测量探管将钻孔的倾角、方位角和工具面向角实时传输到孔口监视器内进行处理、显示，形成钻孔实钻轨迹。根据设计钻孔的轨迹与实钻轨迹偏斜状况，调整孔底造斜工具面向角以达到调整钻孔轨迹的目的，保证钻孔轨迹沿设计轨迹延伸。
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