煤矿水平定向孔的总体布置
1.本煤层预抽钻孔的布置
预抽钻孔一般布置在煤层厚度大、透气性好、瓦斯含量高、煤层硬度大的稳定煤层中，既有利于成孔和后期钻孔稳定，又保证了钻孔的高透气性，有利于瓦斯抽采。根据钻孔相对于工作面延伸方向的不同，水平定向钻孔布置主要有走向布置和倾向布置。水平长钻孔一般较深。根据目前井下定向钻施工设备的能力，最深孔可达1000m m以上，这类钻孔的施工钻场一般布置在工作面停止线附近，钻孔向工作面方向延伸。水平定向孔一般布置在回风巷内，钻孔深度从回风巷侧壁至工作面煤层约200m。这种钻孔数量比较多，一般采用不同形式的钻孔，在设计中尽可能覆盖整个工作面。但为了保证良好的排水效果，钻孔不能穿透工作面或穿过巷道。定向钻井前，钻井布置一般与走向或倾向平行，具体布置见图1-1。定向钻实施后，可采用“一孔多分支”的钻孔布置形式，如图1-2所示，这样可直接沿槽钻孔，减少钻机搬运次数，提高钻孔效率，同时达到“一孔多用”的目的。与本煤层常规瓦斯抽采孔不同，优先采用定向钻孔抽采瓦斯，在未掘进巷道区域钻孔深度可达500 ~ 600 m，既能抽采工作面瓦斯，又能抽采待掘进巷道区域瓦斯，起到区域抽采的作用。
图1-1本煤层瓦斯预抽常规钻孔布置示意图
2.屋顶高孔的布局
利用顶板中的水平长钻孔进行瓦斯抽采，如果钻孔布置得当，不仅可以抽采上邻近层的瓦斯，还可以抽采过程中受采动影响的破碎带的瓦斯，甚至后期还可以抽采采空区的瓦斯。因此，顶板高位钻孔是一项综合高效的瓦斯抽放技术。顶板高位水平钻孔抽放瓦斯效果的关键是钻孔轨迹布置层位的选择。不同矿区顶板破碎带发育高度不同。钻孔轨迹能否在破碎带边缘延伸并保证钻孔的稳定性，是顶板高位瓦斯抽放成功的关键。这种钻孔布置方式已经在国内多个矿区进行了试验，取得了良好的效果，如阳泉、沈阳、铁法、淮南等矿井都采用了这种方法进行瓦斯抽放。但由于当时定向钻孔控制技术不完善，高位钻孔施工一般需要在煤层顶板一定高度布置专门的施工钻场，然后在钻场内向工作面方向布置水平定向长钻孔(钻孔布置形式如图1-3所示)。但由于专用巷道和钻场建设成本高、周期长，限制了该技术的推广。但定向钻施工技术成熟后，可直接在开采煤层的巷道中对顶板进行定向钻孔，使钻孔达到一定高度后水平延伸，通过钻孔轨迹的控制，使钻孔在设计层位内尽可能延伸，进行“一孔多分支”钻孔，布置如图1-4所示。这种钻孔布置也可用于上覆含水层或采空区积水中的排水工程成孔施工。如果在煤层底板中施工这种水平定向孔，可以用在煤层底板注浆加固工程中，以保证开采时底板良好的防水性，但不同的是孔的倾角与施工顶板高位钻孔的倾角相反。
图1-2本煤层定向多分支瓦斯预抽钻孔示意图
图1-3常规顶板高位瓦斯抽放钻孔布置形式示意图
3.穿过地板钻孔的布局
对于煤层松软、瓦斯突出严重的矿井，直接在煤层中钻孔难度大、危险性大。因此，一般从煤层底板专用巷道向煤层进行倾斜钻孔，以释放瓦斯压力，降低突出危险性。目前许多矿井采用这种钻孔布置主要是为了解决采掘或掘进时工作面瓦斯超限的问题。钻孔深度一般为80 ~ 120m，孔斜30 ~ 45°，钻孔直径94 ~ 130mm。如淮南谢毅矿、谢尔矿、淮北芦岭矿、桃源矿等。具体钻孔布置见图1-5。采用随钻定向钻进技术施工底板跨层钻孔时，可通过抽打延长煤层段钻孔长度，或在煤层段施工分支孔，提高瓦斯抽采效果。
图1-4顶板高位瓦斯抽放定向钻孔布置示意图
图1-5底板穿层钻孔布置示意图
4.松软突出煤层顶板小曲率梳形钻孔
松软煤层由于结构松散、透气性差，钻孔时容易发生气孔、瓦斯突出、孔壁坍塌等事故，钻孔深度非常有限，严重制约了煤矿的安全生产，影响了掘进和采煤的效率。随着定向钻孔技术的发展，提出沿煤层顶板岩层布置水平高位定向长钻孔，并在水平定向孔内由内向外布置向下的多分支梳状钻孔进行瓦斯抽放，可避免松软突出煤层直接钻孔易塌孔、不成形、效率低、钻孔深度有限的问题。首先，在开采煤层工作面停止线附近的巷道中布置钻场。从煤层到顶板，开采煤层的冒落带高度为3 ~ 5m(图1-6中的A点)，以近似水平的角度钻孔，钻孔方位指向采掘工作面。钻9 ~ 15m，吊装扩孔，安装孔口套管，孔口管长度根据围岩性质确定；然后继续近水平定向钻进，利用孔底机动钻具和随钻测量装置进行轨迹控制，使钻进轨迹按照设计方向尽可能在顶板破碎带范围内水平延伸，到达主孔设计深度的最终孔；将小直径大弯角的井底马达钻到第一个强斜点，调整井底马达的工具面角度，使斜面朝下进行斜向钻孔，使钻孔轨迹保持最小半径并延伸到煤层。为了尽可能避免钻具卡在煤层中的事故发生，应严格控制透煤深度，其他分支孔采用“后退”方式钻进，最终形成的梳状钻孔如图1-6所示。有条件的矿井，为了强化煤层瓦斯抽采效果，分阶段压裂梳状钻孔，增强煤层透气性。
图1-6煤层顶板小曲率梳状钻孔布置示意图