煤礦井下瓦斯抽采鉆孔偏斜規(guī)律及對(duì)策研究

吳劉洋 郝玉祥 羅虎

摘 要：鉆孔在施工過程中受多種因素的影響經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的偏斜，且孔越深偏斜程度越明顯，當(dāng)鉆孔偏斜超過一定的范圍，就會(huì)減低甚至失去作用，嚴(yán)重影響了鉆孔的瓦斯抽采效果。因此，對(duì)井下瓦斯抽采鉆孔偏斜規(guī)律的研究變得尤為重要，經(jīng)過對(duì)鉆孔在施工過程中存在的問題及產(chǎn)生偏斜的主要原因、規(guī)律著重分析，總結(jié)出鉆孔施工過程中應(yīng)對(duì)偏斜的措施、對(duì)策和方法，從而指導(dǎo)鉆孔的施工，保證鉆孔的合格率。

關(guān)鍵詞：鉆孔;偏斜規(guī)律;對(duì)策

祁東煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，在進(jìn)行采掘活動(dòng)之前必須進(jìn)行瓦斯治理，目前，我礦普遍采用施工穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。但是，在鉆孔實(shí)際施工過程中，由于自然、技術(shù)以及人為因素的影響，實(shí)際的鉆孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡相差很大，造成鉆孔偏斜，嚴(yán)重影響鉆孔的抽采效果，不能達(dá)到預(yù)期的抽采目標(biāo)。

1?? 鉆孔偏斜的原因及規(guī)律

1.1???? 鉆孔偏斜的原因

鉆孔產(chǎn)生偏斜的主要愿意分為兩類，即地質(zhì)條件因素和工藝技術(shù)因素。

1.1.1? 地質(zhì)條件因素

（1） 采用相同直徑的鉆頭、鉆具組合以及鉆探工藝鉆進(jìn)不同硬度地層時(shí)，一般在硬巖中成孔直徑較小，而軟巖層更有利于鉆孔彎曲。

（2） 地層的層理、片理、裂隙、斷層、軟硬互層、溶洞、卵礫石等結(jié)構(gòu)構(gòu)造使巖層具有不均質(zhì)性，在這種地層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭在孔底受力不平衡，容易引起鉆孔彎曲。其中層理、片理和軟硬互層對(duì)鉆孔軌跡彎曲影響最大。

1.1.2? 工藝技術(shù)因素

（1） 在開孔鉆進(jìn)時(shí)，因開孔速度過快、鉆壓過大，使鉆桿彎曲軸心與鉆孔不在同一條直線上造成鉆孔偏斜。

（2） 鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)上鉆具過長，容易使鉆桿產(chǎn)生較大的擺動(dòng)，影響鉆頭在孔底鉆進(jìn)的穩(wěn)定性。

（3） 使用彎曲的鉆桿、巖芯管等導(dǎo)致鉆具連接不正同心度差，造成鉆孔偏斜。

（4） 鉆進(jìn)過程中鉆壓、轉(zhuǎn)速控制不當(dāng)，使鉆桿產(chǎn)生較大彎曲造成鉆孔偏斜。

（5） 在松散、破碎的巖層或煤層中鉆進(jìn)，因使用的沖洗液量過大破壞孔壁，導(dǎo)致鉆孔內(nèi)局部塌孔，使孔徑擴(kuò)大，加壓鉆進(jìn)時(shí)鉆桿有彎曲空間， 易造成鉆孔偏斜。

1.2???? 鉆孔偏斜的規(guī)律

（1） 垂直于層理方向，硬度最小，破碎阻力小，破碎速度快，孔壁間隙最小，不易發(fā)生彎曲;平行于層理方向的硬度最大，破碎阻力最大，破碎速度最慢，孔壁間隙最大，使鉆頭穩(wěn)定量差，鉆孔容易彎曲;與層理斜交方向巖層的硬度、破碎阻力、破碎速度以及鉆孔彎曲程度介于兩者之間。

（2） 鉆頭由軟巖層進(jìn)入硬巖層時(shí)，靠層面上硬巖一端孔底反力的合力大，靠軟巖一端孔底反力的合力小，不僅鉆頭兩端存在鉆速差和孔底不對(duì)稱不均勻破碎，而且將產(chǎn)生一傾倒力矩 M 使鉆頭扭轉(zhuǎn)，并沿著地層上傾方向，即垂自于層面方向彎曲（稱為“頂層進(jìn)”），見1左側(cè)圖。

（3） 鉆頭由硬巖層進(jìn)入軟巖層時(shí)，鉆頭靠層面上軟巖一側(cè)的鉆速快，靠硬巖一側(cè)的鉆速慢，加之產(chǎn)生的傾倒力矩，使鉆孔有向地層下傾方向彎曲的趨勢(shì)（稱為“順層跑”）。

（4） 一般情況下，大推力、高轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)鉆孔向上彎曲;反之，小推力、低轉(zhuǎn)速則使鉆孔向下彎曲。

（5） 在孔內(nèi)巖粉能返出孔外的前提下，沖洗液量過大鉆孔會(huì)有下斜趨勢(shì)，過小則會(huì)使鉆孔有上仰趨勢(shì)。

2?? 實(shí)例分析

2.1???? 鉆孔施工

在一采區(qū)9煤1# 瓦斯抽采巷選取2個(gè)鉆孔進(jìn)行測(cè)斜試驗(yàn)：101組1#孔和136組4# 孔。

2.2???? 鉆孔測(cè)斜

使用西安煤科院生產(chǎn)的 YHQ-X（B）型全方位測(cè)斜儀，采用無纜測(cè)量方式，測(cè)斜時(shí)對(duì)各鉆孔沿孔深方向每隔10m 測(cè)一次鉆孔傾角和方位角。

2.3???? 鉆孔測(cè)斜結(jié)果分析

根據(jù)鉆孔施工巖性可以看出，此地點(diǎn)所施工鉆孔穿過區(qū)域基本為泥巖和砂巖互層，局部全泥巖，巖性較軟，鉆孔在施工過程中，鉆孔傾角一般向下彎曲，鉆孔深度越深，其彎曲度越大，越有可能施工不到設(shè)計(jì)煤層層位;101組1# 孔方位與設(shè)計(jì)基本無偏差，136組4# 孔鉆孔方位呈增大趨勢(shì)，鉆孔方位角在不同區(qū)域偏斜規(guī)律不明顯。

3?? 預(yù)防鉆孔偏斜的措施和對(duì)策

3.1???? 預(yù)防鉆孔偏斜的措施

（1） 鉆機(jī)安裝要平穩(wěn)牢固，在條件允許的情況下打設(shè)水泥地坪，座鉆機(jī)時(shí)打牢壓車柱，嚴(yán)防鉆機(jī)在施工過程中移動(dòng)。

（2） 在開孔過程中，鉆機(jī)上鉆桿不易過長，防止鉆桿大幅度擺動(dòng)造成開孔偏斜。

（3） 使用合格的鉆機(jī)、鉆具，上下鉆具前認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)鉆桿有彎曲或磨損嚴(yán)重的及時(shí)更換。

（4） 鉆進(jìn)過程中合理控制鉆進(jìn)壓力，嚴(yán)禁過量加壓，防止鉆桿受壓彎曲。

（5） 鉆進(jìn)過程中，遇軟硬互層或巖石由完整變破碎等情況時(shí)，要均勻減壓減速鉆進(jìn)，并對(duì)沖洗液的量加以控制。

3.2???? 預(yù)防鉆孔偏斜的對(duì)策

3.2.1? 組合鉆具法

采用穩(wěn)定組合鉆具法，增強(qiáng)鉆具的導(dǎo)向性和穩(wěn)定性，達(dá)到鉆孔保直或初級(jí)定向的目的。

3.2.2? 設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)合偏斜規(guī)律

（1） 設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)盡量使鉆孔垂直于巖層層面及巖層走向。

（2） 已知鉆孔傾角偏斜較大而方位基本不變的鉆孔，應(yīng)改變傾角的設(shè)計(jì)，根據(jù)偏斜規(guī)律增大或減小鉆孔傾角。

（3） 已知鉆孔傾角變化不大而方位偏斜較大的鉆孔，按照方位偏斜規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔。

4?? 結(jié)束語

（1） 鉆孔在施工過程中造成偏斜現(xiàn)象的因素是多方面的，如果不能對(duì)鉆孔的偏斜加以控制及糾正，就會(huì)極大的影響鉆孔的施工質(zhì)量，導(dǎo)致鉆孔不能達(dá)到設(shè)計(jì)效果，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，同時(shí)增加了鉆孔的施工成本。因此， 要總結(jié)鉆孔偏斜的規(guī)律，找出對(duì)策采取一定的措施加以控制，增加鉆孔的合格率，提高瓦斯抽采效果。

（2） 鉆孔施工初期，使用測(cè)斜儀對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行測(cè)定，結(jié)合施工地點(diǎn)的地質(zhì)條件，總結(jié)特定施工地點(diǎn)鉆孔的偏斜規(guī)律，對(duì)鉆孔的初期設(shè)計(jì)、 后期施工進(jìn)行指導(dǎo)，這對(duì)提高鉆孔的抽采率有極大的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁志偉，周侃.煤礦井下瓦斯抽采鉆孔偏斜規(guī)律分析[J].煤礦現(xiàn)代化，2014，（6）：89-91.

[2]李旭東.煤礦井下施工鉆孔偏斜原因分析和對(duì)策[J].煤炭技術(shù)，2009，（6）：120-122.

作者簡介：

吳劉洋（1989--），男，安徽亳州人，2013年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)安全工程專業(yè)，現(xiàn)為恒源公司祁東煤礦助理工程師.