鉆孔軌跡測(cè)斜和鉆孔保直鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用研究

李志君 楊成意 焦亞頂

摘 要：煤礦井下鉆孔軌跡偏斜易導(dǎo)致治理盲區(qū)的出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅煤礦安全高效開采。通過對(duì)導(dǎo)致鉆孔偏斜的地質(zhì)因素、技術(shù)因素和工藝因素的系統(tǒng)分析，得到了鉆孔偏斜的根本原因。對(duì)現(xiàn)有保直鉆進(jìn)技術(shù)的原理及其適用性進(jìn)行了分析總結(jié)，鉆孔保直是影響鉆孔施工質(zhì)量的因素，但目前鉆孔保直鉆進(jìn)技術(shù)或多或少都存在技術(shù)上的問題，不能在煤礦大范圍推廣使用，故在鉆孔保直方面需要不斷發(fā)展，研發(fā)出適用性強(qiáng)、易于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的保直鉆進(jìn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：鉆孔軌跡測(cè)斜;鉆孔;保直鉆進(jìn)技術(shù);應(yīng)用

引言：為保障安全高效開采，井下坑道鉆機(jī)施工技術(shù)已被日益重視。目前，煤礦井下鉆孔施工技術(shù)主要用于地質(zhì)異常體探測(cè)、探放水及瓦斯抽采等，因此，對(duì)于鉆孔施工的精度要求較高?；茨系V區(qū)是受瓦斯危害最典型的礦區(qū)之一，煤層透氣性差、瓦斯含量高等地質(zhì)條件對(duì)礦區(qū)安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。利用井下坑道鉆機(jī)施工鉆孔（排放孔、順層抽采孔、穿層抽采孔等）抽排瓦斯已成為礦區(qū)有效治理瓦斯的重要手段之一，并取得了很好的效果。為此，如何確保井下鉆孔“保直鉆進(jìn)”，優(yōu)質(zhì)高效的完成礦區(qū)瓦斯抽排任務(wù)顯得尤為關(guān)鍵。

1 立項(xiàng)背景

在煤礦安全生產(chǎn)中，煤與瓦斯突出一直是煤礦安全生產(chǎn)的最大隱患， 目前利用采取鉆孔預(yù)抽瓦斯，降低煤巖層中瓦斯壓力，仍是防治煤與瓦斯突出最有效的辦法。但如何監(jiān)測(cè)鉆孔鉆進(jìn)過程是否沿預(yù)先設(shè)計(jì)方向鉆進(jìn)，以達(dá)到預(yù)期的抽放目的，則成為技術(shù)性難題。由于煤巖層賦存狀況變化、施工工藝等原因，導(dǎo)致施工的鉆孔偏離設(shè)計(jì)軌跡，特別是鉆孔傾角為0～25°俯角及上仰角時(shí)，垂直方向偏離更加嚴(yán)重。這樣鉆孔取得的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況不相符，瓦斯抽采資料的分析相當(dāng)困難，容易出現(xiàn)鉆孔數(shù)量越多，就越難分析煤層構(gòu)造的賦存狀態(tài)以及怪現(xiàn)象。隨著定向鉆進(jìn)技術(shù)的日益發(fā)展，礦井超前探測(cè)構(gòu)造、探放水以及精確的抽放工程鉆探的廣泛開展，迫切需要精度高、且能全方位測(cè)量鉆孔軌跡的儀器。

2 鉆孔出現(xiàn)的主要問題

鉆孔彎曲對(duì)實(shí)際作業(yè)中的不利影響，主要有以下幾方面：（1）使終孔點(diǎn)偏離預(yù)定位置且封孔質(zhì)量難以保證、抽采及卸壓消突效果難以保證， 易造成瓦斯抽采空白帶，給安全生產(chǎn)帶來威脅;（2）對(duì)需要探明的煤層在層位、厚度上產(chǎn)生誤判斷，造成巷道與需探明的煤層間法線距離錯(cuò)誤， 直接導(dǎo)致地質(zhì)資料不準(zhǔn)確;（3）造成鉆桿阻力大，易斷鉆桿，增加材料消耗，影響鉆進(jìn)效率;（4）鉆孔發(fā)生彎曲的原因很多，具有不確定性. 其主要原因有：地質(zhì)條件的影響和人為操作的影響。

3 測(cè)斜儀的主要內(nèi)容

運(yùn)用YHX7.2型礦用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)測(cè)斜儀，確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡，準(zhǔn)確控制鉆孔見煤層、見斷層的三維坐標(biāo)，提高地質(zhì)資料分析的準(zhǔn)確性。原理是全方位鉆孔測(cè)斜儀由測(cè)斜儀同步機(jī)和探管以及它們之間的通信線組成。

4 抽采鉆孔測(cè)斜成果介紹

2018年9月17日4點(diǎn)班，在112101底抽巷27號(hào)鉆場(chǎng)12號(hào)鉆孔進(jìn)行傾斜測(cè)定，該鉆孔設(shè)計(jì)角度+39°，開孔高度按照實(shí)際要求，該鉆孔共計(jì)施工53 米，過煤見巖。鉆孔施工結(jié)束后，將鉆桿拔出，將鉆頭與探管（即測(cè)斜儀傳感器與鉆桿外形、長(zhǎng)度一樣，銅質(zhì)，內(nèi)有傳感器）連接，重新順入鉆孔，探管后面與普通鉆桿相連，通過鉆機(jī)施壓，將探管頂入鉆孔底部，在向鉆孔輸入鉆桿過程中，測(cè)斜儀傳感器將傳輸數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)浇邮芷魃?。測(cè)定過程中平均每分鐘一個(gè)，采集完畢后，升井進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，通過測(cè)斜儀數(shù)據(jù)處理軟件，繪制三維動(dòng)態(tài)曲線圖，水平偏差為4m，垂直偏差為1m。2018年9月12日4點(diǎn)班，在112103抽放巷加27號(hào)鉆場(chǎng)12號(hào)孔進(jìn)行鉆孔測(cè)斜該鉆孔設(shè)計(jì)角度+56°，通過測(cè)斜儀數(shù)據(jù)處理軟件，繪制三維動(dòng)態(tài)曲線圖進(jìn)行對(duì)比，水平偏差為2m，垂直偏差為5m。2018年9月2日8點(diǎn)班，在112103抽放巷27號(hào)鉆場(chǎng)7號(hào)孔進(jìn)行鉆孔測(cè)斜該鉆孔設(shè)計(jì)角度+60°，通過測(cè)斜儀數(shù)據(jù)處理軟件，繪制三維動(dòng)態(tài)曲線圖進(jìn)行對(duì)比，水平偏差為3m，垂直偏差為1m。抽放巷鉆孔測(cè)斜成果表如表1所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示鉆孔軌跡成弧線上升，平均每鉆進(jìn)20米鉆孔角度提高一度。通過實(shí)測(cè)鉆孔的偏斜軌跡，可以修正井下地質(zhì)前探鉆孔及抽放鉆孔取得的地質(zhì)數(shù)據(jù)，使得抽放鉆孔資料的分析更接近實(shí)際狀況及抽采鉆孔控制范圍更加精準(zhǔn)。

5 鉆孔保直技術(shù)

測(cè)斜軌跡有了成果后，為了進(jìn)一步減少鉆孔偏差，做好鉆桿保直鉆進(jìn)就刻不容緩。抽采隊(duì)提出打鉆過程中使用鉆桿扶正器。施工方案是： 先施工直徑φ113mm的鉆孔3米，而后安裝防噴孔裝置接頭，在換用直徑φ94mm的鉆頭鉆進(jìn)，第二根鉆桿連接鉆桿扶正器，施工至見到煤層，退桿換掉扶正器，正常鉆進(jìn)穿過煤層。通過使用扶正器，鉆孔巖孔段保直得到大幅度提高，右圖為112103抽放巷23號(hào)鉆場(chǎng)11號(hào)孔使用扶正器后的鉆孔軌跡：水平偏差最大為1m，垂直偏差最大為0.7m。

6 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益

結(jié)合井下測(cè)斜和探測(cè)實(shí)踐，提出合理化、準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)及經(jīng)驗(yàn)，充分利用鉆孔測(cè)斜儀的優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)測(cè)鉆孔的偏斜軌跡，修正抽放鉆孔和井下地質(zhì)前探鉆孔取得的鉆孔數(shù)據(jù)，使得抽放鉆孔的分析更接近實(shí)際狀況，達(dá)到探查各種局部地質(zhì)變化和控制抽放有效范圍的目的，為井下采掘活動(dòng)提供可靠的地質(zhì)保障。同時(shí)為提高鉆孔使用效率、創(chuàng)造節(jié)約型礦井打下了基礎(chǔ)。

結(jié)束語

由于采用無纜測(cè)斜技術(shù)，測(cè)斜無需電纜，借助鉆桿推送探管，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全方位測(cè)量，使上仰、下俯、水平各種鉆孔測(cè)斜簡(jiǎn)便。要求抽放巷穿層鉆孔每個(gè)鉆場(chǎng)必須進(jìn)行至少三次測(cè)斜測(cè)定，并進(jìn)行分析。連續(xù)兩次測(cè)斜測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)鉆孔鉆孔位置超過10%，必須增加一個(gè)測(cè)斜測(cè)定鉆孔，并詳細(xì)分析，采取措施杜絕抽采空白帶出現(xiàn)。確定鉆孔的偏斜軌跡，準(zhǔn)確控制鉆孔見煤層、見斷層的位置，提高地質(zhì)資料分析的準(zhǔn)確性。鉆孔測(cè)斜技術(shù)是一種最佳的選擇，可解決巷道誤揭煤、誤揭構(gòu)造給正常生產(chǎn)工作帶來的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過多次探測(cè)實(shí)例總結(jié)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，因鉆孔偏移軌跡情況不明所造成的經(jīng)濟(jì)損失，占整個(gè)鉆孔施工投入費(fèi)用的30%左右。

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