碎軟煤層高螺旋復(fù)合排渣定向鉆進(jìn)技術(shù)試驗(yàn)研究

張宏杰，張 杰，楊 帥，王常委，張亞洲，王建強(qiáng)，楊智杰

(1.山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

我國(guó)碎軟煤層占比超過(guò)50%，集中分布在我國(guó)中東部，由于煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，導(dǎo)致瓦斯災(zāi)害事故頻發(fā)[1-3]。碎軟煤層瓦斯抽采導(dǎo)致了高效開(kāi)采與安全保障系列難題。目前階段，瓦斯抽放鉆孔是治理煤礦瓦斯災(zāi)害最常用、最直接的手段[4，5]。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碎軟煤層長(zhǎng)鉆孔施工技術(shù)進(jìn)行了深入研究，在理論方面，建立了鉆孔失穩(wěn)模型以及揭示鉆孔失穩(wěn)機(jī)理且分析了鉆孔失穩(wěn)主要因素[6-8]，建立了氣固耦合兩相流理論與螺旋排渣動(dòng)力學(xué)理論[9，10]；在鉆進(jìn)工藝方面，開(kāi)發(fā)了水力正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)、螺旋鉆桿干式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)、泡沫/霧化鉆進(jìn)技術(shù)、空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)、空氣套管鉆進(jìn)技術(shù)、梳狀鉆孔定向鉆進(jìn)技術(shù)、氣動(dòng)定向鉆進(jìn)技術(shù)等多種鉆進(jìn)工藝[11-13]；在鉆具研制上，先后研制了普通外平鉆孔，螺旋鉆桿、刻槽鉆桿、三棱鉆桿與中心通纜式鉆桿等[14]。以上研究在一定程度上提高了碎軟煤層長(zhǎng)鉆孔成孔性，但仍存在鉆孔長(zhǎng)度短、鉆進(jìn)效率低及成孔難的問(wèn)題。

王坡礦3#煤層屬于典型碎軟煤層，具有整體強(qiáng)度低、遇水易變形喪失穩(wěn)定性等特點(diǎn)，鉆孔施工中存在塌孔卡鉆(埋鉆)、成孔深度淺、鉆進(jìn)效率低等問(wèn)題。自2014年以來(lái)，采用基于矮螺旋鉆具的復(fù)合定向排渣鉆進(jìn)技術(shù)，先后開(kāi)展了順層定向鉆孔、頂板梳狀鉆孔與底板梳狀鉆孔，均存在效果不佳，鉆孔深度短、塌孔嚴(yán)重、鉆進(jìn)效率低，且孔內(nèi)事故多發(fā)，難以滿足礦井瓦斯抽采需求[15-17]。針對(duì)現(xiàn)有“液動(dòng)排渣為主、螺旋攪動(dòng)為輔”排渣方式，因水量大對(duì)孔壁沖刷嚴(yán)重、螺旋槽淺造成孔壁坍塌、排渣效率低現(xiàn)狀，創(chuàng)新提出“高螺旋機(jī)械排渣為主、液動(dòng)排渣為輔”的復(fù)合排渣定向鉆進(jìn)技術(shù)，改變過(guò)去“液動(dòng)排渣為主、螺旋攪動(dòng)”為輔排渣方式，其優(yōu)勢(shì)是在沖洗介質(zhì)排渣的基礎(chǔ)上加強(qiáng)機(jī)械排渣能力，所采用的螺旋鉆具槽深是傳統(tǒng)鉆具槽深三倍左右，且增加螺旋翼片寬度，提高鉆孔排渣能力與鉆孔穩(wěn)定性。因此，本文針對(duì)碎軟煤層的特點(diǎn)，分析了鉆孔失穩(wěn)特征，研制了高效排渣鉆桿，并對(duì)大功率定向鉆進(jìn)裝備選型和定向孔施工工藝進(jìn)行研究，在王坡煤礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成適用于碎軟煤層高效排渣順層定向鉆孔成孔工藝方法。

1 碎軟煤層鉆孔失穩(wěn)特征

1.1 煤層條件

碎軟煤層通常是指松軟煤層與構(gòu)造煤，其中松軟煤層是f≤0.8的煤層；構(gòu)造煤是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程中，受到強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓、褶皺變形和層間滑動(dòng)揉皺等作用，形成低強(qiáng)度、易變形、透水性大與抗水性差的煤體[18]。王坡煤礦主采的3#煤層屬于典型的碎軟煤層，煤層密度1.6×103kg/m3，實(shí)測(cè)單軸抗壓平均為18.09MPa，但由于煤體節(jié)理裂隙極其發(fā)育，造成煤體整體力學(xué)強(qiáng)度較低，鉆孔孔壁穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，再受到外力干擾極易形成碎塊狀、碎粒狀煤。

1.2 鉆孔失穩(wěn)機(jī)理

1.2.1 鉆孔應(yīng)力分布

在鉆孔軸向方向，根據(jù)支承壓力大小，可分為：應(yīng)力降低區(qū)、峰后應(yīng)力升高區(qū)、峰前應(yīng)力升高區(qū)、應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)。應(yīng)力降低區(qū)由于煤體經(jīng)歷峰值應(yīng)力，發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生大量裂隙，鉆孔穩(wěn)定性最差，只要受到擾動(dòng)極易發(fā)生塌孔；峰后應(yīng)力升高區(qū)也經(jīng)歷了峰值應(yīng)力發(fā)生塑性軟化變形，產(chǎn)生大量微小裂隙，且仍受到高應(yīng)力作用，鉆孔易發(fā)生塌孔；峰前應(yīng)力升高區(qū)內(nèi)應(yīng)力逐漸增加，但沒(méi)超過(guò)煤體自身強(qiáng)度，處于彈性變形，壓實(shí)原有裂隙同時(shí)產(chǎn)生新的裂隙，煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育程度較低，鉆孔不易發(fā)生塌孔；應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)內(nèi)煤體處于原巖應(yīng)力，未受采掘活動(dòng)影響，內(nèi)部裂隙不發(fā)育，鉆孔最不易發(fā)生塌孔[19，20]。

由于鉆孔長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其直徑，因此鉆孔壁的受力可以看作平面應(yīng)變問(wèn)題。在鉆孔徑向方向，建立其力學(xué)模型，根據(jù)巖石力學(xué)，得出塑性區(qū)半徑R0計(jì)算公式是：

式中，p0為原巖應(yīng)力，MPa；pi為孔內(nèi)支撐壓力，MPa；a為鉆孔半徑，m；R0為塑性區(qū)半徑，m；c為內(nèi)聚力，MPa；φ為內(nèi)摩擦角，(°)。

由上式可知，在鉆孔徑向方向，當(dāng)原巖應(yīng)力一定時(shí)，由于碎軟煤層的煤體強(qiáng)度、內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角都較小，且上仰孔缺乏孔內(nèi)支撐力，鉆孔徑向塑性區(qū)半徑較大，靠近孔壁較大范圍內(nèi)屬于塑性屈服階段，再受到鉆桿擾動(dòng)極易發(fā)生失穩(wěn)塌孔。

1.2.2 穩(wěn)定性分析

由上述分析可知，王坡煤礦主采的3#煤層屬于典型的碎軟煤層，在鉆孔軸向方向受到巷道采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、鉆孔徑向方向受到自身施工的二次應(yīng)力場(chǎng)的影響，鉆孔在應(yīng)力降低區(qū)與峰后應(yīng)力升高區(qū)極易發(fā)生失穩(wěn)塌孔，煤渣呈現(xiàn)較大碎塊狀，煤體密度可達(dá)1.6×103kg/m3，清水無(wú)法有效將煤塊沖帶出孔外；鉆孔在峰前應(yīng)力升高區(qū)與應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)不易發(fā)生塌孔，但由于煤層受到水的長(zhǎng)時(shí)間沖刷，造成鉆孔周圍煤體變形，更進(jìn)一步導(dǎo)致鉆孔發(fā)生更大范圍失穩(wěn)坍塌。大量煤渣不及時(shí)排出孔內(nèi)，造成孔內(nèi)煤渣堆積，阻礙瓦斯與水的排出，從而引起瓦斯聚集形成噴孔，繼而發(fā)生進(jìn)一步煤體失穩(wěn)破壞，造成鉆孔結(jié)構(gòu)性塌孔，發(fā)生埋鉆事故。因此，為解決碎軟煤層成孔問(wèn)題，需在不增加流量基礎(chǔ)上，減少?zèng)_刷，提高鉆具排渣效率，開(kāi)發(fā)高效排渣定向鉆具。

2 裝備研究與選型

2.1 定向鉆桿

針對(duì)?89mm整體螺旋鉆桿與?89mm三棱螺旋鉆桿兩者槽高較淺且單位煤渣攪動(dòng)體積小，排渣方式為“液體排渣為主、螺旋攪動(dòng)排渣為輔”，為了克服液體對(duì)孔壁沖刷而造成孔壁失穩(wěn)，因而提出“高螺旋機(jī)械排渣為主、液動(dòng)排渣為輔”的復(fù)合排渣方式，研制了?98mm焊接螺旋鉆桿，增加槽高深度、螺旋翼片寬度，提高了單位鉆渣擾動(dòng)體積，減少液體對(duì)孔壁沖刷作用，提高鉆孔排渣能力。

2.1.1 定向鉆具結(jié)構(gòu)特征與排渣性能分析

?89mm整體螺旋鉆桿，外徑89mm，內(nèi)徑42mm，槽高4.5mm，槽寬24mm，如圖1所示，鉆桿采用整體銑削方式加工，在厚壁管材中銑出，具有足夠的強(qiáng)度和韌性，軸向布置雙頭螺旋銑槽，既保證鉆桿整體強(qiáng)度，又要保證鉆桿攪粉、排粉能力。在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆桿的螺旋翼片旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)鉆孔內(nèi)沉積的鉆屑，使鉆屑懸浮起來(lái)，在沖洗介質(zhì)的作用下將懸浮的鉆屑攜帶、運(yùn)移排出孔外。

?89mm三棱螺旋鉆桿，外徑89mm，內(nèi)徑42mm，槽高4.5mm，槽寬24mm，如圖2所示，鉆桿體采用摩擦焊接工藝，整體力學(xué)性能好，使用壽命長(zhǎng)；鉆桿接頭采用雙頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗扭能力較常規(guī)接頭提高約30%；鉆桿接頭螺紋強(qiáng)度高，抗粘扣性能好。在鉆進(jìn)過(guò)程中，三角截面設(shè)計(jì)增大了鉆桿與孔壁間的環(huán)隙，排粉更加通暢，另外高強(qiáng)度三棱螺旋鉆桿圓周上均布大導(dǎo)程螺旋槽，攪粉、排粉能力強(qiáng)。

針對(duì)以上兩種鉆桿特點(diǎn)，研制了一種機(jī)械排渣和沖洗介質(zhì)排渣相結(jié)合的高螺旋葉片鉆桿，即?98mm焊接螺旋鉆桿，外徑98mm，內(nèi)徑42mm，槽高12.5mm，槽寬68.7mm，如圖3所示。?98mm焊接螺旋鉆桿由鉆桿體和螺旋葉片組成，鉆桿體中心管體直徑略小于兩端接頭直徑，中心管體略細(xì)，具有足夠強(qiáng)度同時(shí)有良好的韌性，接頭略粗具有足夠強(qiáng)度。鉆桿體具有中心通孔結(jié)構(gòu)，兩端接頭分別為相互配合的公、母螺紋絲扣，接頭和中心管體摩擦焊接成為整體。鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)增加螺旋葉片寬度和高度，使得機(jī)械排渣效果明顯提升，不再是僅起到攪拌和碾壓作用，實(shí)現(xiàn)高效機(jī)械和沖洗介質(zhì)雙動(dòng)力強(qiáng)排渣效果；由于螺旋翼片寬度寬，對(duì)孔壁起到很好的支撐穩(wěn)定作用，相比薄螺旋葉片的刮削和擾動(dòng)作用小，鉆進(jìn)中鉆孔穩(wěn)定性好。

通過(guò)計(jì)算可知，鉆孔孔徑一定時(shí)，相同轉(zhuǎn)速下，三種鉆桿的單位煤渣攪動(dòng)體積分別為222.19mm3、907.30mm3與3057.58mm3，?98mm焊接螺旋鉆桿的單位煤渣攪動(dòng)體積最大，機(jī)械排渣情況下其排渣效果最好。

2.1.2 孔口鉆渣排出速度計(jì)算

順煤層鉆孔施工中，鉆孔一般為上仰孔，泵車排出高壓水經(jīng)過(guò)送水器，再通過(guò)鉆桿中心到達(dá)孔底，在高壓水的壓力作用下，煤渣沿著鉆桿外壁與孔壁之間的環(huán)空間隙排出孔內(nèi)，以此建立了二維條件下排渣流體力學(xué)模型[21](不考慮鉆具旋轉(zhuǎn))，如圖4所示。

根據(jù)水力學(xué)伯努利方程，且不考慮沿程損失與局部損失，得出孔口鉆渣排出速度vf公式：

式中，vf為鉆渣排出速度，m/s；p1為孔口高壓水壓力，MPa；p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，MPa；ρf為鉆渣密度，kg/m3；ρ為清水密度，kg/m3；s為體積分?jǐn)?shù)；v1為孔口高壓水速度，m/s；A1為鉆孔中心通道截面積，m2；A2為環(huán)空截面積，m2；L為鉆孔深度，m；α為鉆孔傾角，(°)。

由上式可知，清水鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)孔口高壓水壓力、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、鉆渣密度、體積分?jǐn)?shù)、孔口高壓水速度、鉆孔中心通道截面積、鉆孔深度與鉆孔傾角一定時(shí)，鉆渣排出速度與環(huán)空截面積成負(fù)相關(guān)。鉆孔孔徑為?140mm，在三種鉆桿環(huán)空面積分別為9394.86mm2、10079.97mm2與7850.84mm2，?98mm焊接螺旋鉆桿環(huán)空截面積最小，可得孔口鉆渣排出速度最大，另外，鉆桿回轉(zhuǎn)有利于攪動(dòng)沉渣隨水排出孔外，其排渣效果最好。

2.2 泥漿泵

根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中煤層條件和排渣需要，為了提高清水?dāng)y渣能力，試驗(yàn)需選擇大排量、流量無(wú)極調(diào)節(jié)的泥漿泵車。因此，使用BLY460型煤礦井下定向鉆進(jìn)用全液壓履帶泵車，該泵車具有可自主行走、集成性好、性能先進(jìn)、大排量(理論最大排量460L/min)、高壓力(額定壓力13.8MPa)、流量無(wú)極調(diào)節(jié)、操作簡(jiǎn)便及作業(yè)安全等特點(diǎn)，可以滿足試驗(yàn)要求。

2.3 定向鉆機(jī)

碎軟煤層定向鉆進(jìn)中，鉆孔極易失穩(wěn)造成孔內(nèi)大量煤渣，對(duì)定向鉆機(jī)選配提出以下要求：鉆機(jī)能力強(qiáng)，即鉆機(jī)功率、扭矩、給進(jìn)起拔力等性能參數(shù)要足夠大；滿足多工藝施工要求，適用不同結(jié)構(gòu)和尺寸的鉆具，如不同尺寸結(jié)構(gòu)的螺旋鉆桿、三棱螺旋鉆桿等，實(shí)現(xiàn)不同工藝鉆進(jìn)施工。綜上所述，選擇中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司研制的ZDY15000LD定向鉆機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.4 螺桿鉆具

根據(jù)碎軟煤層鉆進(jìn)需要，為了保證排渣效果，試驗(yàn)選用?89/99mm外螺旋螺桿鉆具，即馬達(dá)外形設(shè)計(jì)成螺旋結(jié)構(gòu)，其槽深4.5mm，提高了排渣能力。為提高碎軟煤層造斜能力，將襯墊加厚，并設(shè)置單向閥，防止因噴孔造成鉆具損壞。

2.5 定向鉆頭

為減小沖刷作用，降低鉆頭水眼流速，本次試驗(yàn)選用大水眼?140mm定向鉆頭。較常規(guī)?120mm定向鉆頭，鉆頭水眼過(guò)流面積增加了2.6倍，減少水流流速，大大減少對(duì)孔底沖刷。

2.6 測(cè)量裝置

本試驗(yàn)采用YHD3-1500(A)泥漿脈沖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其不受鉆孔長(zhǎng)度的影響，以泥漿作為信號(hào)載體，采用泥漿脈沖作為數(shù)據(jù)傳輸方式，鉆桿內(nèi)的泥漿是信號(hào)傳輸?shù)拿浇?，不需要使用電纜，信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)穩(wěn)定可靠，從而減少了對(duì)鉆桿的結(jié)構(gòu)和密封要求，工作安全性和穩(wěn)定性較高。儀器外管體也為螺旋結(jié)構(gòu)，整套鉆具螺旋結(jié)構(gòu)連續(xù)性，有利于排渣。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 鉆孔設(shè)計(jì)

為了試驗(yàn)三種鉆具排渣效果，在天地王坡礦3306運(yùn)輸巷回風(fēng)聯(lián)巷鉆場(chǎng)開(kāi)展順層定向孔鉆進(jìn)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)定向鉆孔4個(gè)。其中，3個(gè)鉆孔主孔設(shè)計(jì)深度300m(含分支孔兩個(gè)，分支孔進(jìn)尺280m)，分別試驗(yàn)三種鉆具；1個(gè)鉆孔主孔設(shè)計(jì)深度400m(含分支孔兩個(gè)，分支孔進(jìn)尺285m)，選擇效果最好的鉆具進(jìn)行施工。

3.2 鉆具組合

根據(jù)鉆探工藝、鉆孔結(jié)構(gòu)參數(shù)等，本試驗(yàn)的定向鉆進(jìn)鉆具組合依次為：?140mmPDC平底鉆頭、?89/99mm螺桿鉆具、YHD3-1500(A)泥漿脈沖隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，再分別連接?89mm整體性螺旋鉆桿或?89mm三棱螺旋鉆或?98mm焊接螺旋鉆桿進(jìn)行三種鉆具組合施工。

3.3 施工工藝方法

在碎軟煤層鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆孔穩(wěn)定性差且受到清水沖刷作用，造成鉆渣較多，為保證排渣效果與成孔率，本次試驗(yàn)采用“復(fù)合定向鉆進(jìn)為主、滑動(dòng)定向鉆進(jìn)為輔”的鉆進(jìn)工藝。

1)復(fù)合定向鉆進(jìn)。復(fù)合鉆進(jìn)鉆具不斷地?cái)噭?dòng)鉆孔孔壁下緣堆積的鉆屑，加強(qiáng)機(jī)械排渣，使其便于被沖洗液攜出鉆孔，以防埋鉆事故發(fā)生；復(fù)合定向軌跡較滑動(dòng)定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡更加平滑，鉆具摩阻要小于滑動(dòng)定向鉆進(jìn)，因此有利于深孔鉆進(jìn)。

2)滑動(dòng)定向鉆進(jìn)。鉆孔施工過(guò)程中，當(dāng)實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間偏差達(dá)到一定值后，調(diào)整孔底螺桿馬達(dá)造斜工具面，滑動(dòng)給進(jìn)，連續(xù)造斜改變鉆孔前進(jìn)方向，獲得理想鉆孔姿態(tài)參數(shù)后回轉(zhuǎn)穩(wěn)斜定向鉆進(jìn)。

結(jié)合碎軟煤層特點(diǎn)，為保證排渣效果，避免大排量泥漿對(duì)煤體沖刷破壞，泥漿泵量在200～300L/min，鉆進(jìn)速度不宜過(guò)大，一般在6～9m/h，每鉆進(jìn)一段應(yīng)回轉(zhuǎn)掃孔，增大轉(zhuǎn)速，加強(qiáng)排渣，避免煤渣堆積造成卡鉆。

3.4 效果分析

3306運(yùn)輸巷回風(fēng)聯(lián)巷鉆場(chǎng)共完成4個(gè)順層定向孔，包括4個(gè)主孔、10個(gè)分支孔，4#孔最大孔深404m，實(shí)鉆平面軌跡如圖5所示。

本次試驗(yàn)1號(hào)鉆孔、2號(hào)鉆孔、3號(hào)鉆孔與4號(hào)鉆孔累計(jì)進(jìn)尺分別為874m、873m、906m和1144m，總累計(jì)進(jìn)尺3797m，總計(jì)144個(gè)班次，平均26.37m/班，其中，1號(hào)鉆孔、2號(hào)鉆孔與3號(hào)鉆孔分別使用?89mm整體螺旋鉆桿、?89mm三棱螺旋鉆桿與?98mm焊接螺旋鉆桿，根據(jù)試驗(yàn)效果，4號(hào)鉆孔選擇?98mm焊接螺旋鉆桿，鉆孔實(shí)鉆數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 鉆孔實(shí)鉆數(shù)據(jù)

為考察三種鉆桿的鉆進(jìn)效率及排渣效果，對(duì)試驗(yàn)鉆孔的返渣量與鉆進(jìn)效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，?89mm整體螺旋鉆桿、?89mm三棱螺旋鉆桿與?98mm焊接螺旋鉆桿鉆進(jìn)時(shí)單位進(jìn)尺返渣量分別為120kg/m、140kg/m與270kg/m，是單位進(jìn)尺返渣量理論值的4.9倍、5.7倍與11.0倍；?98mm焊接螺旋鉆桿鉆進(jìn)時(shí)鉆進(jìn)效率可達(dá)30.6m/班，是前兩者鉆進(jìn)效率的1.4倍、1.3倍，由此可以說(shuō)明，其他條件相同時(shí)，?98mm螺旋鉆桿的鉆進(jìn)效率最大和排渣效果最好。

試驗(yàn)過(guò)程中，鉆孔孔段前100m左右受到巷道采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、鉆孔徑向方向受到自身施工的二次應(yīng)力場(chǎng)的影響，極易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，造成鉆渣較多進(jìn)而堵塞排渣通道，通過(guò)增大機(jī)械轉(zhuǎn)速、減少排量，提高排渣能力，鉆孔均未出現(xiàn)卡鉆與噴孔現(xiàn)象；鉆孔孔段100～400m，由于受到清水沖刷作用，鉆孔穩(wěn)定性較差，鉆孔易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，鉆進(jìn)中常常出現(xiàn)憋泵、回轉(zhuǎn)壓力異常升高情況，并多次出現(xiàn)塌孔卡鉆現(xiàn)象，其中1號(hào)鉆孔卡鉆6次，2號(hào)鉆孔卡鉆4次，3號(hào)鉆孔卡鉆3次，4號(hào)鉆孔卡鉆2次。因此，鉆孔塌孔段應(yīng)加強(qiáng)回轉(zhuǎn)機(jī)械排渣與減少排量，有利于提高成孔率。

4 結(jié) 論

1)通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析，?98mm焊接螺旋鉆桿在碎軟煤層中鉆進(jìn)效率與排渣能力均有顯著提高，鉆進(jìn)效率可達(dá)30.6m/班，單位進(jìn)尺返渣量可達(dá)270kg/m，鉆進(jìn)效率與排渣能力較?89mm螺旋鉆桿和?89mm三棱螺旋鉆桿提高1倍以上。

2)鉆孔孔段前100m左右塌孔主要原因是受到巷道采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、鉆孔徑向方向受到自身施工的二次應(yīng)力場(chǎng)的影響；鉆孔孔段100～400m塌孔主要原因是清水沖刷孔壁作用。鉆孔塌孔段應(yīng)采用“機(jī)械排渣為主、液動(dòng)排渣為輔”的復(fù)合排渣方式。

3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用大功率定向鉆進(jìn)裝備和配套?98mm焊接螺旋鉆桿，形成以“復(fù)合鉆進(jìn)為主、滑動(dòng)定向?yàn)檩o”的碎軟煤層高效復(fù)合排渣定向成孔工藝方法，能夠?qū)崿F(xiàn)碎軟煤層400m以上順層定向鉆孔施工。