復雜地質條件下穿層鉆孔施工技術研究

曹佩永，程 浩

淮北海孜煤電公司，安徽淮北 235000

0 引言

淮北海孜煤電公司位于安徽省淮北市濉溪縣境內。礦井范圍東南以大馬家斷層與淮北臨渙煤電公司毗鄰，西以大劉家斷層為界，北至3煤層-800m水平投影線，呈一不規則三角形。整個井田被吳坊斷層自然切割為兩個區，即西部井（斷層以南三角區）和大井，礦井核定生產能力為年產169萬噸。

大井主采煤層有中煤組7、8、9煤及下煤組10煤層，且均為突出煤層。因此做好防突工作是礦井安全生產的重要環節。根據有關規定突出煤層的開采必須堅持區域和局部的“四位一體”綜合防突措施，在區域防突措施中應優先采用開采保護層，在無保護層開采的前提下，采掘前的區域瓦斯治理必須采用穿層鉆孔對煤層瓦斯進行區域預抽已達到解突的目的。因此，穿層鉆孔的施工成為礦井防突工作中一項最常規的工作。

1 礦井地質概況

海孜煤電公司含煤地層為二疊系，其中山西組（P1s）、下石盒子組（P1xs）和上石盒子組（P2ss）為主要含煤組。可采煤層有4、7、8、9、10煤層等5層，可采總厚10.23m。4、10煤層為較穩定煤層，7、9煤層為不穩定-極不穩定煤層， 8煤層為極不穩定煤層。海孜礦井下地質構造復雜、斷層、褶曲發育，因此造成煤層在走向或傾向上起伏變化大，煤層賦存不穩定，厚度變化頻繁。

另外受到施工、鉆孔下沉等諸多原因影響，穿層鉆孔終孔位置與設計存在偏差

2 穿層鉆孔存在問題分析

穿層鉆孔施工是突出煤層區域解突一種重要手段，因此按照設計要求把穿層鉆孔施工到位，是瓦斯治理能否取得良好效果的前提。

穿層鉆孔設計是在明確要保護的煤層范圍前提下，根據煤層底板等高線圖及煤厚計算出鉆孔終孔點標高，終孔點與開孔點標高差為鉆孔的垂直高度，然后從圖上量出鉆孔開孔點到終孔點的平面距離，利用三角函數即可計算得出鉆孔的角度和孔深參數，然后繪制出圖表，交付施工。海孜煤煤礦由于煤層賦存不穩定，斷層、褶曲發育給鉆孔的設計和施工帶來了很大的困難，鉆孔終孔后偏離設計位置，造成重復補孔，統計顯示2009年在86采區和Ⅱ102采區施工的70個穿層鉆孔中，經實測和上圖分析后滿足設計要求的只有45%，有55%鉆孔偏離設計位置2m以上，其中又有47%落在保護范圍以外（見圖1）。

3 影響穿層鉆孔精確定位因素分析

1）科學設計是鉆孔精確定位的前提， 由于礦井地質條件復雜使得作為設計主要依據的煤層底板等高線圖，難以真實反映出礦井煤層變化情況，特別是局部煤層福村的真實情況，因此影響了設計的科學性；

2）鉆孔施工過程中鉆機工操作不當，鉆機旋轉與給進力未根據巖性變化及時調整，使鉆孔偏離設計方位；

圖1 技改前穿層鉆孔施工效果圖

3）鉆孔的開孔位置、角度和方位未嚴格執行設計，從而使終孔點出現偏差。

4 技術改進措施

4.1 改進鉆孔設計方法

先設計少量定位孔對一定區域進行控制，然后根據定位孔施工結果確定煤層位置，再根據新確定的煤層位置調整鉆孔設計。走從設計到實踐再修改設計再實踐的技術路線。

確定定位鉆孔：采用“十字定位”法，即先施工控制范圍內中軸線上的鉆孔4到6個作為鉆孔精確定位的基礎孔。

定位煤層位置：采用“回歸校正”法，即把定位孔的施工結果上圖分析，再進行等高線的校正。

修改鉆孔設計：根據“回歸校正”結果，重新修改鉆孔設計。

打鉆結果分析：把打鉆結果上圖分析，對偏差大于2m的補孔。

4.2 提高鉆工操作技能

1）通過實踐總結出在不同巖性施工中，鉆機給進力和旋轉力的變化范圍，提高鉆機操作的科學性；

2）對區域施工的穿層鉆孔，技術人員做出地質柱狀圖，然后根據巖性的變化讓鉆工有目的操作，避免盲目性；

3）完善管理制度 加強綜合技能培訓，強化現場管理，嚴格質量考核，增強鉆工的責任意識。

4.3 改進開孔定位技術

圖2 鉆孔方位快速定位儀

推廣應用穿層鉆孔開孔快速定位法，通過研究改進制作了“鉆孔方位快速定位儀 ”，有效的解決了原“引線法”精度控制差、耗時長的缺點，提高了鉆孔開孔方位的準確性（見圖2）。

4.4 合理布置鉆場

調整和優化開孔的位置和角度，合理布置鉆場（見圖3）， 從原來的鉆場一側布置鉆孔向依鉆場為中心向兩側發散布置，增大鉆孔的角度、縮短鉆孔長度。

圖3 鉆孔調整示意圖

5 效果分析

1）在原穿層鉆孔施工中前，存在鉆孔偏差大，不合格鉆孔多，補孔數量大。通過一系列技術改進，穿層鉆孔一次成孔率由原45%提高到現在的95%以上，補孔率由55%下降到現在的5%。從2008年至今，平均每施工穿層鉆孔約83 700m，通過技術改進后每年可節約工程量約41 850m，可節約直接經濟效益為1 255.5萬元；

2）鉆孔的精確定位，實現了終孔的均勻布置，從而能有效提高抽放效果，如86三區段單個鉆場相比較抽放純量提高了一倍；

3）通過“十字定位”、“回歸校正”方法對煤層等高線修改調整，完善了地質資料，精準確定了煤層等高線，更有利于指導生產。

6 結論

穿層鉆孔施工直接關系到煤層瓦斯預抽效果，加強穿層鉆孔施工技術研究，是一項切實有效的工作，不但提高了鉆探效率，創造了良好的經濟效益，更主要的瓦斯治理技術水平的提高，為礦井的安全生產奠定了基礎。