煤礦井下瓦斯抽采鉆孔偏斜規律及對策研究

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常會出現不同程度的偏斜，且孔越深偏斜程度越明顯，當鉆孔偏斜超過一定的范圍，就會減低甚至失去作用，嚴重影響了鉆孔的瓦斯抽采效果。因此，對井下瓦斯抽采鉆孔偏斜規律的研究變得尤為重要，經過對鉆孔在施工過程中存在的問題及產生偏斜的主要原因、規律著重分析，總結出鉆孔施工過程中應對偏斜的措施、對策和方法，從而指導鉆孔的施工，保證鉆孔的合格率。

關鍵詞：鉆孔;偏斜規律;對策

祁東煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，在進行采掘活動之前必須進行瓦斯治理，目前，我礦普遍采用施工穿層鉆孔預抽煤層瓦斯。但是，在鉆孔實際施工過程中，由于自然、技術以及人為因素的影響，實際的鉆孔軌跡與設計軌跡相差很大，造成鉆孔偏斜，嚴重影響鉆孔的抽采效果，不能達到預期的抽采目標。

1?? 鉆孔偏斜的原因及規律

1.1???? 鉆孔偏斜的原因

鉆孔產生偏斜的主要愿意分為兩類，即地質條件因素和工藝技術因素。

1.1.1? 地質條件因素

（1） 采用相同直徑的鉆頭、鉆具組合以及鉆探工藝鉆進不同硬度地層時，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、卵礫石等結構構造使巖層具有不均質性，在這種地層中鉆進時，鉆頭在孔底受力不平衡，容易引起鉆孔彎曲。其中層理、片理和軟硬互層對鉆孔軌跡彎曲影響最大。

1.1.2? 工藝技術因素

（1） 在開孔鉆進時，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） 鉆進時鉆機上鉆具過長，容易使鉆桿產生較大的擺動，影響鉆頭在孔底鉆進的穩定性。

（3） 使用彎曲的鉆桿、巖芯管等導致鉆具連接不正同心度差，造成鉆孔偏斜。

（4） 鉆進過程中鉆壓、轉速控制不當，使鉆桿產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，因使用的沖洗液量過大破壞孔壁，導致鉆孔內局部塌孔，使孔徑擴大，加壓鉆進時鉆桿有彎曲空間， 易造成鉆孔偏斜。

1.2???? 鉆孔偏斜的規律

（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） 鉆頭由軟巖層進入硬巖層時，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稱不均勻破碎，而且將產生一傾倒力矩 M 使鉆頭扭轉，并沿著地層上傾方向，即垂自于層面方向彎曲（稱為“頂層進”），見1左側圖。

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

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

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

2?? 實例分析

2.1???? 鉆孔施工

在一采區9煤1# 瓦斯抽采巷選取2個鉆孔進行測斜試驗：101組1#孔和136組4# 孔。

2.2???? 鉆孔測斜

使用西安煤科院生產的 YHQ-X（B）型全方位測斜儀，采用無纜測量方式，測斜時對各鉆孔沿孔深方向每隔10m 測一次鉆孔傾角和方位角。

2.3???? 鉆孔測斜結果分析

根據鉆孔施工巖性可以看出，此地點所施工鉆孔穿過區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計煤層層位;101組1# 孔方位與設計基本無偏差，136組4# 孔鉆孔方位呈增大趨勢，鉆孔方位角在不同區域偏斜規律不明顯。

3?? 預防鉆孔偏斜的措施和對策

3.1???? 預防鉆孔偏斜的措施

（1） 鉆機安裝要平穩牢固，在條件允許的情況下打設水泥地坪，座鉆機時打牢壓車柱，嚴防鉆機在施工過程中移動。

（2） 在開孔過程中，鉆機上鉆桿不易過長，防止鉆桿大幅度擺動造成開孔偏斜。

（3） 使用合格的鉆機、鉆具，上下鉆具前認真檢查，發現鉆桿有彎曲或磨損嚴重的及時更換。

（4） 鉆進過程中合理控制鉆進壓力，嚴禁過量加壓，防止鉆桿受壓彎曲。

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

3.2???? 預防鉆孔偏斜的對策

3.2.1? 組合鉆具法

采用穩定組合鉆具法，增強鉆具的導向性和穩定性，達到鉆孔保直或初級定向的目的。

3.2.2? 設計鉆孔結合偏斜規律

（1） 設計鉆孔時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，應改變傾角的設計，根據偏斜規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，按照方位偏斜規律設計鉆孔。

4?? 結束語

（1） 鉆孔在施工過程中造成偏斜現象的因素是多方面的，如果不能對鉆孔的偏斜加以控制及糾正，就會極大的影響鉆孔的施工質量，導致鉆孔不能達到設計效果，既費時又費力，同時增加了鉆孔的施工成本。因此， 要總結鉆孔偏斜的規律，找出對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，使用測斜儀對鉆孔軌跡進行測定，結合施工地點的地質條件，總結特定施工地點鉆孔的偏斜規律，對鉆孔的初期設計、 后期施工進行指導，這對提高鉆孔的抽采率有極大的意義。

參考文獻：

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

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

作者簡介：

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