定向鉆進過破碎帶軌跡精確控制技術研究

郝玉祥 吳劉洋 羅虎

摘 要：結合祁東煤礦8231工作面定向鉆孔施工現狀，針對過破碎帶軌跡控制問題，采用數據分析，工具面向角調整，施工過程控制等方法使鉆孔能自始至終保證沿設計軌跡施工 ，解決了鉆孔過破碎帶軌跡偏差問題，實現了定向鉆進軌跡精確控制。

關鍵詞：高位定向長鉆孔;偏差分析;施工方法;軌跡控制

一、施工地點概況

8231工作面位于井田東翼一水平三采區，為三采區82煤首采面，走向布置，工作面上方為7131采空區、7130機巷，法距約30～33m。工作面起止標高–421.5～464.1m，外段面寬160m（平距），走向長440m。82煤： 黑色，多呈粉末狀，碎塊狀，內生裂隙發育，以暗煤為主，局部受巖漿巖侵蝕。巷底距9煤法距約10m，巷頂距81煤法距約10m。頂板為淺灰色細砂巖，上部夾泥巖條帶顯水平層理，厚26.18～31.89m，局部存在一層泥巖偽頂，普氏硬度系數為13。

工作面整體為單斜構造，82煤層產狀變化較大，煤層傾向在340°～20°之間，傾角8～14°，平均為11°。風巷外段在掘進過程中揭露5條斷層。

為有效治理工作面采空區瓦斯，特于8231風巷外段一處鉆場施工長距離高位定向鉆孔抽采瓦斯的措施。

二、鉆孔施工情況

鉆孔設計施工4個鉆孔，鉆孔軌跡誤差±2m，4# 鉆孔施工情況：該孔設計終孔位置水平控制在風巷向下49m，層位控制在82煤頂板向上14m。實際軌跡水平位移距離風巷47.8m，與設計偏差1.2m。實際控高14.7m，與設計偏差0.7m，過破碎帶范圍，偏差最大值為4m，超出誤差允許范圍，鉆孔軌跡見下圖2-1、2-2。

三、偏差分析及糾偏措施

結合實際分析，偏差因素主要包括以下幾個方面：

（1） 地層因素：過斷層處巖層分離，巖石硬度變化大，鉆頭具有趨軟性，導致軌跡不可控。

（2） 人員因素：工具面向角調整有誤，未能及時分析誤差，反扭矩力及螺桿馬達自重因素未綜合考慮。

經研究，采取如下措施降低偏差：

1、超前調整，該處斷層位置及空間結構明確，通過超前調高鉆孔軌跡方式減弱過破碎帶下降趨勢。

2、調整工具面向角，結合鉆孔巖性及不同孔深階段鉆桿反扭矩力，精確調整工具面向角，確保螺桿馬達摒除影響因素后按照設計軌跡施工。

3、控制沖洗液量與鉆進速度，鉆孔施工不同階段結合巖石軟硬程度及破碎程度，控制沖洗液量和鉆進速度降低因人員施工因素造成的軌跡偏差。

四、應用效果對比分析

結合4# 鉆孔施工情況及偏差分析，采取糾偏措施后施工3# 鉆孔，具體施工情況如下：3# 孔設計終孔位置水平控制在風巷向下30m，層位控制在82煤頂板向上14，實際軌跡水平位移距離風巷30.2m，與設計偏差0.2m。實際控高14.3m，與設計偏差0.3m，過破碎帶范圍最大誤差±1m，符合設計要求，圖見4-1、4-2

五、結論及建議

定向鉆進軌跡因受地層、鉆機、人為等因素影響導致軌跡與設計偏差較大，無法做到精確施工，通過偏差因素分析，采取控制工具面向角調整、軌跡調整、施工流程優化等可有效減少軌跡偏差。

綜上，采用高位定向長鉆孔過破碎帶期間，通過結合地質條件和鉆機影響因素找出影響關鍵因素，在過破碎帶定向鉆進軌跡控制方面具有極大的推廣使用價值。

參考文獻：

[1]《 ZDY12000LD 型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機》Q/MKYX065—2014

作者簡介：

郝玉祥（1988-），男，安徽宿州人，助理工程師，2014年畢業于中國礦業大學采礦工程專業，現在皖北煤電集團祁東煤礦從事鉆探技術工作.