鉆孔軌跡測斜和鉆孔保直鉆進技術的應用研究

李志君 楊成意 焦亞頂

摘 要：煤礦井下鉆孔軌跡偏斜易導致治理盲區的出現，嚴重威脅煤礦安全高效開采。通過對導致鉆孔偏斜的地質因素、技術因素和工藝因素的系統分析，得到了鉆孔偏斜的根本原因。對現有保直鉆進技術的原理及其適用性進行了分析總結，鉆孔保直是影響鉆孔施工質量的因素，但目前鉆孔保直鉆進技術或多或少都存在技術上的問題，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展，研發出適用性強、易于現場實施的保直鉆進技術。

關鍵詞：鉆孔軌跡測斜;鉆孔;保直鉆進技術;應用

引言：為保障安全高效開采，井下坑道鉆機施工技術已被日益重視。目前，煤礦井下鉆孔施工技術主要用于地質異常體探測、探放水及瓦斯抽采等，因此，對于鉆孔施工的精度要求較高。淮南礦區是受瓦斯危害最典型的礦區之一，煤層透氣性差、瓦斯含量高等地質條件對礦區安全生產構成了嚴重威脅。利用井下坑道鉆機施工鉆孔（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”，優質高效的完成礦區瓦斯抽排任務顯得尤為關鍵。

1 立項背景

在煤礦安全生產中，煤與瓦斯突出一直是煤礦安全生產的最大隱患， 目前利用采取鉆孔預抽瓦斯，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。但如何監測鉆孔鉆進過程是否沿預先設計方向鉆進，以達到預期的抽放目的，則成為技術性難題。由于煤巖層賦存狀況變化、施工工藝等原因，導致施工的鉆孔偏離設計軌跡，特別是鉆孔傾角為0～25°俯角及上仰角時，垂直方向偏離更加嚴重。這樣鉆孔取得的數據與實際情況不相符，瓦斯抽采資料的分析相當困難，容易出現鉆孔數量越多，就越難分析煤層構造的賦存狀態以及怪現象。隨著定向鉆進技術的日益發展，礦井超前探測構造、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、且能全方位測量鉆孔軌跡的儀器。

2 鉆孔出現的主要問題

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

3 測斜儀的主要內容

運用YHX7.2型礦用回轉鉆機測斜儀，確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡，準確控制鉆孔見煤層、見斷層的三維坐標，提高地質資料分析的準確性。原理是全方位鉆孔測斜儀由測斜儀同步機和探管以及它們之間的通信線組成。

4 抽采鉆孔測斜成果介紹

2018年9月17日4點班，在112101底抽巷27號鉆場12號鉆孔進行傾斜測定，該鉆孔設計角度+39°，開孔高度按照實際要求，該鉆孔共計施工53 米，過煤見巖。鉆孔施工結束后，將鉆桿拔出，將鉆頭與探管（即測斜儀傳感器與鉆桿外形、長度一樣，銅質，內有傳感器）連接，重新順入鉆孔，探管后面與普通鉆桿相連，通過鉆機施壓，將探管頂入鉆孔底部，在向鉆孔輸入鉆桿過程中，測斜儀傳感器將傳輸數據無線傳輸到接受器上。測定過程中平均每分鐘一個，采集完畢后，升井進行數據傳輸工作，通過測斜儀數據處理軟件，繪制三維動態曲線圖，水平偏差為4m，垂直偏差為1m。2018年9月12日4點班，在112103抽放巷加27號鉆場12號孔進行鉆孔測斜該鉆孔設計角度+56°，通過測斜儀數據處理軟件，繪制三維動態曲線圖進行對比，水平偏差為2m，垂直偏差為5m。2018年9月2日8點班，在112103抽放巷27號鉆場7號孔進行鉆孔測斜該鉆孔設計角度+60°，通過測斜儀數據處理軟件，繪制三維動態曲線圖進行對比，水平偏差為3m，垂直偏差為1m。抽放巷鉆孔測斜成果表如表1所示。

根據數據顯示鉆孔軌跡成弧線上升，平均每鉆進20米鉆孔角度提高一度。通過實測鉆孔的偏斜軌跡，可以修正井下地質前探鉆孔及抽放鉆孔取得的地質數據，使得抽放鉆孔資料的分析更接近實際狀況及抽采鉆孔控制范圍更加精準。

5 鉆孔保直技術

測斜軌跡有了成果后，為了進一步減少鉆孔偏差，做好鉆桿保直鉆進就刻不容緩。抽采隊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，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號鉆場11號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 經濟效益、社會效益

結合井下測斜和探測實踐，提出合理化、準確的理論基礎及經驗，充分利用鉆孔測斜儀的優點，通過實測鉆孔的偏斜軌跡，修正抽放鉆孔和井下地質前探鉆孔取得的鉆孔數據，使得抽放鉆孔的分析更接近實際狀況，達到探查各種局部地質變化和控制抽放有效范圍的目的，為井下采掘活動提供可靠的地質保障。同時為提高鉆孔使用效率、創造節約型礦井打下了基礎。

結束語

由于采用無纜測斜技術，測斜無需電纜，借助鉆桿推送探管，實現了真正意義上的全方位測量，使上仰、下俯、水平各種鉆孔測斜簡便。要求抽放巷穿層鉆孔每個鉆場必須進行至少三次測斜測定，并進行分析。連續兩次測斜測定分析，發現鉆孔鉆孔位置超過10%，必須增加一個測斜測定鉆孔，并詳細分析，采取措施杜絕抽采空白帶出現。確定鉆孔的偏斜軌跡，準確控制鉆孔見煤層、見斷層的位置，提高地質資料分析的準確性。鉆孔測斜技術是一種最佳的選擇，可解決巷道誤揭煤、誤揭構造給正常生產工作帶來的經濟損失。經過多次探測實例總結計算后發現，因鉆孔偏移軌跡情況不明所造成的經濟損失，占整個鉆孔施工投入費用的30%左右。

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