李志君 杨成意 焦亚顶

摘 要：煤矿井下钻孔轨迹偏斜易导致治理盲区的出现，严重威胁煤矿安全高效开采。通过对导致钻孔偏斜的地质因素、技术因素和工艺因素的系统分析，得到了钻孔偏斜的根本原因。对现有保直钻进技术的原理及其适用性进行了分析总结，钻孔保直是影响钻孔施工质量的因素，但目前钻孔保直钻进技术或多或少都存在技术上的问题，不能在煤矿大范围推广使用，故在钻孔保直方面需要不断发展，研发出适用性强、易于现场实施的保直钻进技术。

关键词：钻孔轨迹测斜;钻孔;保直鉆进技术;应用

引言：为保障安全高效开采，井下坑道钻机施工技术已被日益重视。目前，煤矿井下钻孔施工技术主要用于地质异常体探测、探放水及瓦斯抽采等，因此，对于钻孔施工的精度要求较高。淮南矿区是受瓦斯危害最典型的矿区之一，煤层透气性差、瓦斯含量高等地质条件对矿区安全生产构成了严重威胁。利用井下坑道钻机施工钻孔（排放孔、顺层抽采孔、穿层抽采孔等）抽排瓦斯已成为矿区有效治理瓦斯的重要手段之一，并取得了很好的效果。为此，如何确保井下钻孔“保直钻进”，优质高效的完成矿区瓦斯抽排任务显得尤为关键。

1 立项背景

在煤矿安全生产中，煤与瓦斯突出一直是煤矿安全生产的最大隐患， 目前利用采取钻孔预抽瓦斯，降低煤岩层中瓦斯压力，仍是防治煤与瓦斯突出最有效的办法。但如何监测钻孔钻进过程是否沿预先设计方向钻进，以达到预期的抽放目的，则成为技术性难题。由于煤岩层赋存状况变化、施工工艺等原因，导致施工的钻孔偏离设计轨迹，特别是钻孔倾角为0～25°俯角及上仰角时，垂直方向偏离更加严重。这样钻孔取得的数据与实际情况不相符，瓦斯抽采资料的分析相当困难，容易出现钻孔数量越多，就越难分析煤层构造的赋存状态以及怪现象。随着定向钻进技术的日益发展，矿井超前探测构造、探放水以及精确的抽放工程钻探的广泛开展，迫切需要精度高、且能全方位测量钻孔轨迹的仪器。

2 钻孔出现的主要问题

钻孔弯曲对实际作业中的不利影响，主要有以下几方面：（1）使终孔点偏离预定位置且封孔质量难以保证、抽采及卸压消突效果难以保证， 易造成瓦斯抽采空白带，给安全生产带来威胁;（2）对需要探明的煤层在层位、厚度上产生误判断，造成巷道与需探明的煤层间法线距离错误， 直接导致地质资料不准确;（3）造成钻杆阻力大，易断钻杆，增加材料消耗，影响钻进效率;（4）钻孔发生弯曲的原因很多，具有不确定性. 其主要原因有：地质条件的影响和人为操作的影响。

3 测斜仪的主要内容

运用YHX7.2型矿用回转钻机测斜仪，确定井下各类型钻孔的偏斜轨迹，准确控制钻孔见煤层、见断层的三维坐标，提高地质资料分析的准确性。原理是全方位钻孔测斜仪由测斜仪同步机和探管以及它们之间的通信线组成。

4 抽采钻孔测斜成果介绍

2018年9月17日4点班，在112101底抽巷27号钻场12号钻孔进行倾斜测定，该钻孔设计角度+39°，开孔高度按照实际要求，该钻孔共计施工53 米，过煤见岩。钻孔施工结束后，将钻杆拔出，将钻头与探管（即测斜仪传感器与钻杆外形、长度一样，铜质，内有传感器）连接，重新顺入钻孔，探管后面与普通钻杆相连，通过钻机施压，将探管顶入钻孔底部，在向钻孔输入钻杆过程中，测斜仪传感器将传输数据无线传输到接受器上。测定过程中平均每分钟一个，采集完毕后，升井进行数据传输工作，通过测斜仪数据处理软件，绘制三维动态曲线图，水平偏差为4m，垂直偏差为1m。2018年9月12日4点班，在112103抽放巷加27号钻场12号孔进行钻孔测斜该钻孔设计角度+56°，通过测斜仪数据处理软件，绘制三维动态曲线图进行对比，水平偏差为2m，垂直偏差为5m。2018年9月2日8点班，在112103抽放巷27号钻场7号孔进行钻孔测斜该钻孔设计角度+60°，通过测斜仪数据处理软件，绘制三维动态曲线图进行对比，水平偏差为3m，垂直偏差为1m。抽放巷钻孔测斜成果表如表1所示。

根据数据显示钻孔轨迹成弧线上升，平均每钻进20米钻孔角度提高一度。通过实测钻孔的偏斜轨迹，可以修正井下地质前探钻孔及抽放钻孔取得的地质数据，使得抽放钻孔资料的分析更接近实际状况及抽采钻孔控制范围更加精准。

5 钻孔保直技术

测斜轨迹有了成果后，为了进一步减少钻孔偏差，做好钻杆保直钻进就刻不容缓。抽采队提出打钻过程中使用钻杆扶正器。施工方案是： 先施工直径φ113mm的钻孔3米，而后安装防喷孔装置接头，在换用直径φ94mm的钻头钻进，第二根钻杆连接钻杆扶正器，施工至见到煤层，退杆换掉扶正器，正常钻进穿过煤层。通过使用扶正器，钻孔岩孔段保直得到大幅度提高，右图为112103抽放巷23号钻场11号孔使用扶正器后的钻孔轨迹：水平偏差最大为1m，垂直偏差最大为0.7m。

6 经济效益、社会效益

结合井下测斜和探测实践，提出合理化、准确的理论基础及经验，充分利用钻孔测斜仪的优点，通过实测钻孔的偏斜轨迹，修正抽放钻孔和井下地质前探钻孔取得的钻孔数据，使得抽放钻孔的分析更接近实际状况，达到探查各种局部地质变化和控制抽放有效范围的目的，为井下采掘活动提供可靠的地质保障。同时为提高钻孔使用效率、创造节约型矿井打下了基础。

结束语

由于采用无缆测斜技术，测斜无需电缆，借助钻杆推送探管，实现了真正意义上的全方位测量，使上仰、下俯、水平各种钻孔测斜简便。要求抽放巷穿层钻孔每个钻场必须进行至少三次测斜测定，并进行分析。连续两次测斜测定分析，发现钻孔钻孔位置超过10%，必须增加一个测斜测定钻孔，并详细分析，采取措施杜绝抽采空白带出现。确定钻孔的偏斜轨迹，准确控制钻孔见煤层、见断层的位置，提高地质资料分析的准确性。钻孔测斜技术是一种最佳的选择，可解决巷道误揭煤、误揭构造给正常生产工作带来的经济损失。经过多次探测实例总结计算后发现，因钻孔偏移轨迹情况不明所造成的经济损失，占整个钻孔施工投入费用的30%左右。

参考文献：

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[2] 宋淑光， 赵元强， 马会章. 大口径深排水钻孔施工工艺[J]. 山东煤炭科技，2009，（5）：15.

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