復(fù)雜地質(zhì)條件下穿層鉆孔施工技術(shù)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(nèi)。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(guī)則三角形。整個(gè)井田被吳坊斷層自然切割為兩個(gè)區(qū)，即西部井（斷層以南三角區(qū)）和大井，礦井核定生產(chǎn)能力為年產(chǎn)169萬(wàn)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(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)有關(guān)規(guī)定突出煤層的開(kāi)采必須堅(jiān)持區(qū)域和局部的“四位一體”綜合防突措施，在區(qū)域防突措施中應(yīng)優(yōu)先采用開(kāi)采保護(hù)層，在無(wú)保護(hù)層開(kāi)采的前提下，采掘前的區(qū)域瓦斯治理必須采用穿層鉆孔對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行區(qū)域預(yù)抽已達(dá)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(xiàng)最常規(guī)的工作。

1 礦井地質(zhì)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?？刹擅簩佑?、7、8、9、10煤層等5層，可采總厚10.23m。4、10煤層為較穩(wěn)定煤層，7、9煤層為不穩(wěn)定-極不穩(wěn)定煤層， 8煤層為極不穩(wěn)定煤層。海孜礦井下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷層、褶曲發(fā)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(wěn)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(shè)計(jì)存在偏差

2 穿層鉆孔存在問(wèn)題分析

穿層鉆孔施工是突出煤層區(qū)域解突一種重要手段，因此按照設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)是在明確要保護(hù)的煤層范圍前提下，根據(jù)煤層底板等高線圖及煤厚計(jì)算出鉆孔終孔點(diǎn)標(biāo)高，終孔點(diǎn)與開(kāi)孔點(diǎn)標(biāo)高差為鉆孔的垂直高度，然后從圖上量出鉆孔開(kāi)孔點(diǎn)到終孔點(diǎn)的平面距離，利用三角函數(shù)即可計(jì)算得出鉆孔的角度和孔深參數(shù)，然后繪制出圖表，交付施工。海孜煤煤礦由于煤層賦存不穩(wěn)定，斷層、褶曲發(fā)育給鉆孔的設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了很大的困難，鉆孔終孔后偏離設(shè)計(jì)位置，造成重復(fù)補(bǔ)孔，統(tǒng)計(jì)顯示2009年在86采區(qū)和Ⅱ102采區(qū)施工的70個(gè)穿層鉆孔中，經(jīng)實(shí)測(cè)和上圖分析后滿足設(shè)計(jì)要求的只有45%，有55%鉆孔偏離設(shè)計(jì)位置2m以上，其中又有47%落在保護(hù)范圍以外（見(jiàn)圖1）。

3 影響穿層鉆孔精確定位因素分析

1）科學(xué)設(shè)計(jì)是鉆孔精確定位的前提， 由于礦井地質(zhì)條件復(fù)雜使得作為設(shè)計(jì)主要依據(jù)的煤層底板等高線圖，難以真實(shí)反映出礦井煤層變化情況，特別是局部煤層福村的真實(shí)情況，因此影響了設(shè)計(jì)的科學(xué)性；

2）鉆孔施工過(guò)程中鉆機(jī)工操作不當(dāng)，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)與給進(jìn)力未根據(jù)巖性變化及時(shí)調(diào)整，使鉆孔偏離設(shè)計(jì)方位；

圖1 技改前穿層鉆孔施工效果圖

3）鉆孔的開(kāi)孔位置、角度和方位未嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)，從而使終孔點(diǎn)出現(xiàn)偏差。

4 技術(shù)改進(jìn)措施

4.1 改進(jìn)鉆孔設(shè)計(jì)方法

先設(shè)計(jì)少量定位孔對(duì)一定區(qū)域進(jìn)行控制，然后根據(jù)定位孔施工結(jié)果確定煤層位置，再根據(jù)新確定的煤層位置調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)。走從設(shè)計(jì)到實(shí)踐再修改設(shè)計(jì)再實(shí)踐的技術(shù)路線。

確定定位鉆孔：采用“十字定位”法，即先施工控制范圍內(nèi)中軸線上的鉆孔4到6個(gè)作為鉆孔精確定位的基礎(chǔ)孔。

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

修改鉆孔設(shè)計(jì)：根據(jù)“回歸校正”結(jié)果，重新修改鉆孔設(shè)計(jì)。

打鉆結(jié)果分析：把打鉆結(jié)果上圖分析，對(duì)偏差大于2m的補(bǔ)孔。

4.2 提高鉆工操作技能

1）通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出在不同巖性施工中，鉆機(jī)給進(jìn)力和旋轉(zhuǎn)力的變化范圍，提高鉆機(jī)操作的科學(xué)性；

2）對(duì)區(qū)域施工的穿層鉆孔，技術(shù)人員做出地質(zhì)柱狀圖，然后根據(jù)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(qiáng)綜合技能培訓(xùn)，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格質(zhì)量考核，增強(qiáng)鉆工的責(zé)任意識(shí)。

4.3 改進(jìn)開(kāi)孔定位技術(shù)

圖2 鉆孔方位快速定位儀

推廣應(yīng)用穿層鉆孔開(kāi)孔快速定位法，通過(guò)研究改進(jìn)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(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提高了鉆孔開(kāi)孔方位的準(zhǔn)確性（見(jiàn)圖2）。

4.4 合理布置鉆場(chǎng)

調(diào)整和優(yōu)化開(kāi)孔的位置和角度，合理布置鉆場(chǎng)（見(jiàn)圖3）， 從原來(lái)的鉆場(chǎng)一側(cè)布置鉆孔向依鉆場(chǎng)為中心向兩側(cè)發(fā)散布置，增大鉆孔的角度、縮短鉆孔長(zhǎng)度。

圖3 鉆孔調(diào)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(bǔ)孔數(shù)量大。通過(guò)一系列技術(shù)改進(jìn)，穿層鉆孔一次成孔率由原45%提高到現(xiàn)在的95%以上，補(bǔ)孔率由55%下降到現(xiàn)在的5%。從2008年至今，平均每施工穿層鉆孔約83 700m，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)后每年可節(jié)約工程量約41 850m，可節(jié)約直接經(jīng)濟(jì)效益為1 255.5萬(wàn)元；

2）鉆孔的精確定位，實(shí)現(xiàn)了終孔的均勻布置，從而能有效提高抽放效果，如86三區(qū)段單個(gè)鉆場(chǎng)相比較抽放純量提高了一倍；

3）通過(guò)“十字定位”、“回歸校正”方法對(duì)煤層等高線修改調(diào)整，完善了地質(zhì)資料，精準(zhǔn)確定了煤層等高線，更有利于指導(dǎo)生產(chǎn)。

6 結(jié)論

穿層鉆孔施工直接關(guān)系到煤層瓦斯預(yù)抽效果，加強(qiáng)穿層鉆孔施工技術(shù)研究，是一項(xiàng)切實(shí)有效的工作，不但提高了鉆探效率，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，更主要的瓦斯治理技術(shù)水平的提高，為礦井的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。