井下鉆孔保直工藝初探

摘 要：隨著煤炭產(chǎn)量需求的快速增長，對井下鉆探精度、施工效率要求也越來越高，如何實現(xiàn)鉆孔快速、保直鉆進亟待進一步研究、提高。

關(guān)鍵詞：井下鉆孔；鉆探；保直；穩(wěn)定器

隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，煤礦水害防治理念不斷更新，防治水技術(shù)、裝備和管理水平有了很大提升，《煤礦防治水細(xì)則》將“井下探放水”列為第四章，明確了“探”在水害防治措施中的核心地位和先導(dǎo)作用。鉆探是目前查清采掘工作面及周邊老空水、含水層富水性、地質(zhì)構(gòu)造以及注漿治理等最直接、有效的探查方式。

一、鉆孔保直工藝的需求

唐家會煤礦位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗大路鎮(zhèn)，井田面積約28.57km2。其中主采煤層6煤為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層，6煤層平均采厚約18m，綜放開采，采4m，放13.2m。煤層厚度巨大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含1～16層夾矸，一般含4～7層夾矸，夾矸巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖。煤層頂板多為粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖，局部為泥巖；底板多為泥巖、砂質(zhì)粘土巖，局部為粗粒砂巖。6煤頂板上覆厚約50m的砂巖含水層，6煤底板奧灰含水層，6煤底板隔水層巖性由砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖、中砂巖、細(xì)砂巖及粗砂巖組成，局部地點砂巖直接覆蓋在奧灰含水層之上。隔水層厚35.37～88.79m，平均52.3m。

唐家會煤礦主要充水水源為頂板砂巖水，潛在威脅充水水源為底板奧灰水，遵循“探、防、堵、疏、排、截、監(jiān)”等綜合防治措施，從“查構(gòu)造、放頂水、固底板、堵通道”等方面開展工作，通過鉆孔實現(xiàn)超前探查構(gòu)造、頂板砂巖水疏放、底板隔水層厚度探查加固、對斷層等導(dǎo)水通道注漿封堵。

唐家會煤礦常規(guī)鉆孔采用中國煤炭科工集團西安研究院有限公司的ZDY3200S型全液壓坑道鉆機，主要施工超前鉆探鉆孔、頂板砂巖疏放水鉆孔、底板奧灰探查鉆孔、異常區(qū)探查以及注漿加固治理鉆孔，礦井自建井開始，在井筒、井底車場及巷道施工過程中揭露大小斷層共53處，落差1～13m，構(gòu)造相對復(fù)雜，為可靠探查分析，對鉆孔保直要求較高，其中超前探查鉆孔為保證足夠的運行掘進距離和超前距，鉆孔設(shè)計孔深140～160m，為確保鉆孔能按設(shè)計鉆孔施工至終孔位置，鉆孔的保直愈發(fā)重要。隨著煤炭產(chǎn)量需求的快速增長，對井下鉆探精度、施工效率要求也越來越高，如何實現(xiàn)鉆孔快速、保直鉆進亟待進一步研究、提高。

二、鉆孔偏斜的原因分析

（一）人為因素

1、鉆機設(shè)備安裝時，底板不平整、有虛貨，造成鉆機不穩(wěn)固，鉆機開孔時，鉆頭不按設(shè)計參數(shù)方向的軸線旋轉(zhuǎn)；

2、鉆孔跑道與橫梁固定螺絲松動，造成鉆機機身偏斜，鉆機施工過程鉆機震動導(dǎo)致各部件緊固螺栓松動未及時發(fā)現(xiàn)，鉆機自身晃動影響鉆孔軌跡；

3、鉆孔開孔預(yù)下套管，因鉆孔段與套管存在孔隙，在固接套管時，套管未能按照設(shè)計參數(shù)（方位、傾角）調(diào)整固接方向，鉆孔正常鉆進時，套管與鉆桿方向有偏差，套管迫使鉆孔向一邊偏斜，影響鉆孔施工軌跡；

4、鉆孔施工的排渣介質(zhì)壓力不夠或施工人員操作不當(dāng)，導(dǎo)致施工時煤巖粉無法完全排出，沉底在鉆孔下側(cè)，對鉆頭及鉆桿有向上的彎曲的阻力；

5、鉆頭、鉆桿本身彎曲、質(zhì)量不合格等因素都會造成鉆孔軌跡出現(xiàn)歪斜。

（二）客觀因素

1、地層影響：當(dāng)鉆孔鉆進至巖層分界面（軟硬交界面），尤其是斜穿巖層分界面時，不同巖層對鉆頭的抗破碎阻力不同，鉆孔會向垂直于層面的方向彎曲；

2、鉆桿自重影響：鉆孔越深，鉆桿自重越大，鉆孔越容易偏斜；

3、鉆孔內(nèi)徑與鉆桿外徑影響：鉆頭與鉆桿外徑相差較大時，鉆孔容易在孔內(nèi)甩動，導(dǎo)致鉆孔與設(shè)計相差較遠(yuǎn)。

三、鉆孔保直工藝初探

1、盡最大可能將施工處底板整平到實底或打水泥地坪，確保鉆機穩(wěn)固基礎(chǔ)平整，開孔時控制殘尺，合理開孔，確?？卓谂c鉆桿方向一致；

2、鉆孔施工時隨時關(guān)注壓車柱的牢靠情況及鉆機各活動部件的緊固情況，有松動及時停機緊固，通過加裝機身限位裝置防止機身跑偏；

3、下套管后，采用在套管下墊木條等方式調(diào)整套管參數(shù)（方位、傾角）與鉆孔設(shè)計參數(shù)一致，防止透孔時對套管方向與鉆桿方向不一致，影響鉆孔保直施工。

4、每根鉆桿施工結(jié)束要往返拉動鉆桿，確?？變?nèi)煤巖粉排盡；

5、定期檢查鉆桿彎曲情況，對不合格鉆桿及時報廢處理，同時加尺人員輕拿輕放鉆桿，對彎曲鉆桿嚴(yán)禁使用；

6、對設(shè)計層位變化時（軟硬巖交界面），提前減壓，輕壓鉆進，待鉆頭完全進入軟巖或硬巖，方可加壓至正常鉆進壓力（3～5MPa）；

7、通過選用合理的穩(wěn)定器后接鉆頭，并與鉆桿組合形成組合鉆具。扶正器與鉆頭外徑盡可能接近，減少鉆頭后扶正器與鉆孔內(nèi)徑的孔隙，解決鉆孔因受給進壓力及扭矩作用使鉆桿彎曲、重力等影響導(dǎo)致鉆孔軌跡偏移的問題。

其中穩(wěn)定器總的可分為三類，即旋轉(zhuǎn)刮刀型（圖1，a～d），不旋轉(zhuǎn)橡膠套筒型（圖1，e）和牙輥擴大器型（圖1，f）

穩(wěn)定器在大量投入使用過程中，需要經(jīng)常檢查磨損情況，磨損影響鉆孔保直效果，磨損嚴(yán)重不及時更換甚至?xí)龃筱@孔偏斜，選用合適的穩(wěn)定器就尤為重要，要綜合考慮穩(wěn)定器更換方便、排渣、安裝后的鉆進效率，在研究后，我們選用Φ63.5-Φ73肋骨鉆桿（圖2）作為穩(wěn)定器，配合Φ75mm復(fù)合片鉆頭實現(xiàn)排渣暢通、拆卸更換方便、鉆孔保直的效果。

該肋骨鉆桿可以在ZDY系列的各種鉆機上實現(xiàn)自動擰卸，在應(yīng)力集中地段、過構(gòu)造破碎帶均有較好的表現(xiàn)，實現(xiàn)快速鉆進與保直鉆進的有效結(jié)合。

參考文獻：

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[3]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(shù)，2015.

作者簡介：

鄭金月， 出生年月：1985.8.15 性別：男 ，民族：漢，籍貫（精確到市）：安徽天長市 ，當(dāng)前職務(wù)：副部長 ，當(dāng)前職稱：工程師 ，學(xué)歷：本科，

研究方向：煤礦地質(zhì)防治水 .