影響煤礦井下鉆孔施工軌跡的幾點(diǎn)因素分析

張蒙遠(yuǎn)

中煤新集地勘公司 安徽淮南 232001

煤礦井下鉆孔施工技術(shù)主要用于瓦斯抽采、探放水及地質(zhì)探測(cè)。作為瓦斯治理和水害防治的主要手段，其鉆進(jìn)設(shè)備的改進(jìn)和鉆進(jìn)工藝的改良已逐漸受到廣泛的關(guān)注與重視，最終的目的是提高鉆孔施工質(zhì)量與施工效率。提高鉆孔施工質(zhì)量的根本在于“鉆到位”，即鉆孔在孔內(nèi)能夠按照設(shè)定的軌跡施工到指定的層位，所以，提高鉆孔施工質(zhì)量的根本則是提高鉆孔保直鉆進(jìn)效果。然而在實(shí)際施工過程中，受到各種因素影響，鉆孔施工軌跡容易發(fā)生偏斜。本文則是從理論上分析造成鉆孔偏斜幾點(diǎn)原因，并結(jié)合多年鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)，建議性的提出提高鉆孔保直鉆進(jìn)效果的幾點(diǎn)措施，旨在對(duì)鉆孔施工起到一定的指導(dǎo)作用[1]。

1 造成鉆孔偏斜的原因分析

1.1 機(jī)器設(shè)備的因素

鉆孔前的設(shè)備需要高精度定位。鉆場(chǎng)內(nèi)底板不平穩(wěn)，鉆機(jī)安裝時(shí)定位精度誤差太大，都將造成開孔存在誤差，終孔時(shí)存在偏斜的現(xiàn)象。另外，鉆桿及鉆頭等鉆具級(jí)配不合理、鉆桿自身彎曲也可能造成鉆孔偏斜。

1.2 操作方法因素

設(shè)備開動(dòng)時(shí)鉆具轉(zhuǎn)速、下鉆速度和給進(jìn)壓力不當(dāng)，會(huì)給鉆頭底唇刃面帶來受力不均等諸多問題，對(duì)鉆進(jìn)過程突然出現(xiàn)的塌孔、埋鉆和孔內(nèi)巖粉過多等，都會(huì)擠偏鉆具，如不能及時(shí)采取應(yīng)對(duì)糾偏措施，都要致使鉆孔發(fā)生嚴(yán)重偏斜。

1.3 排渣介質(zhì)

排渣介質(zhì)指的是鉆孔施工期間用于排出孔內(nèi)鉆屑的流質(zhì)媒介，主要為壓力水和壓力風(fēng)，部分鉆孔施工采用清水作為排渣介質(zhì)。在單獨(dú)考慮排渣介質(zhì)對(duì)施工軌跡影響時(shí)，主要考慮鉆具自重和鉆屑支撐兩方面影響。采用壓力水施工時(shí)，鉆具自重和水的重量為主導(dǎo)造斜力，鉆孔向下偏斜；采用壓力風(fēng)施工時(shí)，孔內(nèi)鉆屑支撐鉆具，產(chǎn)生向上的支撐力，鉆孔向上偏斜[2]。當(dāng)然，上述結(jié)論是理論上排除一切其它因素單獨(dú)考慮排渣介質(zhì)所產(chǎn)生的造斜力，實(shí)際施工過程中，其對(duì)鉆孔施工軌跡的影響是相對(duì)較小的。

2 保直鉆進(jìn)的幾點(diǎn)建議

2.1 施工準(zhǔn)備

鉆孔施工準(zhǔn)備主要為鉆機(jī)性能檢查和鉆機(jī)穩(wěn)固兩方面。鉆機(jī)性能檢查主要是檢查鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)是否穩(wěn)定、聯(lián)動(dòng)手把操作是否靈敏、夾持器的張緊是否靈敏、壓力調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是否正常等幾方面。鉆機(jī)穩(wěn)固主要是要保證底板的平整和液壓支柱的穩(wěn)固。在安裝鉆機(jī)前，要去除施工地點(diǎn)底板的浮矸、浮煤并鏟平，確保底板平整。前后底梁木要采用規(guī)格統(tǒng)一的方形木。液壓支柱要著力于鉆機(jī)的四角，并在頂板上向外對(duì)角生根，確保四角受力均勻牢固。

2.2 工藝方法保障

開孔很關(guān)鍵，輕壓加慢轉(zhuǎn)，開孔鉆進(jìn)0．3m后要核對(duì)鉆孔的方位和傾角，然后才能正常鉆。盡量選用較粗直徑的鉆桿，隨著鉆孔的逐漸延伸及時(shí)加長(zhǎng)鉆具，保證良好的導(dǎo)向性。當(dāng)變徑時(shí)采取導(dǎo)正鉆具、加長(zhǎng)鉆具、多加擴(kuò)孔器等必要的導(dǎo)正措施。選擇合理的鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)壓力和泵量控制等鉆進(jìn)參數(shù)，軟地層進(jìn)入不能過快，軟硬交替的地層要保持平穩(wěn)鉆進(jìn)[3]。

2.3 無線電磁波隨鉆鉆孔軌跡測(cè)量技術(shù)的測(cè)量方法

通過軌跡測(cè)量?jī)x將測(cè)量的孔底參數(shù)測(cè)量信號(hào)利用低頻電磁波載波信號(hào)向四周進(jìn)行發(fā)射，電磁波通過地層傳感傳輸?shù)娇卓?，在孔口處利用檢波器對(duì)電磁波信號(hào)進(jìn)行接收和檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)到的電磁波進(jìn)行解碼、計(jì)算，得到實(shí)際的軌跡測(cè)量數(shù)據(jù)。該項(xiàng)技術(shù)主要是在施工過程中對(duì)鉆孔傾角、方向角等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)顯示，方便施工人員實(shí)時(shí)掌握鉆孔情況[4]。

2.4 鉆孔軌跡計(jì)算方法

鉆孔坐標(biāo)系主要用于鉆孔設(shè)計(jì)、鉆孔軌跡實(shí)鉆參數(shù)處理、鉆孔施工指導(dǎo)等。當(dāng)鉆孔設(shè)計(jì)軌跡在水平面投影為一條直線孔段時(shí)，該直線孔段即為鉆孔主設(shè)計(jì)方位線；當(dāng)鉆孔設(shè)計(jì)軌跡在水平面投影為一條曲線孔段時(shí)，則選擇鉆孔軌跡上開孔點(diǎn)與終孔點(diǎn)連接的直線段作為鉆孔主設(shè)計(jì)方位。在鉆孔坐標(biāo)系中計(jì)算鉆孔軌跡的方法通常有全角全距法、全角半距法、均角全距法、曲率半徑法及最小曲率法。各種計(jì)算方法的相對(duì)誤差很小，對(duì)后續(xù)地質(zhì)工作沒有重大影響，且定位精度的相對(duì)誤差不受孔深的影響，全角半距法和均角全距法計(jì)算簡(jiǎn)單，更適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[5]。

3 結(jié)語

隨著煤礦開采深度的增加，瓦斯治理的難度也在逐漸增加，高質(zhì)量、大孔徑的瓦斯抽采鉆孔逐漸成為井下瓦斯治理的重要手段之一，而保證鉆孔施工質(zhì)量的最重要因素就是確保鉆孔的實(shí)際落點(diǎn)與設(shè)計(jì)相符，即采取保直鉆進(jìn)技術(shù)確?！般@到位”。而影響保直鉆進(jìn)施工的因素又是方方面面的，既有客觀因素影響，如現(xiàn)場(chǎng)條件、施工設(shè)備、地質(zhì)構(gòu)造的制約，也受主觀因素影響，如鉆孔設(shè)計(jì)、人為操作的影響，且各種因素又相互影響，造成很難以單一數(shù)據(jù)的形式來分析鉆孔的施工軌跡，從而提出有效的保直鉆進(jìn)的辦法。所以，該領(lǐng)域目前仍然缺乏相對(duì)成熟的理論支撐，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)研究。