井下鉆孔保直工藝初探

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

關鍵詞：井下鉆孔；鉆探；保直；穩定器

隨著煤炭工業的快速發展，煤礦水害防治理念不斷更新，防治水技術、裝備和管理水平有了很大提升，《煤礦防治水細則》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、地質構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格爾旗大路鎮，井田面積約28.57km2。其中主采煤層6煤為全區可采的較穩定煤層，6煤層平均采厚約18m，綜放開采，采4m，放13.2m。煤層厚度巨大，結構較復雜，含1～16層夾矸，一般含4～7層夾矸，夾矸巖性多為泥巖、砂質泥巖。煤層頂板多為粗粒砂巖、細粒砂巖，局部為泥巖；底板多為泥巖、砂質粘土巖，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泥巖、粉砂巖、泥巖、中砂巖、細砂巖及粗砂巖組成，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”等綜合防治措施，從“查構造、放頂水、固底板、堵通道”等方面開展工作，通過鉆孔實現超前探查構造、頂板砂巖水疏放、底板隔水層厚度探查加固、對斷層等導水通道注漿封堵。

唐家會煤礦常規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，構造相對復雜，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，鉆孔設計孔深140～160m，為確保鉆孔能按設計鉆孔施工至終孔位置，鉆孔的保直愈發重要。隨著煤炭產量需求的快速增長，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、鉆機設備安裝時，底板不平整、有虛貨，造成鉆機不穩固，鉆機開孔時，鉆頭不按設計參數方向的軸線旋轉；

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致各部件緊固螺栓松動未及時發現，鉆機自身晃動影響鉆孔軌跡；

3、鉆孔開孔預下套管，因鉆孔段與套管存在孔隙，在固接套管時，套管未能按照設計參數（方位、傾角）調整固接方向，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壓力不夠或施工人員操作不當，導致施工時煤巖粉無法完全排出，沉底在鉆孔下側，對鉆頭及鉆桿有向上的彎曲的阻力；

5、鉆頭、鉆桿本身彎曲、質量不合格等因素都會造成鉆孔軌跡出現歪斜。

（二）客觀因素

1、地層影響：當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，鉆孔容易在孔內甩動，導致鉆孔與設計相差較遠。

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，確保鉆機穩固基礎平整，開孔時控制殘尺，合理開孔，確保孔口與鉆桿方向一致；

2、鉆孔施工時隨時關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整套管參數（方位、傾角）與鉆孔設計參數一致，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、每根鉆桿施工結束要往返拉動鉆桿，確保孔內煤巖粉排盡；

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，對彎曲鉆桿嚴禁使用；

6、對設計層位變化時（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、重力等影響導致鉆孔軌跡偏移的問題。

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

穩定器在大量投入使用過程中，需要經常檢查磨損情況，磨損影響鉆孔保直效果，磨損嚴重不及時更換甚至會增大鉆孔偏斜，選用合適的穩定器就尤為重要，要綜合考慮穩定器更換方便、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）作為穩定器，配合Φ75mm復合片鉆頭實現排渣暢通、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自動擰卸，在應力集中地段、過構造破碎帶均有較好的表現，實現快速鉆進與保直鉆進的有效結合。

參考文獻：

[1]程合玉.井下肋骨鉆桿的設計與應用[J].科技經濟導刊，2016.

[2]鄢泰寧.巖土鉆掘工程學[M].武漢：中國地質大學出版社，2014.

[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，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 ，當前職務：副部長 ，當前職稱：工程師 ，學歷：本科，

研究方向：煤礦地質防治水 .