复杂地质条件下穿层钻孔施工技术研究

曹佩永，程 浩

淮北海孜煤电公司，安徽淮北 235000

0 引言

淮北海孜煤电公司位于安徽省淮北市濉溪县境内。矿井范围东南以大马家断层与淮北临涣煤电公司毗邻，西以大刘家断层为界，北至3煤层-800m水平投影线，呈一不规则三角形。整个井田被吴坊断层自然切割为两个区，即西部井（断层以南三角区）和大井，矿井核定生产能力为年产169万吨。

大井主采煤层有中煤组7、8、9煤及下煤组10煤层，且均为突出煤层。因此做好防突工作是矿井安全生产的重要环节。根据有关规定突出煤层的开采必须坚持区域和局部的“四位一体”综合防突措施，在区域防突措施中应优先采用开采保护层，在无保护层开采的前提下，采掘前的区域瓦斯治理必须采用穿层钻孔对煤层瓦斯进行区域预抽已达到解突的目的。因此，穿层钻孔的施工成为矿井防突工作中一项最常规的工作。

1 矿井地质概况

海孜煤电公司含煤地层为二叠系，其中山西组（P1s）、下石盒子组（P1xs）和上石盒子组（P2ss）为主要含煤组。可采煤层有4、7、8、9、10煤层等5层，可采总厚10.23m。4、10煤层为较稳定煤层，7、9煤层为不稳定-极不稳定煤层， 8煤层为极不稳定煤层。海孜矿井下地质构造复杂、断层、褶曲发育，因此造成煤层在走向或倾向上起伏变化大，煤层赋存不稳定，厚度变化频繁。

另外受到施工、钻孔下沉等诸多原因影响，穿层钻孔终孔位置与设计存在偏差

2 穿层钻孔存在问题分析

穿层钻孔施工是突出煤层区域解突一种重要手段，因此按照设计要求把穿层钻孔施工到位，是瓦斯治理能否取得良好效果的前提。

穿层钻孔设计是在明确要保护的煤层范围前提下，根据煤层底板等高线图及煤厚计算出钻孔终孔点标高，终孔点与开孔点标高差为钻孔的垂直高度，然后从图上量出钻孔开孔点到终孔点的平面距离，利用三角函数即可计算得出钻孔的角度和孔深参数，然后绘制出图表，交付施工。海孜煤煤矿由于煤层赋存不稳定，断层、褶曲发育给钻孔的设计和施工带来了很大的困难，钻孔终孔后偏离设计位置，造成重复补孔，统计显示2009年在86采区和Ⅱ102采区施工的70个穿层钻孔中，经实测和上图分析后满足设计要求的只有45%，有55%钻孔偏离设计位置2m以上，其中又有47%落在保护范围以外（见图1）。

3 影响穿层钻孔精确定位因素分析

1）科学设计是钻孔精确定位的前提， 由于矿井地质条件复杂使得作为设计主要依据的煤层底板等高线图，难以真实反映出矿井煤层变化情况，特别是局部煤层福村的真实情况，因此影响了设计的科学性；

2）钻孔施工过程中钻机工操作不当，钻机旋转与给进力未根据岩性变化及时调整，使钻孔偏离设计方位；

图1 技改前穿层钻孔施工效果图

3）钻孔的开孔位置、角度和方位未严格执行设计，从而使终孔点出现偏差。

4 技术改进措施

4.1 改进钻孔设计方法

先设计少量定位孔对一定区域进行控制，然后根据定位孔施工结果确定煤层位置，再根据新确定的煤层位置调整钻孔设计。走从设计到实践再修改设计再实践的技术路线。

确定定位钻孔：采用“十字定位”法，即先施工控制范围内中轴线上的钻孔4到6个作为钻孔精确定位的基础孔。

定位煤层位置：采用“回归校正”法，即把定位孔的施工结果上图分析，再进行等高线的校正。

修改钻孔设计：根据“回归校正”结果，重新修改钻孔设计。

打钻结果分析：把打钻结果上图分析，对偏差大于2m的补孔。

4.2 提高钻工操作技能

1）通过实践总结出在不同岩性施工中，钻机给进力和旋转力的变化范围，提高钻机操作的科学性；

2）对区域施工的穿层钻孔，技术人员做出地质柱状图，然后根据岩性的变化让钻工有目的操作，避免盲目性；

3）完善管理制度 加强综合技能培训，强化现场管理，严格质量考核，增强钻工的责任意识。

4.3 改进开孔定位技术

图2 钻孔方位快速定位仪

推广应用穿层钻孔开孔快速定位法，通过研究改进制作了“钻孔方位快速定位仪 ”，有效的解决了原“引线法”精度控制差、耗时长的缺点，提高了钻孔开孔方位的准确性（见图2）。

4.4 合理布置钻场

调整和优化开孔的位置和角度，合理布置钻场（见图3）， 从原来的钻场一侧布置钻孔向依钻场为中心向两侧发散布置，增大钻孔的角度、缩短钻孔长度。

图3 钻孔调整示意图

5 效果分析

1）在原穿层钻孔施工中前，存在钻孔偏差大，不合格钻孔多，补孔数量大。通过一系列技术改进，穿层钻孔一次成孔率由原45%提高到现在的95%以上，补孔率由55%下降到现在的5%。从2008年至今，平均每施工穿层钻孔约83 700m，通过技术改进后每年可节约工程量约41 850m，可节约直接经济效益为1 255.5万元；

2）钻孔的精确定位，实现了终孔的均匀布置，从而能有效提高抽放效果，如86三区段单个钻场相比较抽放纯量提高了一倍；

3）通过“十字定位”、“回归校正”方法对煤层等高线修改调整，完善了地质资料，精准确定了煤层等高线，更有利于指导生产。

6 结论

穿层钻孔施工直接关系到煤层瓦斯预抽效果，加强穿层钻孔施工技术研究，是一项切实有效的工作，不但提高了钻探效率，创造了良好的经济效益，更主要的瓦斯治理技术水平的提高，为矿井的安全生产奠定了基础。