煤矿井下瓦斯抽采钻孔偏斜规律及对策研究

2020-10-20吴刘洋郝玉祥罗虎

科学与财富 2020年21期

吴刘洋郝玉祥罗虎

摘要：钻孔在施工过程中受多种因素的影响经常会出现不同程度的偏斜，且孔越深偏斜程度越明显，当钻孔偏斜超过一定的范围，就会减低甚至失去作用，严重影响了钻孔的瓦斯抽采效果。因此，对井下瓦斯抽采钻孔偏斜规律的研究变得尤为重要，经过对钻孔在施工过程中存在的问题及产生偏斜的主要原因、规律着重分析，总结出钻孔施工过程中应对偏斜的措施、对策和方法，从而指导钻孔的施工，保证钻孔的合格率。

关键词：钻孔;偏斜规律;对策

祁东煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，在进行采掘活动之前必须进行瓦斯治理，目前，我矿普遍采用施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯。但是，在钻孔实际施工过程中，由于自然、技术以及人为因素的影响，实际的钻孔轨迹与设计轨迹相差很大，造成钻孔偏斜，严重影响钻孔的抽采效果，不能达到预期的抽采目标。

1 钻孔偏斜的原因及规律

1.1 鉆孔偏斜的原因

钻孔产生偏斜的主要愿意分为两类，即地质条件因素和工艺技术因素。

1.1.1 地质条件因素

（1）采用相同直径的钻头、钻具组合以及钻探工艺钻进不同硬度地层时，一般在硬岩中成孔直径较小，而软岩层更有利于钻孔弯曲。

（2）地层的层理、片理、裂隙、断层、软硬互层、溶洞、卵砾石等结构构造使岩层具有不均质性，在这种地层中钻进时，钻头在孔底受力不平衡，容易引起钻孔弯曲。其中层理、片理和软硬互层对钻孔轨迹弯曲影响最大。

1.1.2 工艺技术因素

（1）在开孔钻进时，因开孔速度过快、钻压过大，使钻杆弯曲轴心与钻孔不在同一条直线上造成钻孔偏斜。

（2）钻进时钻机上钻具过长，容易使钻杆产生较大的摆动，影响钻头在孔底钻进的稳定性。

（3）使用弯曲的钻杆、岩芯管等导致钻具连接不正同心度差，造成钻孔偏斜。

（4）钻进过程中钻压、转速控制不当，使钻杆产生较大弯曲造成钻孔偏斜。

（5）在松散、破碎的岩层或煤层中钻进，因使用的冲洗液量过大破坏孔壁，导致钻孔内局部塌孔，使孔径扩大，加压钻进时钻杆有弯曲空间，易造成钻孔偏斜。

1.2 钻孔偏斜的规律

（1）垂直于层理方向，硬度最小，破碎阻力小，破碎速度快，孔壁间隙最小，不易发生弯曲;平行于层理方向的硬度最大，破碎阻力最大，破碎速度最慢，孔壁间隙最大，使钻头稳定量差，钻孔容易弯曲;与层理斜交方向岩层的硬度、破碎阻力、破碎速度以及钻孔弯曲程度介于两者之间。

（2）钻头由软岩层进入硬岩层时，靠层面上硬岩一端孔底反力的合力大，靠软岩一端孔底反力的合力小，不仅钻头两端存在钻速差和孔底不对称不均匀破碎，而且将产生一倾倒力矩 M 使钻头扭转，并沿着地层上倾方向，即垂自于层面方向弯曲（称为“顶层进”），见1左侧图。

（3）钻头由硬岩层进入软岩层时，钻头靠层面上软岩一侧的钻速快，靠硬岩一侧的钻速慢，加之产生的倾倒力矩，使钻孔有向地层下倾方向弯曲的趋势（称为“顺层跑”）。

（4）一般情况下，大推力、高转速可实现钻孔向上弯曲;反之，小推力、低转速则使钻孔向下弯曲。

（5）在孔内岩粉能返出孔外的前提下，冲洗液量过大钻孔会有下斜趋势，过小则会使钻孔有上仰趋势。

2 实例分析

2.1 钻孔施工

在一采区9煤1# 瓦斯抽采巷选取2个钻孔进行测斜试验：101组1#孔和136组4# 孔。

2.2 钻孔测斜

使用西安煤科院生产的 YHQ-X（B）型全方位测斜仪，采用无缆测量方式，测斜时对各钻孔沿孔深方向每隔10m 测一次钻孔倾角和方位角。

2.3 钻孔测斜结果分析

根据钻孔施工岩性可以看出，此地点所施工钻孔穿过区域基本为泥岩和砂岩互层，局部全泥岩，岩性较软，钻孔在施工过程中，钻孔倾角一般向下弯曲，钻孔深度越深，其弯曲度越大，越有可能施工不到设计煤层层位;101组1# 孔方位与设计基本无偏差，136组4# 孔钻孔方位呈增大趋势，钻孔方位角在不同区域偏斜规律不明显。

3 预防钻孔偏斜的措施和对策

3.1 预防钻孔偏斜的措施

（1）钻机安装要平稳牢固，在条件允许的情况下打设水泥地坪，座钻机时打牢压车柱，严防钻机在施工过程中移动。

（2）在开孔过程中，钻机上钻杆不易过长，防止钻杆大幅度摆动造成开孔偏斜。

（3）使用合格的钻机、钻具，上下钻具前认真检查，发现钻杆有弯曲或磨损严重的及时更换。

（4）钻进过程中合理控制钻进压力，严禁过量加压，防止钻杆受压弯曲。

（5）钻进过程中，遇软硬互层或岩石由完整变破碎等情况时，要均匀减压减速钻进，并对冲洗液的量加以控制。

3.2 预防钻孔偏斜的对策

3.2.1 组合钻具法

采用稳定组合钻具法，增强钻具的导向性和稳定性，达到钻孔保直或初级定向的目的。

3.2.2 设计钻孔结合偏斜规律

（1）设计钻孔时尽量使钻孔垂直于岩层层面及岩层走向。