影响煤矿井下钻孔施工轨迹的几点因素分析

张蒙远

中煤新集地勘公司 安徽淮南 232001

煤矿井下钻孔施工技术主要用于瓦斯抽采、探放水及地质探测。作为瓦斯治理和水害防治的主要手段，其钻进设备的改进和钻进工艺的改良已逐渐受到广泛的关注与重视，最终的目的是提高钻孔施工质量与施工效率。提高钻孔施工质量的根本在于“钻到位”，即钻孔在孔内能够按照设定的轨迹施工到指定的层位，所以，提高钻孔施工质量的根本则是提高钻孔保直钻进效果。然而在实际施工过程中，受到各种因素影响，钻孔施工轨迹容易发生偏斜。本文则是从理论上分析造成钻孔偏斜几点原因，并结合多年钻孔施工经验，建议性的提出提高钻孔保直钻进效果的几点措施，旨在对钻孔施工起到一定的指导作用[1]。

1 造成钻孔偏斜的原因分析

1.1 机器设备的因素

钻孔前的设备需要高精度定位。钻场内底板不平稳，钻机安装时定位精度误差太大，都将造成开孔存在误差，终孔时存在偏斜的现象。另外，钻杆及钻头等钻具级配不合理、钻杆自身弯曲也可能造成钻孔偏斜。

1.2 操作方法因素

设备开动时钻具转速、下钻速度和给进压力不当，会给钻头底唇刃面带来受力不均等诸多问题，对钻进过程突然出现的塌孔、埋钻和孔内岩粉过多等，都会挤偏钻具，如不能及时采取应对纠偏措施，都要致使钻孔发生严重偏斜。

1.3 排渣介质

排渣介质指的是钻孔施工期间用于排出孔内钻屑的流质媒介，主要为压力水和压力风，部分钻孔施工采用清水作为排渣介质。在单独考虑排渣介质对施工轨迹影响时，主要考虑钻具自重和钻屑支撑两方面影响。采用压力水施工时，钻具自重和水的重量为主导造斜力，钻孔向下偏斜；采用压力风施工时，孔内钻屑支撑钻具，产生向上的支撑力，钻孔向上偏斜[2]。当然，上述结论是理论上排除一切其它因素单独考虑排渣介质所产生的造斜力，实际施工过程中，其对钻孔施工轨迹的影响是相对较小的。

2 保直钻进的几点建议

2.1 施工准备

钻孔施工准备主要为钻机性能检查和钻机稳固两方面。钻机性能检查主要是检查钻机的液压系统是否稳定、联动手把操作是否灵敏、夹持器的张紧是否灵敏、压力调节与转速调节是否正常等几方面。钻机稳固主要是要保证底板的平整和液压支柱的稳固。在安装钻机前，要去除施工地点底板的浮矸、浮煤并铲平，确保底板平整。前后底梁木要采用规格统一的方形木。液压支柱要着力于钻机的四角，并在顶板上向外对角生根，确保四角受力均匀牢固。

2.2 工艺方法保障

开孔很关键，轻压加慢转，开孔钻进0．3m后要核对钻孔的方位和倾角，然后才能正常钻。尽量选用较粗直径的钻杆，随着钻孔的逐渐延伸及时加长钻具，保证良好的导向性。当变径时采取导正钻具、加长钻具、多加扩孔器等必要的导正措施。选择合理的钻进速度、钻进压力和泵量控制等钻进参数，软地层进入不能过快，软硬交替的地层要保持平稳钻进[3]。

2.3 无线电磁波随钻钻孔轨迹测量技术的测量方法

通过轨迹测量仪将测量的孔底参数测量信号利用低频电磁波载波信号向四周进行发射，电磁波通过地层传感传输到孔口，在孔口处利用检波器对电磁波信号进行接收和检测，并对检测到的电磁波进行解码、计算，得到实际的轨迹测量数据。该项技术主要是在施工过程中对钻孔倾角、方向角等数据进行监测和实时显示，方便施工人员实时掌握钻孔情况[4]。

2.4 钻孔轨迹计算方法

钻孔坐标系主要用于钻孔设计、钻孔轨迹实钻参数处理、钻孔施工指导等。当钻孔设计轨迹在水平面投影为一条直线孔段时，该直线孔段即为钻孔主设计方位线；当钻孔设计轨迹在水平面投影为一条曲线孔段时，则选择钻孔轨迹上开孔点与终孔点连接的直线段作为钻孔主设计方位。在钻孔坐标系中计算钻孔轨迹的方法通常有全角全距法、全角半距法、均角全距法、曲率半径法及最小曲率法。各种计算方法的相对误差很小，对后续地质工作没有重大影响，且定位精度的相对误差不受孔深的影响，全角半距法和均角全距法计算简单，更适合现场应用[5]。

3 结语

随着煤矿开采深度的增加，瓦斯治理的难度也在逐渐增加，高质量、大孔径的瓦斯抽采钻孔逐渐成为井下瓦斯治理的重要手段之一，而保证钻孔施工质量的最重要因素就是确保钻孔的实际落点与设计相符，即采取保直钻进技术确保“钻到位”。而影响保直钻进施工的因素又是方方面面的，既有客观因素影响，如现场条件、施工设备、地质构造的制约，也受主观因素影响，如钻孔设计、人为操作的影响，且各种因素又相互影响，造成很难以单一数据的形式来分析钻孔的施工轨迹，从而提出有效的保直钻进的办法。所以，该领域目前仍然缺乏相对成熟的理论支撑，应继续加强研究。