井下钻孔保直工艺初探

摘 要：随着煤炭产量需求的快速增长，对井下钻探精度、施工效率要求也越来越高，如何实现钻孔快速、保直钻进亟待进一步研究、提高。

关键词：井下钻孔；钻探；保直；稳定器

随着煤炭工业的快速发展，煤矿水害防治理念不断更新，防治水技术、装备和管理水平有了很大提升，《煤矿防治水细则》将“井下探放水”列为第四章，明确了“探”在水害防治措施中的核心地位和先导作用。钻探是目前查清采掘工作面及周边老空水、含水层富水性、地质构造以及注浆治理等最直接、有效的探查方式。

一、钻孔保直工艺的需求

唐家会煤矿位于鄂尔多斯市准格尔旗大路镇，井田面积约28.57km2。其中主采煤层6煤为全区可采的较稳定煤层，6煤层平均采厚約18m，综放开采，采4m，放13.2m。煤层厚度巨大，结构较复杂，含1～16层夹矸，一般含4～7层夹矸，夹矸岩性多为泥岩、砂质泥岩。煤层顶板多为粗粒砂岩、细粒砂岩，局部为泥岩；底板多为泥岩、砂质粘土岩，局部为粗粒砂岩。6煤顶板上覆厚约50m的砂岩含水层，6煤底板奥灰含水层，6煤底板隔水层岩性由砂质泥岩、粉砂岩、泥岩、中砂岩、细砂岩及粗砂岩组成，局部地点砂岩直接覆盖在奥灰含水层之上。隔水层厚35.37～88.79m，平均52.3m。

唐家会煤矿主要充水水源为顶板砂岩水，潜在威胁充水水源为底板奥灰水，遵循“探、防、堵、疏、排、截、监”等综合防治措施，从“查构造、放顶水、固底板、堵通道”等方面开展工作，通过钻孔实现超前探查构造、顶板砂岩水疏放、底板隔水层厚度探查加固、对断层等导水通道注浆封堵。

唐家会煤矿常规钻孔采用中国煤炭科工集团西安研究院有限公司的ZDY3200S型全液压坑道钻机，主要施工超前钻探钻孔、顶板砂岩疏放水钻孔、底板奥灰探查钻孔、异常区探查以及注浆加固治理钻孔，矿井自建井开始，在井筒、井底车场及巷道施工过程中揭露大小断层共53处，落差1～13m，构造相对复杂，为可靠探查分析，对钻孔保直要求较高，其中超前探查钻孔为保证足够的运行掘进距离和超前距，钻孔设计孔深140～160m，为确保钻孔能按设计钻孔施工至终孔位置，钻孔的保直愈发重要。随着煤炭产量需求的快速增长，对井下钻探精度、施工效率要求也越来越高，如何实现钻孔快速、保直钻进亟待进一步研究、提高。

二、钻孔偏斜的原因分析

（一）人为因素

1、钻机设备安装时，底板不平整、有虚货，造成钻机不稳固，钻机开孔时，钻头不按设计参数方向的轴线旋转；

2、钻孔跑道与横梁固定螺丝松动，造成钻机机身偏斜，钻机施工过程钻机震动导致各部件紧固螺栓松动未及时发现，钻机自身晃动影响钻孔轨迹；

3、钻孔开孔预下套管，因钻孔段与套管存在孔隙，在固接套管时，套管未能按照设计参数（方位、倾角）调整固接方向，钻孔正常钻进时，套管与钻杆方向有偏差，套管迫使钻孔向一边偏斜，影响钻孔施工轨迹；

4、钻孔施工的排渣介质压力不够或施工人员操作不当，导致施工时煤岩粉无法完全排出，沉底在钻孔下侧，对钻头及钻杆有向上的弯曲的阻力；

5、钻头、钻杆本身弯曲、质量不合格等因素都会造成钻孔轨迹出现歪斜。

（二）客观因素

1、地层影响：当钻孔钻进至岩层分界面（软硬交界面），尤其是斜穿岩层分界面时，不同岩层对钻头的抗破碎阻力不同，钻孔会向垂直于层面的方向弯曲；

2、钻杆自重影响：钻孔越深，钻杆自重越大，钻孔越容易偏斜；

3、钻孔内径与钻杆外径影响：钻头与钻杆外径相差较大时，钻孔容易在孔内甩动，导致钻孔与设计相差较远。

三、钻孔保直工艺初探

1、尽最大可能将施工处底板整平到实底或打水泥地坪，确保钻机稳固基础平整，开孔时控制残尺，合理开孔，确保孔口与钻杆方向一致；

2、钻孔施工时随时关注压车柱的牢靠情况及钻机各活动部件的紧固情况，有松动及时停机紧固，通过加装机身限位装置防止机身跑偏；

3、下套管后，采用在套管下垫木条等方式调整套管参数（方位、倾角）与钻孔设计参数一致，防止透孔时对套管方向与钻杆方向不一致，影响钻孔保直施工。

4、每根钻杆施工结束要往返拉动钻杆，确保孔内煤岩粉排尽；

5、定期检查钻杆弯曲情况，对不合格钻杆及时报废处理，同时加尺人员轻拿轻放钻杆，对弯曲钻杆严禁使用；

6、对设计层位变化时（软硬岩交界面），提前减压，轻压钻进，待钻头完全进入软岩或硬岩，方可加压至正常钻进压力（3～5MPa）；

7、通过选用合理的稳定器后接钻头，并与钻杆组合形成组合钻具。扶正器与钻头外径尽可能接近，减少钻头后扶正器与钻孔内径的孔隙，解决钻孔因受给进压力及扭矩作用使钻杆弯曲、重力等影响导致钻孔轨迹偏移的问题。

其中稳定器总的可分为三类，即旋转刮刀型（图1，a～d），不旋转橡胶套筒型（图1，e）和牙辊扩大器型（图1，f）

稳定器在大量投入使用过程中，需要经常检查磨损情况，磨损影响钻孔保直效果，磨损严重不及时更换甚至会增大钻孔偏斜，选用合适的稳定器就尤为重要，要综合考虑稳定器更换方便、排渣、安装后的钻进效率，在研究后，我们选用Φ63.5-Φ73肋骨钻杆（图2）作为稳定器，配合Φ75mm复合片钻头实现排渣畅通、拆卸更换方便、钻孔保直的效果。

该肋骨钻杆可以在ZDY系列的各种钻机上实现自动拧卸，在应力集中地段、过构造破碎带均有较好的表现，实现快速钻进与保直钻进的有效结合。

参考文献：

[1]程合玉.井下肋骨钻杆的设计与应用[J].科技经济导刊，2016.

[2]鄢泰宁.岩土钻掘工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，2014.

[3]李旭东.煤矿井下施工钻孔偏斜原因分析和对策[J].煤炭技术，2015.

作者简介：

郑金月， 出生年月：1985.8.15 性别：男 ，民族：汉，籍贯（精确到市）：安徽天长市 ，当前职务：副部长 ，当前职称：工程师 ，学历：本科，

研究方向：煤矿地质防治水 .