送料孔高精准施工的实践

李 燕

（山东省兖州市大统矿业有限公司，山东 济宁 272100）

0 引言

在垂直钻孔施工过程中，钻孔精度要求较高。杨庄煤矿送料孔设计位置位于主巷道壁一侧的几米范围内，钻孔施工后，需要在主巷道内按钻孔坐标寻找钻孔底部。若钻孔坐标不明确，就无法找到钻孔，而且如果偏斜率过大，不仅对钻孔质量有影响，对与井下巷道的连接更是影响巨大，甚至可能穿透巷道，造成损失，产生安全隐患。因此，必须保证钻孔坐标的准确性。在施工过程中，各部门严把各个环节，确保送料孔的高精准施工。[1]

杨庄煤矿为进行南区高水充填开采，需要施工送料孔3个，其中2个使用，1个备用，杨庄煤矿委托地质五队施工。3个送料孔设计均位于主巷道壁一侧的3m左右范围内，施工240m，下套管241m，套管为外径140mm、壁厚6mm无缝钢管。钻孔总偏斜不超过2m。

1 施工放样

1.1 放样方法选择

施工放样是把设计图纸上的平面位置和高程，用相应的测量仪器和方法测设到实地上去的测量工作。送料孔放样为点位放样，可用的点位放样方法包括极坐标法、距离交会法、角度交会法、GPS-RTK直接坐标法。[2]依据现场条件，地质五队选择GPS-RTK直接坐标法，将基准站架设在已知点，用流动站检核已知点后直接放样。测量系统采用南方S86RTK测量仪器，仪器标称平面精度：±（5+1×10-6×D）mm；垂直精度：±（10+1×10-6×D）mm。仪器自带南方工程之星测量数据处理软件。

放样精度：利用GPS卫星定位系统，进行连续观测，平面坐标校差小于0.03m，高程校差小于0.05m。

1.2 放样过程

依据杨庄煤矿送料孔设计获取钻孔坐标，因终孔位置要与井下巷道连接贯通，放样精度要求较高，地质五队采取直接坐标法放样，杨庄煤矿工业广场内有两个控制点，分别距放样位置约180m、100m，将基准站架设在已知点B，用流动站检核已知点D后直接放样，放样示意图如图1，并与山东省CORS系统数据进行对比校正。各钻孔位置确定后，将特制木楔固定于点位作为标记，并以之为基准平整场地、安装钻机设备，以保证孔位的准确性。

图1 放样示意图

1.3 放样精度检核

为保证放样的精确性，当天杨庄煤矿地测科对放样坐标进行了检核，杨庄煤矿采用三级导线测量求算放样点坐标，求算出坐标差值如表1。

表1 放样坐标和检核坐标对比表 m

为实现井下连接贯通，杨庄煤矿要求检核较差不大于0.1m，否则重新放样。通过计算，施工3个送料孔差值分别为：注1孔0.088m、注2孔0.042m、注3孔0.055m，经对比，放样精度满足要求，因此地质五队放样结果可以使用。

2 精准施工

施工的3个送料孔所选钻进方法一致，即：选用XY-44A型钻机配Φ171mm三牙轮钻头及Φ127mm钻铤确保钻孔保直，正循环回转钻进，一径钻至设计孔深，但为保证测孔顺利需预留测孔口袋，注1孔实际完钻孔深240.50m，注2孔实际完钻孔深241.02m，注3孔实际完钻孔深241.94m。钻进期间，每50m及完钻均采用测斜仪测斜并校正孔深，发现问题及时纠正。

2.1 孔斜控制

据设计要求，孔眼完孔偏移距不能超过2m，因此孔斜控制十分重要，需要在钻探施工过程中积极采取有效的措施加以预防控制和纠正，并且应坚持以“预防控制为主，纠偏为辅”的方针。[3]

2.1 .1 孔眼弯曲的预防控制

1）提高钻机安装质量。在安装钻机时，地基要稳固，机台要水平。钻探设备要安装牢固、周正。立轴中心要与钻孔设计中心一致。天车前缘、立轴中心与孔眼设计中心成一线。

2）开孔钻进要轻压、慢转，严格控制进尺速度，保证开孔“绝对垂直”。

3）优化钻具组合：钻具组合必须采取钻铤加压和扶正器导正，实际施工时配4根Φ127mm钻铤，利用“铅垂线”原理实现重力法钻进，有效孔底钻铤加压，使中和点在钻铤上部2/3、4/5处控制孔斜。

4）钻压控制：钻压保证不超过钻铤总重量的2/3，以防孔斜，杜绝盲目加压。

5）回次钻进开始，必须轻压慢转，钻进0.2m～0.3m后方可按正常参数钻进。

6）在地层较为复杂多变的情况下，操作人员应具在钻探施工过程中根据机器运转的状态和有关现象准确、及时地判断出钻进地层的变化情况，调整选择适宜的钻头和合理的钻进技术参数，如当钻进由软岩层进入硬岩层时，应先轻压、慢转钻进，待钻头进入硬岩层约0.1m后方可逐渐适当加压高速钻进等。

7）加强孔斜监测，利用专业测斜仪在孔眼内测斜。按质量要求及时测斜，必要时加密测斜。发现孔斜超差及时采取措施，以防止孔斜过大，保证孔身质量。

2.1.2 钻孔弯曲的纠偏方法

在钻探施工过程中，如果发现孔眼出现了较大的弯曲，致使孔眼轨迹严重偏离目标控制点时，就要立即停止钻进，对孔眼进行测量，以确定发生严重弯曲的深度、偏斜的方位角和倾角大小，然后根据具体情况采取如下几种方法进行纠偏。

1）根据测得的孔眼倾角的大小制作偏心楔子，然后按测量所确定的深度和方位角将偏心楔子下落到孔内相应位置并固定，之后开机轻压、慢转钻进，逐渐把孔斜纠正。

2）根据测量所得数据，在孔内相应位置灌注高强度水泥浆，待水泥浆凝固硬化后再开机轻压、慢转钻进，逐渐把孔斜纠正。

3）根据测量所得数据资料，选用合适的纠偏器如螺杆钻具，进行纠偏。

2.2 孔底坐标计算

在钻进过程中，每50m及提钻时利用光纤陀螺测斜仪测量孔斜并记录，以便及时了解孔眼轨迹，从而控制钻孔质量。在完钻后、下管前，通过进行地球物理测孔，以每20m一测的密度全孔测斜，以保证孔底坐标计算的准确性。

施工结束后，求算出3个送料孔孔深238.5m处坐标，孔口坐标和孔底坐标差值见表2。

表2 孔口坐标和孔底坐标差值表 m

通过计算，施工3个送料孔孔底偏移距分别为：注1孔 0.24m、注 2孔 0.69m、注 3孔 0.08m，均满足设计“偏移距不超2m”的要求。

3 井下贯通

因孔位距主巷道有约3m的距离，送料孔施工结束后，井下施工巷道进行贯通连接。杨庄煤矿地测科根据孔底位置进行了贯通设计，因3个送料孔距离巷道较近，计划施工长约5m、宽约2.2m的巷道进行贯通，并在井下进行放样标定，掘进队依据放样进行贯通施工。为保障施工安全，巷道施工2.5m后，先小断面掘进找寻钻孔，根据贯通钻孔距中线的距离，控制巷道左右扩帮。贯通后地测科进行误差标定。贯通示意图见图2，贯通误差见表3。

图2 贯通示意图

表3 贯通误差表 （m）

煤矿测量规程要求，同一矿井内贯通巷道水平重要方向容许偏差值为0.3m，两井间的巷道贯通水平重要方向上的容许偏差0.5m。[4]为此杨庄煤矿结合规程要求地测科把垂直于巷道方向（假定的x轴方向）的误差作为重要方向误差，控制在0.5m以内，平行巷道方向和竖直方向对贯通影响较小，误差不做要求。经分析，重要方向最大误差为0.17m，贯通精度满足要求。本次贯通误差是多次误差累积的结果，能以较高精度贯通得力于各环节控制。

4 结论

3个送料孔都严格在设计孔位施工，经过钻探、测井、下管、固井、扫孔等工艺流程后，顺利成孔，并与井下主要巷道通过连接实现贯通，既保障了施工安全，又保证了施工精度，为下一步高水充填开采提供有力保障。