科学与财富

煤矿井下瓦斯抽采钻孔偏斜规律及对策研究

作者:吴刘洋 郝玉祥 罗虎 来源:科学与财富 202021期 时间:2020-11-19

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...

  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。

  (2) 已知钻孔倾角偏斜较大而方位基本不变的钻孔,应改变倾角的设计,根据偏斜规律增大或减小钻孔倾角。

  (3) 已知钻孔倾角变化不大而方位偏斜较大的钻孔,按照方位偏斜规律设计钻孔。

  4?? 结束语

  (1) 钻孔在施工过程中造成偏斜现象的因素是多方面的,如果不能对钻孔的偏斜加以控制及纠正,就会极大的影响钻孔的施工质量,导致钻孔不能达到设计效果,既费时又费力,同时增加了钻孔的施工成本。因此, 要总结钻孔偏斜的规律,找出对策采取一定的措施加以控制,增加钻孔的合格率,提高瓦斯抽采效果。

  (2) 钻孔施工初期,使用测斜仪对钻孔轨迹进行测定,结合施工地点的地质条件,总结特定施工地点钻孔的偏斜规律,对钻孔的初期设计、 后期施工进行指导,这对提高钻孔的抽采率有极大的意义。

  参考文献:

  [1]丁志伟,周侃.煤矿井下瓦斯抽采钻孔偏斜规律分析[J].煤矿现代化,2014,(6):89-91.

  [2]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,2009,(6):120-122.

  作者简介:

  吴刘洋(1989--),男,安徽亳州人,2013年毕业于安徽理工大学安全工程专业,现为恒源公司祁东煤矿助理工程师.

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