兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿 山东 济宁272000
摘要：在具体的煤矿井下施工的过程当中定向钻孔与传统的常规钻孔施工的工艺上更加的复杂，要求也更加的苛刻，因此在这篇文章当中，对于煤矿井下定向钻孔施工工艺以及其技术研究进行一个详细的介绍来更好的了解，目前在定向钻孔施工技术的一个主要的因素分析一下煤矿定向钻井工艺应当着力改进的一个地方。
关键词：煤矿井下；定向钻孔；应用研究
1.前言
煤矿的井下定向钻探是一个十分重要的一个工程，他在煤矿的开采过程当中具有十分重要的一个作用，因此在这篇文章当中就针对煤矿井下定向钻探施工工艺及技术研究，进行一个详细的介绍与分析来更好的了解煤矿井下定向状态施工工艺。
2.煤矿井下岩层定向钻孔施工工艺
煤矿井下定向钻进是采用水力排渣、随钻测量的一种钻孔施工工艺，是利用泥浆泵将静压水通过加压后，通过钻杆内侧供水通道送达孔底，驱动孔底螺杆马达旋转，为钻头旋转切削煤岩提供动力，水沿着钻杆与孔壁之间的间隙排除孔内钻屑。施工过程中通过随钻测量系统实时测出孔底钻具空间姿态参数（倾角、方位角、工具面向角等），操作人员通过对比施工参数与设计参数，调整孔底钻具工具面向角，进行下一次钻进，依次按照此步骤施工直至实际钻孔轨迹沿着设计轨迹钻进至终孔。
定向钻孔施工前必须预先设计好钻孔轨迹，定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下因素：钻孔的类型，施工钻孔的个数及预计孔深、钻孔分支孔的数量、孔深及分支位置等，轨迹设计前，尽可能多的收集到能准确反映钻孔布孔平面和空间区域的地质测量资料（包括煤层顶底板等高线图、综合柱状图，采掘工程平面cad图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析布孔区域煤层瓦斯含量及压力、煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。下面以顶板瓦斯抽放钻孔设计为例说明如何进行定向钻孔轨迹设计：
2.1钻孔方位角设计。设计钻孔方位角时，必须先明确工作面顶底板等高线图的真方位角a，然后再确定钻孔施工的主方位角b，顶板瓦斯抽采钻孔距离回风巷平距一般为10～30m，可以设计2～5个定向主孔，开孔间距控制在0.5～1m，再确定分支钻孔的个数及开孔位置，分支钻孔开孔位置均布置在工作面收作线以内，这样可减少无效孔段的施工，钻孔设计孔深在300～600m为宜，主孔方位在进入收作线后保持平行轨道顺槽延伸，主孔方位角确定后，再设计分支孔的方位，使钻孔终孔在平面上等间距分布，平均间距5～7m。
2.2钻孔倾角设计。倾角的设计应兼顾到两个方面，一是高位钻孔最佳抽采高度，二是岩性情况。钻孔的终孔垂高应分布在煤层顶板裂隙带内，淮南矿区高位钻孔最佳终孔高度一般控制在煤层顶板垂距15～25m范围内。在确定最佳垂高范围后，在通过综合柱状图和沿轨顺方向轨顺顶煤层顶底板岩性柱状图确定终孔目标层位，钻孔的剖面轨迹应本着尽量在稳定岩层中钻进原则。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钻孔的平面和剖面轨迹手动绘制在cad平剖面图上后再确定每个孔不同孔深段的方位角及倾角具体参数，将参数输入专门的定向钻孔轨迹设计表格，一般先进行方位角数据调整，观察设计表格中钻孔左右偏差数据情况，不断调整方位角数据，直至左右偏差数据符合要求，方位角参数确定好后，再调整倾角参数，注意钻孔上下偏差数据，直至上下偏差数据符合要求，调整方位角和倾角时还要注意钻孔的弯曲强度数据，一般尽量不要超过2°/6m，最后将钻孔的平面和剖面绘图数据导入cad成图，对比手动绘制cad平剖面轨迹和绘图数据生成的cad平剖面轨迹，不断调整方位角倾角参数，直至两个图形基本拟合为止。
3、定向钻孔施工准备及施工过程
3.1施工准备。为保证定向钻孔施工能够有序的进行，施工前主要要做以下准备：钻场选择及布置，钻场的选择是个很重要的环节，应根据施工钻孔的类型及空间布置进行选择，同时还应兼顾钻场周边顶底板岩性，由于施工定向钻孔排水量大且施工周期长，对孔壁的破坏较大，故钻场应尽量选择在岩性较好的地段。钻场内应该进行挂网喷浆，底部浇筑砼，定向钻孔施工对供排水都有要求，必须使用清水作为冲洗介质，而且供水量要求Q≥13mm2/h，因此要有完善的供排水系统，要有专门的排水泵，建议现场挖设两个长×宽×深：1.5m×1.5m×1.5m规格的水漾，一个用于沉淀钻屑，一个用于排水。另外定向钻孔施工过程中需要用的工具设备很多，而且价格昂贵，应采用专用工具箱放置，避免遗失。钻孔施工前，钻场内还必须提前标注清楚钻孔设计开孔方位角，以便施工人员移钻机对孔。
3.2施工应用研究
1、在煤矿井下应用的钻进技术中，水力正循环孔口回转技术是比较常应用的技术，这种技术在操作过程中主要利用的是清水，在工具方面主要适用的是外平钻杆和钻头，这种技术在瓦斯抽放方面十分的简单。在具体的施工过程中，可以利用循环水的供给条件不同，将清水分为动压水循环以及静压水循环。在煤层成孔性比较好，钻孔深度比较低，钻孔直径比较小的情况下，可以使用静压水，能够为施工单位节省更多的动力和资源。在地层环境比较复杂时，工作人员可以利用循环水进行水泥浆的配置，钻进过程中可以保证排粉的通畅。在施工过程中，如果遇到煤层或者是泥岩比较松软的情况，工作人员不能贸然使用钻进方法进行施工，避免出现水力冲刷或者是泥岩缩水的孔内事故。
2、煤矿井下的瓦斯抽放的多级组合钻具防突钻进技术
对于强突的煤层，我们可以采用多级组合钻具防突钻进技术进行开发，这种技术能够将瓦斯分阶段、分层次的逐级释放，除此之外，该技术采用的是小口径钻头，这样，钻头在钻进的时候有很大的稳定性，能够在一定程度上避免喷孔事故或瓦斯突出事故，该技术采用的钻头由三级组成，直径最小的钻头是第一级钻头，直径最大的钻头是第三级钻头，在安装使可以通过组合接手将这些接头按照由小到大的顺序组合在一起。
3、煤矿井下的瓦斯抽放的空气钻进技术
将压缩空气作为钻孔循环介质的施工方法叫做空气钻进技术，在破碎、松散或松软突出煤层、遇水坍塌地层中进行钻进工作时应用此技术比较合适。徐州张集、淮南丁集、夏汝箕沟等地区采用的都是空气钻进技术，在实际工作中，采用此技术时，应该让压风到达钻孔的底部，这样，在钻孔内就会形成高速风流，风流会将屑悬浮吹向孔口，这样，能够达到排渣和冷却钻头的目的。在进行煤矿井下的瓦斯抽放工作时，采用空气钻进技术能够保持钻孔的渗透性和稳定性。定向钻孔施工前必须预先设计好钻孔轨迹，定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下因素：钻孔的类型，施工钻孔的个数及预计孔深、钻孔分支孔的数量、孔深及分支位置等，轨迹设计前，尽可能多的收集到能准确反映钻孔布孔平面和空间区域的地质测量资料（包括煤层顶底板等高线图、综合柱状图，采掘工程平面cad图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析布孔区域煤层瓦斯含量及压力、煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。
4.结束语
根据这篇文章当中对于煤矿井下定向钻孔施工工艺及技术研究的分析与介绍可以看出该技术在具体的使用过程当中，还有很多的问题，要想能够更好的解决这些问题，就必须提出更加有效的解决方案来提升煤矿井下定向钻探技术的发展，更好的促进我国煤矿产业的发展。
参考文献：
[1]陈志胜.煤矿区煤层气综合开发与利用存在问题探讨[J].煤炭科学技术，2012（7）.
[2]姚宁平，张杰.煤矿井下定向钻孔轨迹设计与控制技术[J].煤炭科学技术，2013（3）.
论文作者:刘伟,刘大伟,苏丽君
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第03期
论文发表时间:2019/5/27
标签：钻孔论文; 方位角论文; 井下论文; 煤矿论文; 煤层论文; 轨迹论文; 钻头论文; 《工程管理前沿》2019年第03期论文;