论文部分内容阅读
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.
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.