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定向钻进过破碎带轨迹精确控制技术研究

范文

郝玉祥吴刘洋罗虎

摘要：结合祁东煤矿8231工作面定向钻孔施工现状，针对过破碎带轨迹控制问题，采用数据分析，工具面向角调整，施工过程控制等方法使钻孔能自始至终保证沿设计轨迹施工，解决了钻孔过破碎带轨迹偏差问题，实现了定向钻进轨迹精确控制。

关键词：高位定向长钻孔;偏差分析;施工方法;轨迹控制

一、施工地点概况

8231工作面位于井田东翼一水平三采区，为三采区82煤首采面，走向布置，工作面上方为7131采空区、7130机巷，法距约30～33m。工作面起止标高–421.5～464.1m，外段面宽160m（平距），走向长440m。82煤：黑色，多呈粉末状，碎块状，内生裂隙发育，以暗煤为主，局部受岩浆岩侵蚀。巷底距9煤法距约10m，巷顶距81煤法距约10m。顶板为浅灰色细砂岩，上部夹泥岩条带显水平层理，厚26.18～31.89m，局部存在一层泥岩伪顶，普氏硬度系数为13。

工作面整体为单斜构造，82煤层产状变化较大，煤层倾向在340°～20°之间，倾角8～14°，平均为11°。风巷外段在掘进过程中揭露5条断层。

为有效治理工作面采空区瓦斯，特于8231风巷外段一处钻场施工长距离高位定向钻孔抽采瓦斯的措施。

二、钻孔施工情况

钻孔设计施工4个钻孔，钻孔轨迹误差±2m，4# 钻孔施工情况：该孔设计终孔位置水平控制在风巷向下49m，层位控制在82煤顶板向上14m。实际轨迹水平位移距离风巷47.8m，与设计偏差1.2m。实际控高14.7m，与设计偏差0.7m，过破碎带范围，偏差最大值为4m，超出误差允许范围，钻孔轨迹见下图2-1、2-2。

三、偏差分析及纠偏措施

结合实际分析，偏差因素主要包括以下几个方面：

（1）地层因素：过断层处岩层分离，岩石硬度变化大，钻头具有趋软性，导致轨迹不可控。

（2）人员因素：工具面向角调整有误，未能及时分析误差，反扭矩力及螺杆马达自重因素未综合考虑。

經研究，采取如下措施降低偏差：

1、超前调整，该处断层位置及空间结构明确，通过超前调高钻孔轨迹方式减弱过破碎带下降趋势。

2、调整工具面向角，结合钻孔岩性及不同孔深阶段钻杆反扭矩力，精确调整工具面向角，确保螺杆马达摒除影响因素后按照设计轨迹施工。

3、控制冲洗液量与钻进速度，钻孔施工不同阶段结合岩石软硬程度及破碎程度，控制冲洗液量和钻进速度降低因人员施工因素造成的轨迹偏差。

四、应用效果对比分析

结合4# 钻孔施工情况及偏差分析，采取纠偏措施后施工3# 钻孔，具体施工情况如下：3# 孔设计终孔位置水平控制在风巷向下30m，层位控制在82煤顶板向上14，实际轨迹水平位移距离风巷30.2m，与设计偏差0.2m。实际控高14.3m，与设计偏差0.3m，过破碎带范围最大误差±1m，符合设计要求，图见4-1、4-2

五、结论及建议

定向钻进轨迹因受地层、钻机、人为等因素影响导致轨迹与设计偏差较大，无法做到精确施工，通过偏差因素分析，采取控制工具面向角调整、轨迹调整、施工流程优化等可有效减少轨迹偏差。

综上，采用高位定向长钻孔过破碎带期间，通过结合地质条件和钻机影响因素找出影响关键因素，在过破碎带定向钻进轨迹控制方面具有极大的推广使用价值。

参考文献：

[1]《 ZDY12000LD 型煤矿用履带式全液压坑道钻机》Q/MKYX065—2014

作者简介：

郝玉祥（1988-），男，安徽宿州人，助理工程师，2014年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现在皖北煤电集团祁东煤矿从事钻探技术工作.

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