深孔定向钻进技术及其在煤矿工程中的应用

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1、深孔定向钻进技术及其在煤矿工程中的应用摘要：本文介绍了深孔定向钻进技术的原理、应用条件、工艺流程、关键设备的选择、测量系统以及该技术在煤矿工程中的应用。关键词：深孔定向钻进；煤矿；应用钻孔施工作为煤矿工程中的重要工作内容之一，钻孔精度及进度往往直接影响到煤矿采掘计划能否顺利进行。相对于传统钻进技术的低施工精度、低进度、低适应力而言，深孔定向钻进技术通过其特有的工艺流程和施工方案能更好的解决此类问题，大大提高了煤矿开采工程的进度和效率。深孔定向钻进技术具有钻进速度快、成孔率高、精度高等优点，因此广泛应用于世界，国外的一些工业化国家掌握着更为成熟的深孔定向钻进技术，并广泛应用于煤矿地质勘探

2、、瓦斯抽放、深孔排水等方面，一些发达国家在煤矿工程中使用该技术钻孔的最高单机班进尺可达624米，，年进尺更是达到了18万米，最深的钻孔可达1761米。目前我国对该技术的研发与使用尚处于起步阶段，松藻矿务局与铁法矿务局在1998年尝试应用该技术来勘探本煤层，却因地质条件的限制而以失败告终，但国内的一些企业并未因此而放弃，譬如亚美大宁能源公司在2003年应用该技术施工本煤层勘探瓦斯抽放控，取得成功，其班进尺最高达到了400米，最大孔也达到了1002米。图1为深孔定向钻进原理，与传统的旋转钻进方式截然不同。最大的改变在于在钻进过程中是由钻头旋转钻进，而非传统的整个钻杆转动，这样有效的减小了钻

3、机的负载，也增长了钻机的使用寿命。其工作原理主要是将高压水通过钻杆传输至孔内马达，孔内马达的转子在水压的作用下转动，通过U型接头和前端轴承带动钻头旋转钻进。其次是钻孔的轨迹，传统旋转钻进由于钻头与钻杆的一体性导致其钻进轨迹为直线，深孔定向钻进的钻机通过钻杆和孔内马达将机械力传送至钻头，方向沿着弯接头轴线方向，而弯接头和钻杆之间存在一定夹角，因此钻孔的轨迹为一条空间曲线，其偏转方向根据弯接头方向而定。孔内马达的弯接头作为钻机的关键部件，在其规格挑选时需格外注意，因为不同规格的弯接头将改变钻孔曲率半径，从而影响改变转弯的快慢，与此同时，若要改变钻孔曲线的变化方向，只要改变弯接头的方向即可，

4、在适当的位置甚至可以让钻孔分支。测量设备在深孔定向钻进中提供了质量保证，在施工过程中，每隔一段距离（间隔距离根据施工精度耍求而定，通常情况下，间距越小，精度越高，典型值为6m）,测量出孔底参数，并通过相关计算，则可绘制出钻孔轨迹的几何投影图，从而调整钻头改变钻孔方向，以达到精确控制钻孔轨迹的目的。孔底参数组成：孔深、弯接头方向、孔的方位角接倾角。深孔定向钻进中的方位角和倾角的含义与传统钻进施工中的方位角、倾角含义相同，是根据孔深而异，所以钻孔轨迹变化趋势及快慢则是通过弯接头的调整来达到控制效果。任何一项钻进技术都有其适用的地质条件，深孔定向钻进技术也不例外，其钻进要求钻孔（下向孔）倾角

5、范围为-5°—10°,由于下向孔排渣困难等因素，所以如果孔深要求在200米以上时应避免采用下向孔施工;在钻进过程中也应避免较强的垮孔，钻孔区域也应事先探测磁感强度，避免较强磁性区域和强烈的破碎带。3.深孔定向钻进技术的工艺流程3.1深孔定向钻进施工前的准备工作（1）对钻孔区域进行详尽的地质勘探，尤其注意强烈磁性区域及强烈的破碎带，以减少不必要的损失，其次摸清断层情况及其规模、煤岩层的范围、厚度、硬度、倾角、走向及其他变化，采集相关信息。（2）根据采集的地质勘探情况结合钻孔布置要求，模拟设计出计划施工钻孔的轨迹，并计算好其他相应设定数据。（3）根据轨迹要求制出的数据，布置好钻场、钻孔瓦斯

6、排放系统、供排水系统、供电系统，并根据可能发生的意外制定施工安全防御措施。（4）置放钻机、测试测量设备。按照数据耍求的钻孔方位角及倾角来固定钻机，并检测测量工具的运行状况，确保其工作正常。（5）开工、封孔、安置孔口设施。为提高施工效率，有效分离钻孔施工过程中的水渣，深孔定向钻进采用先封孔后打钻的方式，这样可以在进行煤层钻孔是控制钻孔中的瓦斯抽放，可在钻孔结束时当做瓦斯抽放孔，从而立即接抽。（6）正常钻进。在孔口设备安设完毕后即可开展正常钻进，每钻进计的钻孔轨迹进行对比分析，根据偏差情况及时进行调整弯接头，从而降低偏差，达到效率最大化。3.2深孔定向钻进施工过程中应注意的问题（1）在整个

7、钻进施工过程中，施工人员需做好详尽的施工记录，并对遇到的问题进行备注，及时分析讨论出解决方案，定期检查机械设备运行状况，以便及时应对煤矿钻进过程中的突发事故。（2）合理控制钻进进度，当钻孔较深时，返渣不能即时反映煤岩硬度情况和变化情况，只能通过水压的变化情况来做出判断，因此在钻进过程中应时刻观察水压变化情况，水压同样可以反映出推进速度，要以保证水压无较大起伏为原则。（3）深孔定向钻进施工方式为连续作业，尤其在钻孔较深或有垮孔现象的钻孔时，严禁唱