定向钻进技术在煤矿井下探放水孔施工中的应用

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1、定向钻进技术在煤矿井下探放水孔施工中的应用张立君沈阳煤业(集团)有限责任公司地质测量处2008-5-285定向钻进技术在煤矿井下探放水孔施工中的应用张立君沈阳煤业(集团)有限责任公司地质测量处摘要：由于煤矿井下旧巷汇聚了大量的顶板裂隙水，对其他采面采掘施工安全带来严重威胁。利用定向钻进技术，成功地施工探放水钻孔，并通过钻孔将积水放出，清除了水害隐患，保证了矿井安全生产。关键词：旧巷；定向钻进；探放水1引言沈阳煤业(集团)有限责任公司西马煤矿，煤系地层及其上部地层为中等含水层，在工作面回采后采空区会有大量顶板

2、岩层裂隙水充填。个别旧巷亦会有大量积水会集现象。北二采区北翼皮带道内会聚了大量积水，预计积水量约3284m3，对其巷道的维修及其邻近采空区积水的排放带来严重影响。为了及时消除水害隐患，满足矿井生产的需要，我公司利用了定向钻进技术进行探放旧巷积水钻孔施工。于2008年12月5日成功施工钻孔孔深147m，孔径φ90mm，仰角15°，探放水钻孔钻至北二总排风巷积水最低点，单孔出水量达70～110m3/h。2钻场及工程地质条件探放水钻场位于北二采区北翼皮带道，行人便利，通风顺畅，水电充足。钻孔自北翼皮带道测1号点前

3、20m，钻孔方位23°，倾角15°，设计孔深146m，钻孔终孔至北二总排风巷。钻孔所穿岩层依次为：粉砂岩，灰色，层理发育，钻进深度14.3m；14煤，黑色，粉块状亮煤，钻进深度1.9m；细砂岩，灰白至灰黑色，坚硬，钻进深度54.4m；13煤，黑色，粉块状亮煤，钻进深度2.5m；中砂岩，灰白色，厚层状，夹薄层煤屑，钻进深度66.7m；12煤，黑色，结构为0.4(0.5)0.6m，钻进深度6.9m。所钻岩性粉砂岩、细砂岩、中砂岩，f=4～10，可钻性Ⅲ～Ⅴ级，共穿越3层煤，即14煤、13煤和12煤，煤层最厚1.

4、0m，煤质较软，性脆，f=2。岩层倾角为2～3°，各岩层均为平行地层。3定向探放水孔施工3.1施工设备定向钻进探放水孔所采用的设备有：MKD-5S型全液压坑道钻机和BW250型泥浆泵。MKD-5S型钻机可施工孔深300，终孔直径为80～94mm的钻孔。该钻机由主机、泵站和操纵台3部分组成，搬迁方便，适合煤矿井下坑道有限空间施工。其不但钻进工艺适应能力强，而且起拔、给进能力大，处理孔内事故的能力也强，钻具拧卸还实现了机械化，降低了工人劳动强度。钻孔倾角可0～±90°范围调整，可满足施工大倾角钻孔的要求。BW2

5、50型泥浆泵，泵量52～250L/min，泵压2.5～6Mpa。该泵不仅能满足定向钻进技术的需要，还能满足放水孔孔口管压水试验（耐压试验稳定4Mpa）的测试要求。3.2仪器测斜仪选用CQ-1A型磁球定向测斜仪。该仪器用于非磁性钻孔孔段单点测量倾角和方位角，可同时实现倾角和方位角的测量，具有结构简单、精度高、测量结果直观等特点。其倾角测量误差为±1°。3.3钻具5MKD-5S型钻机选配φ63.5mm外平钻杆，单根长度1.5m，抗扭强度可达到2000N·m。施工中选用了两种钻头：φ89mm内凹式复合片钻头（保直

6、钻进）和φ89mm支柱型球面复合片钻头（造斜钻进）。钻进中使用的保直组合钻具，由φ63.5mm钻杆、稳定器和φ89mm内凹式复合片钻头组成，上仰或下斜组合钻具由φ63.5mm钻杆、稳定器和φ89mm支柱型球面复合片钻头组成。4施工工艺根据本次定向放水钻孔的实际施工，其工艺流程如下：钻场准备→安装固定钻机→开孔及空口管的安设→耐压试验→定向钻进。4.1钻场准备钻场布置在北二采区北翼皮带道，准备工作符合施工要求，设备进入钻场。4.2安装固定钻机设备及材料合理布置，摆放整齐。先调试钻机正常运转，再调钻机方位角和倾

7、角。用单体液压支柱将主机固定，再校正一次保证开孔方位和倾角符合设计要求。4.3开孔及孔口管的安装为了定位准确，用φ150mm硬质合金取芯钻头取芯钻进至15.5m停钻封孔。孔口管外露部分预留长度不大于20cm，管壁周围塞入棉纱，并用红胶泥密封，用封孔泵注浆固结孔口管。4.4耐压试验固结72小时后扫孔。扫孔深度超过孔口管长度0.5m，在孔口管上安装三通、控水瓦笼和水压表、试验盘，管路连接好后即可进行耐压试验。压水试验采取逐级升压法。试验共分四级，每级1Mpa，即先稳定在1Mpa左右5min，观察管口有无渗水、松

8、动等现象，确认没有后可继续升压至2Mpa，依次进行，直到压力最后稳定在4Mpa，时间不少于30min方可视耐压试验结束。4.5定向钻进工艺技术5在实际施工中采取稳定组合钻具保直钻进、通过测斜掌握钻孔轨迹、及时更换钻具组合形式或调整钻进工艺参数的定向钻进工艺技术措施，对钻孔的倾角和方位角进行控制，使钻孔钻进到预定靶区。4.5.1保护直钻进稳定组合钻具稳定组合钻具由φ63.5mm外平钻杆、稳定器和φ94mm内凹式复合