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煤矿井下定向钻孔施工工艺及技术研究

【摘要】煤矿井下施工定向钻孔相对于施工常规钻孔在工艺方面更复杂，要

求条件更为苛刻。为了在煤矿井下应用好定向钻孔施工技术，提高瓦斯抽采能力

和解决地质问题，文中先简要介绍了定向钻孔施工工艺原理，然后以顶板瓦斯抽

采钻孔为例介绍了煤矿井下定向钻孔的设计方法及施工工艺技术，并且提出了定

向钻孔推广应用时应注意的一些事项，总结了当前限制煤矿井下限制定向钻进技

术推广的主要因素，最后分析了煤矿定向钻进工艺应着力改进的地方。

【关键词】定向钻进；钻孔设计；施工工艺；限制因素；改进

1、定向钻孔施工的工艺原理

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。

2、定向钻孔的设计

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。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。

钻场的规格应根据定向钻机的型号合理开拓，以西安院ZDY6000LD（F）型定

向钻机为例，一般为长×宽×高：6m×5.5m×3m。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，