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关键词：探放水孔；钻孔轨迹；钻进工艺；防治水
0 前言
探水是指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方等水体的具体空间位置和状况等，其目的是为有效地防治矿井水做好必要的准备。放水是指为了预防水害事故，在探明情况后采取钻孔等安全方法将水体放出。《煤矿防治水细则》中对探放水和探放水孔都有明确的要求。
矿井探放水制度：一、必须坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则。在有水害威胁的区域进行采掘工作，都要坚持超前钻探。二、矿井进行新采区开拓或掘进新工作面时，必须提前论证是否需要进行探放水，对需要进行探放水的要进行探放水设计。探放水设计要符合相关的要求，并经研究批准后方可进行施工。三、探放水工作要严格按设计进行施工。对发现的新问题重新制定措施，并经全体审批人员重新审核，方可执行。四、探放水前，所有参加人员必须熟知必要的安全措施和避灾路线。一旦发现异常，迅速按避灾路线撤出。五、探水设备在进行探放水时，必须进行检修，以确保其完好。所有必要的设备必须准备齐全。六、瓦检人员在开始进行探放水作业时，必须检查该处的有害气体，不超限时，方可进行作业。并在探放水时随时进行检查。七、探放水时，所有可能受水害危胁的人员必须撤出。
对于煤矿安全生产的保证措施，探放水孔的质量是非常关键的，探放水孔的设计都有明确的目的性，但是实际打钻过程中，一般情况很难达到预期目标，因此研究探放水孔的倾斜规律及钻进方法尤为关键。本文通过对某矿的部分探访水进行测斜工程后总结出部分探放水孔的倾斜规律，及改进了钻进方法。
1 钻孔测斜原理及设备
钻孔测量系统是利用地球重力场和地磁场原理，使测量探管对钻孔轨迹的倾角、方位角进行测量，并通过孔口同步器实现测量时间同步记录，再将测量数据导入计算机，通过数据处理软件进行钻孔轨迹图绘制。生成钻孔的轨迹，并绘图显示（上下偏差、左右偏差），钻孔轨迹一目了然。进而对下个钻孔的轨迹布局进行理论指导。 本次钻孔测斜使用的是YZG6.4矿用钻孔轨迹测量仪，此仪器是福州华虹智能科技股份有限公司采用九轴运动感测追踪组件（三轴互相垂直的加速度传感器测倾角、距离，三轴互相垂直的磁阻传感器测方位角，三轴互相垂直的陀螺仪辅助校正），利用捷联惯导（SINS）系统原理（不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统）进行自主研发的一款新型钻孔轨迹测量仪。在软件上，测量仪采用运动感测融合演算进行数据处理以及运动校正韧件进行数据校正，保证钻孔轨迹的高精度，高稳定性及智能化，自动化。
适用于煤矿井下有甲烷、煤尘爆炸性混合物的场所，适用于直径65mm及65mm以上的各类孔径的轨迹测量。如：煤矿井下地质勘探孔、瓦斯抽放孔、探放水孔、注浆加固等钻孔轨迹的测量。
YZG6.4矿用钻孔轨迹测量仪探管内部按照功能划分有电源模块、传感器模块和通讯模块等，仪器主机由FPGA（现场可编程门阵列）、彩色液晶显示屏和键盘组成。探管中的传感器模块采用九轴运动追踪感测组件，可测量倾角、方位角。通讯模块主要实现传感器模块和主机的数据沟通。通过传感器模块智能测量钻孔的倾角、方位角，并把结果导入主机显示。
钻孔轨迹测量仪探管与主机采用智能化自动处理原理。先将主机和探管连接设置参数，设置完毕后再将探管和钻杆连接送入钻孔中进行测量用钻杆将探管送入钻孔中进行测量。探管自主采集钻孔倾角、方位角等轨迹参数，每推进一根钻杆在接钻杆钻机静止的时候主机打点一次。测量完毕后，钻孔轨迹测量仪探管内的数据可以传输线传输至主机内。主机自动处理后可以显示各测量点的测斜数值，显示整个钻孔的三维轨迹图。并可以进行数据管理，配合自主研发的专业软件，可在电脑上对数据进一步处理。
2 某矿探方水孔测斜分析
2.1 该矿基本情况
为查明该矿4502工作面内探放水钻孔轨迹规律，分析预判4502工作面探放水钻孔轨迹是否达到探放水验证要求提供技术资料。我司采用钻孔轨迹测量技术在该矿4502工作面开展探放水钻孔轨迹分析工作。
探访水孔设计：根据4502工作面物探结果和现场收集的水位地质资料，结合相邻矿井和工作面防治水工作经验，拟对煤层顶板中砾岩、砂砾岩孔隙裂隙承压含水层和物探结果表明的4502工作面相邻3511采空区最低点两侧400m范围内存在的低阻富水区进行疏放，以防止工作面采后大量顶板水通过冒落裂隙带和3511采空区最低点低阻富水区积水向工作面集中涌出，保障4502工作面安全回采。通过对顶板水的超前可控探放，减小工作面采后涌水量，减轻矿井排水负担，实现“预先疏放、削峰平谷”目的，使顶板水均匀泄出，化解开采期间的水害威胁。
本次共计测量其中的三个钻孔的轨迹分别为：11#钻孔、12#钻孔、YJ1#号钻孔。
2.2 高位探放水孔测斜的实际应用与规律分析
2.2.1 11#钻孔测斜应用成果
钻孔轨迹成果图
X-Z剖面轨迹投影： X-Y平面轨迹投影：
11#钻孔剖面图 11#钻孔平面图
3D轨迹图：
2.2.2 12#钻孔测斜应用成果
孔轨迹成果图
X-Z剖面轨迹投影： X-Y平面轨迹投影：
12#钻孔剖面图 12#钻孔平面图
3D轨迹图：
2.2.3 YJ1#钻孔测斜应用成果
孔轨迹成果图
X-Z剖面轨迹投影： X-Y平面轨迹投影：
YJ1#钻孔剖面图 YJ1#钻孔平面图
3D轨迹图：
2.3 高位探放水孔倾斜规律分析
通过三组数据的分析对比，在高位探放水钻孔施工过程中，角度大于50°后钻孔的倾斜在逐渐的接近垂直方向，而且角度越大，钻孔的倾斜接近垂直越快，因此很难固定达到预定的地点。而且钻孔水平方向上的倾斜均向右偏斜(钻机正转方向)。
3 钻孔轨迹偏斜原因分析
1）地质客观原因
由于钻孔在煤层内会因为地质条件因素发生偏移，从软岩层向硬岩层穿时，在进入硬岩层之前会向较软岩层偏；穿层孔从软岩层向硬岩层穿，在进入硬岩层之后会向较硬岩层偏；钻孔穿过的岩层越破碎，裂隙越发育，钻孔偏斜越严重，而且偏斜方向不确定性越大。
具体分析原因有以下几点：
1、钻孔中遇有较大的孤石或探头石。
2、在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜钻进；或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均。
3、扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。
2）钻机原因
安装钻机一定要符合操作规程，地基要求平整，钻机底座要水平、稳固，立柱安装规范，钻机整体固定要符合标准。
钻头质量不过关，钻头不锋利钻进不动的时候，由于有钻进的压力存在，钻头会向任意方向倾斜；钻杆质量不过关，在钻进过程中钻杆会发生弯曲，最终导致钻头的倾斜方向发生改变。
3）钻进工艺
施工过程要严格按照钻机的操作说明，压力适中、水压正常、钻进速度适中、需要特殊异常体后要保持低钻速、低钻压。钻进前要先空转排渣一定时间。
4 钻进方法改进
4.1 设计上的改进
首先通过本矿的钻孔测斜数据分析其倾斜规律，后根据规律来适当的加大或者调小钻孔的开孔方位角与倾角，再通过钻孔的数据分析逐步的找到本矿适用的钻孔设计方案。
只有通过大量的钻孔测斜数据的支撑，才能最终确定钻孔的方位角和倾角的设定。
4.2 钻机的使用
1）使用质量过关的钻机
打钻使用的钻机必须是钻孔的探访水钻机，质量要严格把控，钻具也要使用质量过硬的产品，尽量选择大厂家生产的钻机与钻具。
钻头的质量也要严格把控，钻头不锋利，割不动，在钻压的作用下，钻头比如会向任意方向偏斜。钻杆质量（硬度，韧性），打钻过程中，容易发生弯曲变形，造成钻孔偏斜。
2）钻机要安装正、水平
开孔是保证保证孔斜符合要求的关键所在，每孔开孔前必须保证钻机安装平稳，必要时需要浇筑底座，使天车、立柱、孔位三点呈一线。
3）钻机固定要牢固。
包括钻机机座安装要牢固，立柱安装标准，打钻过程中，钻机加压，钻机才不会发生位移，钻杆方向不发生变化，减少发生卡钻、夹钻的现象。
4）钻机调试问题
钻机夹持器要保证完好可用，立柱角度安装正确。钻机夹持器压紧圈过松，会使钻杆角度改变，造成钻孔偏斜。
4.3 不同地层的钻进方法
1）泥岩层的钻进
泥岩层钻进阻力小，吸附性强，不易脱落，且通过水力钻进钻进时候会将泥岩带有更大的附着性，因此在泥岩层钻进的过程中一定要快速钻进，尽量快速度的通过，可以加大水压，加大推进速度，加大钻速等方法快速通过。已防止泥岩层附着钻头产生卡钻，切不可在泥岩层附近停留过长时间，如果已经发生轻微卡钻，则将钻杆后退，然后停止推进，将孔内清洗干净后在尝试快速钻进。
2）硬岩层的钻进
在砂岩和灰岩等较硬岩石中钻进时候，可以使用快钻速，低推进的方式慢慢钻进，要严格控制钻进的速度，以防止钻孔的倾斜度加大。
3）一般岩石及煤层中的钻进方法
在一般岩石及煤层中钻进过程中，要保持稳定的钻速和推进速度，不能忽快忽慢，在每隔一段时间要进行冲孔等待，保证钻孔不会发生卡钻等现象。在钻进过程中如果发现钻进扭曲过大，钻进难度加大后要及时停钻，进行测斜分析看是否钻孔已经倾斜严重。严禁为了赶工期而在钻杆已经明显发生严重扭曲时候继续钻进。
5 结束语
通过高位钻孔测斜的应用成果分析，得出在某矿的高位探放水孔倾斜规律一般为倾角逐渐加大至垂直，且角度越大，钻孔的倾斜接近垂直越快。高位钻孔倾斜的原因主要有地质客观原因、钻机原因、钻进工艺。后期可以根据实际情况通过适当减小设计倾角、保证钻机使用规范、改进钻进工艺等方面来规划高位探访水孔的设计和要求，从而达到探放水目的。
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