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| 煤矿井下钻孔防偏斜应用实践 |
摘要：我国是一个矿产资源非常丰厚的国度，资源品种齐全、蕴藏量丰厚，但是探矿、钻探技术开展较晚，与国外先进国家相比还有很大差距。随着国家不时建立开展，对矿产资源的需求量不时增加，钻探技术随着地质探矿、勘察事业的开展而不断进步。工程地质勘察中的钻探技术具有非常准确的分析力，已经成为工程地质勘察重要的技术。近年来《煤矿防治水细则》、《防治煤与瓦斯突出细则》的相继推出，尤其是对探放水孔、瓦斯抽放孔管理更加严格和明细。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。
1、钻孔偏斜的危害
钻孔发生偏斜误导判断的主要危害：在构造探测、探放水、瓦斯抽放、采空区探测、顶板探测等方面，偏斜会造成构造的定性、定量分析、积水区位置、瓦斯抽放层位、采空区范围、顶板结构等探测不准、造成误判，进而造成事故的发生。找出钻孔发生倾斜的原因，总结出钻孔偏斜的规律，在施工过程中尽量规避钻孔偏斜的发生，提高钻探质量，做到精准钻探。对避免事故发生，确保安全生产，避免影响生产有意义重大。
在目前技术条件下，钻孔施工经常会出现程度不同的偏斜(尤其是深孔)。偏斜程度超过一定范围，钻孔就要部分或全部报废，并给施工本身带来闲难。钻孔偏斜严重后会从设计的勘探线偏到另一条已探过的勘探线，钻孔就失去作用，钻孔控制间距缩短了，可能减少储量，控制间距超过了原设计间距，会使储量降级，或者打不到矿体，钻孔顺层钻进，与矿体平行深进，就打不到矿，或者穿不透矿体，钻孔也会失去作用。
2、钻孔偏斜原因分析
钻孔钻进过程中受地层倾角、软硬地层变化、不同施工工艺等因素影响会使钻孔轨迹出现偏斜，进而影响钻孔质量。钻孔偏斜在施工过程中普遍存在。
地层的赋存本身是一个自然地质体，为一不均匀介质体，钻孔施工也非设计理想条件下的直线钻进。因此，在地质因素中，地层、岩层本身的赋存状态及特性造成的钻孔施工必然存在偏斜。岩石软硬变化、地层倾角变化等是导致钻孔钻进偏斜的主要原因。
钻探生产实践表明，钻孔偏斜的原因是多方面的，有地质因素、钻井技术措施因素，钻具结构的配置因素、钻探设备的安装及操作人为操作等因素。
2.1 地质条件因素
2.1.1钻进在较松软的煤或岩层时松软层越厚越容易改变钻孔的方向。
2.1.2在软硬交替的岩石中钻进可钻性不同的岩层会产生不同的钻进速度从而改变钻头的钻进方向。
2.1.3在破碎较严重的岩层中钻进钻具在钻进方向上不容易被控制，钻头容易改变方向。
2.1.4在砾石层中钻进因砾石比较圆滑对钻头产生偏滑作用形成不均衡的阻力，易改变钻头前进方向钻孔最容易偏斜。
2.1.5在遇到溶蚀孔洞、大断裂带或老空洞等情况时也会产生钻孔的偏斜。
2.2施工技术条件因素
2.2.1在开孔钻进中因钻孔方位、倾角校放的不是很准确。造成钻机立轴与钻孔不在同一条中心线上造成钻孔的偏斜。
2.2.2开孔时立轴内的钻杆过长立轴筒磨损间隙较大容易使立轴产生较大的摆动直接影响钻头在孔底钻进时的稳定性。
2.2.3使用了弯曲的岩心管、钻杆等都会使钻具连接后不正导致钻孔歪斜。
2.2.4在扩孔钻进中因孔内各处的硬度、孔径大小不一致钻头可在钻孔内左右移动靠向孔内一侧使受压弯曲的钻杆挠度加大钻头轴线与钻孔的轴线不重合不能和钻进方向保持一致。
2.3钻机具的操作组合方法不当因素
2.3.1钻机安装不正、不水平。
开孔是保证保证偏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。
2.3.2钻机固定不牢固。
包括钻机机座安装不牢固，立柱安装不标准，打钻过程中，钻机加压，钻机发生位移，钻杆方向发生变化，这种情况，钻孔一般发生上偏，严重时会发生卡钻、夹钻的现象。
2.3.3钻机调试问题。
钻机夹持器有问题，立柱角度不对。钻机夹持器压紧圈过松，使钻杆角度改变，造成钻孔偏斜。
2.3.4操作人员操作不规范。
为急于赶工期，钻压过大，会引起钻杆弯曲，使钻头紧靠孔壁一侧，此时偏倒角达到最大，并且钻具的摩擦阻力也会增加，随着摩擦阻力的增大，钻具围绕孔轴线回转的频数下降，甚至只围绕自身轴线自传，此时钻具倾斜或弯曲平面具有固定的方向，从而导致钻孔弯曲造成钻杆发生弯曲变形，钻头方向发生变化，必然造成偏斜。不按要求加导向管等措施，钻孔也会发生偏斜。钻进过程中水压未达到标准，煤岩粉无法及时排出，也会造成偏斜。
2.3.5钻具本身原因。
①包括钻头质量(主要是锋利程度，耐磨程度)，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转速过高，钻杆柱回转离心力增大，从而加剧了钻具的横向震动和扩壁作用，结果孔壁间隙增大，钻孔弯曲。冲洗液量过大，特别是在较软岩层中冲洗液会冲刷、破坏井壁造成“大肚子”孔段，这些都会使孔壁间隙增加，为钻具偏斜、钻孔弯曲创造条件
③钻探工艺，目前井下钻探工艺较为单一，钻具和钻杆较短，接头多，同心度低，导向性差异是导致弯曲度较大，这种工艺容易发生偏斜。
3、预防钻孔偏斜的措施和对策
3.1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。
3.2钻机开孔定向设备选择及使用
为了保障钻孔的开孔方位角、倾角的准确度，应当选用不受磁干扰的开孔定向设备对钻孔开孔定向做准确的调整。
开孔定向仪能够实现准确测量，误差小，精度高。操作简单，不需要特别的技术人员，降低了操作难度和成本，不仅可以实时测量钻机开孔方位角和倾角，它还可以适应不同的工作环境，不受电磁与铁磁材料的影响，保证测量精度。。
3.3钻机的使用
3.3.1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。
3.3.2钻机要安装正、水平
开孔是保证保证偏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。
3.3.3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。
3.3.4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。
3.4钻杆扶正器使用
为了减少因为地质因素导致钻孔在孔内产生偏差，应当选用合适的煤矿井下坑道钻机用钻杆扶正器。钻杆扶正器通过在钻杆外部加设防斜定位器实现钻杆在孔内减小偏差的一种装置。
3.5钻孔轨迹测量设备
为了研究和分析钻孔在孔内的实际偏斜程度，应当使用钻孔轨迹测量设备，对钻孔的实际轨迹进行测量，为了使工作时间优化，避免反复测量，最好选用随钻轨迹测量设备。根据钻孔测量的数据形成钻孔施工台账。
3.6不同地层的钻进方法
3.6.1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。
3.6.2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。
3.6.3一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。
4、某矿探放水孔测斜分析
结合上述针对井下钻孔进行了防偏斜工艺改进，对某矿三组探访水孔进行改进后施工，并进行了钻孔轨迹测量，实测数据如下：
根据实测钻孔数据分析，本次测量的1#孔、2#孔、3#孔，孔内偏差不大，钻孔的质量较高。探测结果和实际结果偏差甚微，均方误差仅为0.5％，实验效果非常理想。
5、总结
综上所述，煤矿钻探井下施工的过程中，由于受到各种因素的影响，出现钻孔偏斜的问题是比较常见的，一旦出现钻孔偏斜，对于整个并下施工的施工进度与施工质量都具有严重的影响，在实际的钻孔施工过程中，煤矿企业必须要把握钻孔的流程和工艺，在此基础上，优选钻孔的机械设备，严格控制钻孔作业的技术同时，对导致钻孔偏斜的主要原因进行分析，采取有效的预防与处理措施是非常必要的，要不断提高钻孔施工人员的索质，保证煤矿并下施工钻孔的质量和安全。
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