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煤矿井下瓦斯抽采钻孔偏斜规律分析

煤矿现代化

2 0 1 4年第6期

总第1 2 3期

煤矿井下瓦斯抽采钻孔偏斜规律分析 丁志伟。周侃z ( 1 .河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 4 5 4 ̄3; 2 .六盘水市盘县安全生产监督管理局,贵州盘县 5 5 3 5 ̄)

摘要瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出保障煤矿安全生产的重要措施,抽采钻孔质量的高低将直接影响到瓦斯抽采的效果。然而,在钻孔的施工过程中由于受到多种因素的影响,造成钻孔的设计位置与实际位置不符,严重影响了瓦斯抽采的效果。因此,对瓦斯抽采钻孔偏斜的研究显得尤为重要,本文分析了以往钻孔施工过程中存在的问题和误差来源,总结出影响钻孔偏斜的几个主要因素及预防措施,并且给出了钻孔轨迹的计算方法。结合实例,确定钻孔的轨偏斜迹,并找出其偏斜的规律,从而指 导瓦斯抽采钻孔的施工,保证钻孔的合格率。 关键词钻孔;测斜;误差;轨迹中图分类号: T D 7 1 3 . 3 文献标志码: B 文章编号: 1 0 0 9— 0 7 9 7 ( 2 0 1 4) 0 6— 0 0 8 9— 0 3

1 引言 在煤矿生产中,煤与瓦斯突出始终是困扰煤矿安全生产的一个重要问题。为了防治瓦斯灾害和提高井

所造起的钻孔偏斜。引起定位误差的是指钻机在钻进过程中产生的角度改变量和在定位时角度测量的误差。常见的造成几何偏斜的因素主要有角度测量误差、钻机定位方法、钻机定位性能以及钻机作业环境。 2 . 2钻孔偏斜规律 ( 1 )不同岩层岩性的差异性越大,则钻孔偏斜度越大,偏斜的趋势总是与岩层面垂直。

下作业安全系数,我国《防治煤与瓦斯突出规定》中明 确规定了煤矿特别是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井采前必须进行瓦斯治理,煤层瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出的主要技术措施之一[ 1]。但是,在目前抽采钻孔实际施工的过程中,由于自然、技术以及人为因素的影响,实际的钻孔轨迹往往偏离设计轨迹,容易造成钻孔偏斜的现象【 2】。不能达到有效的预期抽放目 的,这也成为当前必须解决的一项技术难题。 为了掌握与控制瓦斯抽采钻孔在煤岩中位置的变化,以便预防和纠正钻孔的偏斜,在

钻孔实际施工 的过程中,要实现对钻孔的动态测量,而达到这一目

的最基本方法就是利用测斜仪对钻孔进行测斜[ 3 1,必须准确详细的记录钻孔在每一测点的数据参数,进而确定钻孔在煤岩中各测点的三维坐标,然后根据钻孔测点的三维坐标对钻孔轨迹进行空间定位,并绘制钻 孔轨迹图,最后确定钻孔在不同方向上的偏斜量。

( 2 )在水平或近似水平的煤岩层中钻进垂直孔时,由于钻孑 L方位角变化不大,主要是钻孔倾角的变化,因此,即使岩石各向异性很强、软硬不均,钻孔也不会产生较大的偏斜。 ( 3 )钻孔碰到硬包裹体时,包裹体越硬偏斜越强烈,并且方向偏斜具有任意性。 ( 4 )按一般规律来说,在层理明显的变质岩地层中钻进较浅钻孔时,钻孔倾角呈下垂趋势;而钻孔的方位角偏斜往往与钻具回转的方向一致,只是在顶角接近于零的钻孔中,方位角变化才表现不定,钻孔顶角大时方位角变化小,顶角小时方位角变化大;

3钻孔偏斜误差的计算 随着钻孔孔深的增加和各种单点测斜仪的使用, 在测点较少的情况下,能够模拟并输出钻孔轨迹的重要性日渐突出[ 5 1。钻孔轨迹图是钻孔轨迹的直观反映, 是了解钻孔在地下空间的位置及其空间形态的重要手段和方法。 目前钻探中常用的轨迹计算方法是均角全距法。 均角全距法是把相邻两测点之间的钻孔轨迹看作直线,每段直线的顶角和方位角都取上、下测点顶角和方位角的平均值,整个钻孔轨迹表现为由许多直线段组成的折线嘲。在实际的测量过程中,可以先选取一个基准点即开孔坐标点,然后每隔一定距离就进行一次测量,能够获取每个测点的三个基本要素:孔深、倾

2钻孔偏斜的原因及规律 2 . 1钻孔偏斜的原因引起瓦斯抽采钻孔偏斜的因素是多方面的,但主

要有力学弯曲因素和几何偏斜因素两大类。 ( 1 )力学弯曲是指粗径钻具在钻进过程中由于受力不平衡,受弯矩的作用而弯曲变形导致钻孔的偏斜。在施工钻孔的过程中,当粗径钻具力矩变化而产生偏斜力,这为粗径钻具轴线偏离钻孔轴线提供动力,另外由于存在孑 L壁间隙,这也为粗径

钻具提供了偏斜的空间。

( 2 )几何偏斜是由于钻机定位过程中产生误差

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