大口径垂直钻孔防斜工艺技术探讨

摘 要：大口径钻孔在煤矿生产建设应用日益广泛，如：瓦斯孔、电缆孔、排水孔、井检孔、水文试验孔等；保证大口径钻孔垂直度，直接钻到靶点，是大口径钻孔施工研究的主要课题；近年，在七台河各类大口径钻孔施工中，探索出成型防斜经验，优质高效地完成了大口径垂直钻孔施工任务。

关键词：大口径；防斜；工艺技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.093

0 引言

大口径钻孔施工，孔斜控制是较大难点，钻具在孔内会产生弯曲和变形等不良现象，会进一步加重磨损程度，还会使摩擦阻力增大，甚至会引发钻杆折断等施工事故，以及钻具升降困难、钻速下降以及功耗增加等问题的出现，这都会导致成孔的难度增大和钻孔成本的增加，甚至会使钻孔事故的发生率增加。由此可以看出，加强对钻孔弯曲现象的预防以及有效地防斜保直，是钻孔施工重点关注的一项课题。

1 采用设备

（1）SPS-600型、RPS-型2600钻机；（2）山东青能—型泥浆泵；

（3）26m角钢塔；（4）---型柴油机；（5）---电动机；（6）φ393.7mm、φ444.4mm三牙轮钻头；（7）φ241mm加重管；（8）φ383mm、φ434mm螺旋扶正器；（9）φ383mm、φ434mm滚轮绞孔器。

2 设备安装及开孔

（1）钻塔塔基四角及设备承重处挖1.2m以上桩坑采用混凝土灌注，使用水准仪超平，塔基及底盘做到水平，稳固，周正。

（2）根据设计要求进行钻机的安装，并确保孔口中心、立轴、天轮的位置在同一条直线上。

（3）根据设计要求进行孔口管的固定，特别是要保证粗径钻的状态是直的，长度在10m左右。

（4）选取带导向的综合式异径钻具进行换径。

3 钻孔弯曲主要原因

3.1 地质因素

（1）岩石的各向异性。碎岩效率一般与岩层的方向有着密切的关系，并且根据施工经验一般垂直方向的岩层碎岩效率要比平行方向的效率高一些，这就会导致在倾斜的岩层中进行钻进施工会发生垂直方向弯曲的不良现象，这又被称为顶层进。（2）软硬互层。钻孔从软件进入硬岩时，由于受到的阻力大小不同会发生不同程度的弯曲，弯曲的方向通常是与层面的方向垂直；当钻孔从硬岩进入软岩的时候，弯曲的方向通常是与法线方向偏离的趋势，但较硬的孔壁会对钻具的偏移产生限制，使其能够基本保持方向不变。

钻孔遇层角存在一定的临界值，低于它的时候钻孔将沿硬岩的层面下滑，高于它的时候钻孔则顶层进。

3.2 技术因素

（1）在设备安装过程中要根据相关的要求和步骤进行安装，一些不合规范的问题都要严格避免，例如钻机基础不平、立轴安装不规范、未下未下孔口管等。（2）对于安装过程中出现的钻孔弯曲问题，我们在连续的现场施工和研究实践中探索并总结了一些钻孔防斜保直的举措，具体如下：根据地层的实际条件来设计钻孔，并且在布置过程中要注意保持钻孔遇岩层的层面和走向垂直，例如在富强煤矿瓦斯排放钻孔施工时，两个钻孔相距为11米，孔深为275米，经过对施工现场的分析和研究之后我们均按照岩层的走向对钻孔进行布置，终于取得了较好的防斜保直控制效果，将两个钻孔的孔底位移分别控制在1.2米和0.8米，这既方便富强煤矿顺利找到两个钻孔，大大缩短了工期，还有效降低了施工成本。

4 保证安装质量，把好换径关

（1）安装过程中要确保地基状态的平整，尽量使其更加坚实、稳固。

（2）根据设计要求进行钻机的安装，并确保孔口、立轴、天轮的位置在同一条直线上。

（3）根据设计要求进行孔口管的固定，特别是要保证粗径钻的状态是直的，长度在10m左右。

（4）选取带导向的综合式异径钻具来换径。

5 采用合理的钻具结构

（1）优先选用满眼钻具，是因为这样结构的钻具一是可以尽量降低由于工艺因素造成的孔斜，二是可以尽量削弱由于地质因素造成的促斜。

（2）满眼钻具是由3-5个外径与钻头直径相近的扶正器和一些外径较大的钻铤组成，具有刚性大和填满孔眼两个特点。

（3）钻具结构中的直徑规格分别为：钢齿牙轮钻头φ374mm，扶正器为φ374mm，钻铤φ146mm。

（4）采用扶正器提高稳定性。扶正器有着间隙小、支撑面多、耐磨性高、刚度强等特点，并且泥浆循环通路良好，所以是孔底钻具组合的重要组分之一。我们在施工中采用直径为φ374mm的整体螺旋式扶正器，将其和三个扶正器连接起来，能够实现钻具刚度的增大和钻头倾斜交的减小，确保孔内的钻具处于居中状态，限制钻柱发生弯曲的程度，并尽量降低增斜力。新建煤矿瓦斯排放钻孔中，通过这种施工工艺能够提高钻孔的精度，精确到设计标高-100米处在仅为2.5米宽的巷道中做到孔底0位移、无偏差的优质钻孔。

（5）增强粗径钻具的刚度，防止钻具自身弯曲。在材质的选择上采取专用地质管材，其中钻铤直径为φ146mm，壁厚为40mm；钻杆直径为φ89mm，壁厚为10mm。

6 选择合理的技术参数

按照地层岩性和岩层的变化情况，对增压还是减压缩进进行科学合理的选择。并适当调整泵量、泵压，适当降低转速，取得较好效果。

7 结语

七台河地质队采用合理防斜工艺曾经先后在新强煤矿、新铁煤矿、新立煤矿、新建煤矿等8个大口径瓦斯抽放钻孔顺利完成施工任务，其中孔底偏移位移都实现了在2.50米以内的合理控制。通过这样的工艺实现了排放钻孔和井下瓦斯排放管路的顺利连接，改善了矿井瓦斯及时排放的问题，使矿井作业更加安全，同时控制更加精确，成本也更低。

参考文献：

[1]长春地质学院.钻探工程[M].

[2]中华人民共和国煤炭行业标准[S].MT/T 1076-2008.煤田地质钻探规程.

[3]水文地质钻探规程[S].DZ/T 0148-1994

[4]煤炭地质勘查钻孔质量标准[S].MT/T1042-2007

[5]中国煤田地质总局.特种钻探工程[M].煤炭工业出版社.

[6]钻探工程技术及标准规范实务全书[S].

作者简介：杨世杰（1963-），男，钻探工程师，地质队队长，钻探工程专业。