定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下探放水孔施工中的應(yīng)用

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1、定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下探放水孔施工中的應(yīng)用張立君沈陽煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司地質(zhì)測量處2008-5-285定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下探放水孔施工中的應(yīng)用張立君沈陽煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司地質(zhì)測量處摘要：由于煤礦井下舊巷匯聚了大量的頂板裂隙水，對其他采面采掘施工安全帶來嚴(yán)重威脅。利用定向鉆進(jìn)技術(shù)，成功地施工探放水鉆孔，并通過鉆孔將積水放出，清除了水害隱患，保證了礦井安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：舊巷；定向鉆進(jìn)；探放水1引言沈陽煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司西馬煤礦，煤系地層及其上部地層為中等含水層，在工作面回采后采空區(qū)會有大量頂板

2、巖層裂隙水充填。個(gè)別舊巷亦會有大量積水會集現(xiàn)象。北二采區(qū)北翼皮帶道內(nèi)會聚了大量積水，預(yù)計(jì)積水量約3284m3，對其巷道的維修及其鄰近采空區(qū)積水的排放帶來嚴(yán)重影響。為了及時(shí)消除水害隱患，滿足礦井生產(chǎn)的需要，我公司利用了定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行探放舊巷積水鉆孔施工。于2008年12月5日成功施工鉆孔孔深147m，孔徑φ90mm，仰角15°，探放水鉆孔鉆至北二總排風(fēng)巷積水最低點(diǎn)，單孔出水量達(dá)70～110m3/h。2鉆場及工程地質(zhì)條件探放水鉆場位于北二采區(qū)北翼皮帶道，行人便利，通風(fēng)順暢，水電充足。鉆孔自北翼皮帶道測1號點(diǎn)前

3、20m，鉆孔方位23°，傾角15°，設(shè)計(jì)孔深146m，鉆孔終孔至北二總排風(fēng)巷。鉆孔所穿巖層依次為：粉砂巖，灰色，層理發(fā)育，鉆進(jìn)深度14.3m；14煤，黑色，粉塊狀亮煤，鉆進(jìn)深度1.9m；細(xì)砂巖，灰白至灰黑色，堅(jiān)硬，鉆進(jìn)深度54.4m；13煤，黑色，粉塊狀亮煤，鉆進(jìn)深度2.5m；中砂巖，灰白色，厚層狀，夾薄層煤屑，鉆進(jìn)深度66.7m；12煤，黑色，結(jié)構(gòu)為0.4(0.5)0.6m，鉆進(jìn)深度6.9m。所鉆巖性粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖，f=4～10，可鉆性Ⅲ～Ⅴ級，共穿越3層煤，即14煤、13煤和12煤，煤層最厚1.

4、0m，煤質(zhì)較軟，性脆，f=2。巖層傾角為2～3°，各巖層均為平行地層。3定向探放水孔施工3.1施工設(shè)備定向鉆進(jìn)探放水孔所采用的設(shè)備有：MKD-5S型全液壓坑道鉆機(jī)和BW250型泥漿泵。MKD-5S型鉆機(jī)可施工孔深300，終孔直徑為80～94mm的鉆孔。該鉆機(jī)由主機(jī)、泵站和操縱臺3部分組成，搬遷方便，適合煤礦井下坑道有限空間施工。其不但鉆進(jìn)工藝適應(yīng)能力強(qiáng)，而且起拔、給進(jìn)能力大，處理孔內(nèi)事故的能力也強(qiáng)，鉆具擰卸還實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。鉆孔傾角可0～±90°范圍調(diào)整，可滿足施工大傾角鉆孔的要求。BW2

5、50型泥漿泵，泵量52～250L/min，泵壓2.5～6Mpa。該泵不僅能滿足定向鉆進(jìn)技術(shù)的需要，還能滿足放水孔孔口管壓水試驗(yàn)（耐壓試驗(yàn)穩(wěn)定4Mpa）的測試要求。3.2儀器測斜儀選用CQ-1A型磁球定向測斜儀。該儀器用于非磁性鉆孔孔段單點(diǎn)測量傾角和方位角，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)傾角和方位角的測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、測量結(jié)果直觀等特點(diǎn)。其傾角測量誤差為±1°。3.3鉆具5MKD-5S型鉆機(jī)選配φ63.5mm外平鉆桿，單根長度1.5m，抗扭強(qiáng)度可達(dá)到2000N·m。施工中選用了兩種鉆頭：φ89mm內(nèi)凹式復(fù)合片鉆頭（保直

6、鉆進(jìn)）和φ89mm支柱型球面復(fù)合片鉆頭（造斜鉆進(jìn)）。鉆進(jìn)中使用的保直組合鉆具，由φ63.5mm鉆桿、穩(wěn)定器和φ89mm內(nèi)凹式復(fù)合片鉆頭組成，上仰或下斜組合鉆具由φ63.5mm鉆桿、穩(wěn)定器和φ89mm支柱型球面復(fù)合片鉆頭組成。4施工工藝根據(jù)本次定向放水鉆孔的實(shí)際施工，其工藝流程如下：鉆場準(zhǔn)備→安裝固定鉆機(jī)→開孔及空口管的安設(shè)→耐壓試驗(yàn)→定向鉆進(jìn)。4.1鉆場準(zhǔn)備鉆場布置在北二采區(qū)北翼皮帶道，準(zhǔn)備工作符合施工要求，設(shè)備進(jìn)入鉆場。4.2安裝固定鉆機(jī)設(shè)備及材料合理布置，擺放整齊。先調(diào)試鉆機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，再調(diào)鉆機(jī)方位角和傾

7、角。用單體液壓支柱將主機(jī)固定，再校正一次保證開孔方位和傾角符合設(shè)計(jì)要求。4.3開孔及孔口管的安裝為了定位準(zhǔn)確，用φ150mm硬質(zhì)合金取芯鉆頭取芯鉆進(jìn)至15.5m停鉆封孔?？卓诠芡饴恫糠诸A(yù)留長度不大于20cm，管壁周圍塞入棉紗，并用紅膠泥密封，用封孔泵注漿固結(jié)孔口管。4.4耐壓試驗(yàn)固結(jié)72小時(shí)后掃孔。掃孔深度超過孔口管長度0.5m，在孔口管上安裝三通、控水瓦籠和水壓表、試驗(yàn)盤，管路連接好后即可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)采取逐級升壓法。試驗(yàn)共分四級，每級1Mpa，即先穩(wěn)定在1Mpa左右5min，觀察管口有無滲水、松

8、動(dòng)等現(xiàn)象，確認(rèn)沒有后可繼續(xù)升壓至2Mpa，依次進(jìn)行，直到壓力最后穩(wěn)定在4Mpa，時(shí)間不少于30min方可視耐壓試驗(yàn)結(jié)束。4.5定向鉆進(jìn)工藝技術(shù)5在實(shí)際施工中采取穩(wěn)定組合鉆具保直鉆進(jìn)、通過測斜掌握鉆孔軌跡、及時(shí)更換鉆具組合形式或調(diào)整鉆進(jìn)工藝參數(shù)的定向鉆進(jìn)工藝技術(shù)措施，對鉆孔的傾角和方位角進(jìn)行控制，使鉆孔鉆進(jìn)到預(yù)定靶區(qū)。4.5.1保護(hù)直鉆進(jìn)穩(wěn)定組合鉆具穩(wěn)定組合鉆具由φ63.5mm外平鉆桿、穩(wěn)定器和φ94mm內(nèi)凹式復(fù)合