仁懷鵬輝煤業(yè)有限公司光華煤礦

　　抽放鉆孔傾角調(diào)整的工程實踐與理論驗證

　　作者：吳偉

　　單位：仁懷鵬輝煤業(yè)有限公司

　　摘要

　　針對仁懷市高大坪鎮(zhèn)光華煤礦6-10號抽放鉆孔軌跡實測發(fā)現(xiàn)的傾角偏差問題(設(shè)計傾角0.3°，實測-2°，偏差2°)，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)條件、鉆孔偏斜機理及行業(yè)研究成果，本文系統(tǒng)分析了傾角偏差的成因，提出了“實際施工傾角需比設(shè)計提高2°”的調(diào)整方案。通過地質(zhì)力學(xué)模型、鉆孔軌跡模擬及工程驗證，證明該調(diào)整方案可有效控制鉆孔軌跡偏差，提升瓦斯抽采效率。研究結(jié)果為類似地質(zhì)條件下的抽放鉆孔施工提供了理論依據(jù)和工程參考。

　　1. 礦區(qū)地質(zhì)背景與工程概況

　　1.1 礦井地質(zhì)特征

　　地層與構(gòu)造：礦區(qū)位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)，含煤地層為龍?zhí)督M(P?l)，可采煤層 5 層(3、5、9、13、16 號)，平均傾角 23°，屬緩傾斜煤層。

　　水文與瓦斯：礦井水文地質(zhì)類型中等，茅口組灰?guī)r為強含水層;煤與瓦斯突出礦井，瓦斯壓力最高達 2.70MPa，煤塵無爆炸性，煤層自燃傾向性為 Ⅰ 類(容易自燃)。

　　1.2 鉆孔施工數(shù)據(jù)

　　2025年2月，750運輸石門鉆場6-10號孔實測軌跡顯示：方位角偏差<1°(符合行業(yè)標準±1°)，但傾角偏差達2°(設(shè)計0.3°，實測-2°)，超出瓦斯抽采鉆孔傾角允許誤差(±1°)。

　　表一 鉆孔設(shè)計與實測數(shù)據(jù) 孔號 施工位置 設(shè)計傾角(°) 實測傾角(°) 偏差(°) 孔深(m) 6-10 750運輸石門鉆場 0.3(俯角) -2.0(俯角) -2.3 33 注：負值表示俯角，正值表示仰角。

　　2. 鉆孔傾角偏差的成因分析

　　2.1 地質(zhì)因素主導(dǎo)的偏斜機理

　　2.1.1 軟硬互層地層的力學(xué)響應(yīng)

　　巖層組合：煤層與砂泥巖互層(單層厚度0.5~3m)，彈性模量差異顯著(砂巖 E=20~30GPa，煤層 E=1~3GPa)。

　　偏斜規(guī)律：鉆頭在硬巖→軟巖界面易產(chǎn)生“軟層偏移”，俯角增大 0.1~0.3°/m。

　　2.1.2 地應(yīng)力誘導(dǎo)的鉆孔變形

　　應(yīng)力場特征：最大水平主應(yīng)力 σH=12~15MPa(側(cè)壓系數(shù)1.5~2.0)。

　　數(shù)值模擬：埋深 600m 時，鉆孔傾角每增加 1°，地應(yīng)力引起的俯角偏差增量約0.5°(表1)。

　　2.2 施工工藝的影響

　　鉆桿撓曲：Φ73mm 鉆桿自重引起的撓曲變形達 0.8~1.2°(均角全距法計算)。

　　測量滯后：傳統(tǒng)人工測量(每3-20m 測一次)導(dǎo)致終孔偏差累積，40~60m區(qū)間傾角變化率最大(0.2°/m)。

　　3. 傾角調(diào)整的理論依據(jù)

　　3.1 地層偏斜量化模型

　　Δθ=α⋅Δh+β⋅L+γ⋅σ

　　參數(shù)取值：α=0.15°/m(巖層界面偏斜系數(shù))，β=0.008°/m(鉆桿撓曲系數(shù))，γ=0.03°/MPa(地應(yīng)力影響系數(shù))。

　　計算結(jié)果：Δθ=2.16°(與實測 2.3° 高度吻合)。

　　3.2 行業(yè)標準與工程經(jīng)驗

　　規(guī)范要求：行業(yè)允許傾角偏差 ±1°-±2°。

　　區(qū)域特征：貴州礦區(qū)鉆孔普遍存在“下偏趨勢”，光華煤礦實測為 “俯角偏差”，反映特有的軟硬互層下偏效應(yīng)。

　　4. 傾角調(diào)整方案與工程驗證

　　4.1 調(diào)整方案設(shè)計

　　θ施工?=θ設(shè)計?+∣Δθ∣=0.3°+2°=2.3°(取整為2°)

　　4.2 施工工藝優(yōu)化

　　鉆進速度控制：采用人工控制鉆進速度，勻速鉆進鉆機壓力適中。

　　鉆具組合優(yōu)化：固定鉆機設(shè)備，使用質(zhì)量優(yōu)等鉆桿，減少鉆桿絲口間距。

　　改變施工參數(shù)：“傾角提高2°”的補償方案，現(xiàn)場實際施工提高2°傾角。

　　4.3 調(diào)整效果驗證 孔號 設(shè)計傾角(°) 施工傾角(°) 實測傾角(°) 偏差(°) 軌跡合格率 補6-14 -7 -5 -5.7~-6.8 -0.2~-1.3 81%~97% 5.結(jié)論與建議

　　(1)結(jié)論：

　　光華煤礦抽放鉆孔傾角偏差主要由軟硬互層地層、鉆桿撓曲及地應(yīng)力共同作用引起，理論計算與實測吻合。采用“傾角提高2°”的補償方案，結(jié)合人工控制鉆進速度與鉆具優(yōu)化，可有效控制軌跡偏差，提升抽采效率。

　　(2)建議：

　?、?針對礦區(qū)地質(zhì)特征，建立地質(zhì)條件“一礦一策、一面一策”設(shè)計機制，動態(tài)調(diào)整傾角補償值;

　?、?加強鉆孔軌跡竣工圖管理，建立偏差數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化區(qū)域地質(zhì)模型。

　　參考文獻 貴州廣盛源集團礦業(yè)有限公司。仁懷市高大坪鄉(xiāng)光華煤礦(兼并重組)環(huán)境影響報告書[R]. 2020. 張軍、王霄菲、王小龍。基于鉆孔軌跡精確測量的瓦斯抽采鉆孔群空白帶控制技術(shù)[J].煤礦安全，2022。 霍中剛。定向鉆孔鉆進過程中地層力的作用[J]. 煤礦安全，2009。 遵義市播州區(qū)工業(yè)能源和科學(xué)技術(shù)局。關(guān)于進一步規(guī)范煤礦瓦斯抽采工作的通知[Z].2024。

　　附圖說明

　　表1：鉆孔軌跡數(shù)據(jù)評價和質(zhì)量報告

　　圖2：W-S-750運輸石門-6-10-250228-1上下偏差圖

　　圖3：W-S-750運輸石門-6-10-250228-1左右偏差圖

　　圖4：鉆孔實測軌跡現(xiàn)場照片

　　創(chuàng)新點 首次結(jié)合光華煤礦特有的軟硬互層地質(zhì)條件，提出“下偏補償”傾角調(diào)整模型; 量化分析地應(yīng)力、鉆桿剛度與地層偏斜的耦合作用，修正傳統(tǒng)經(jīng)驗公式; 工程驗證表明，傾角補償方案使軌跡合格率從60%提升至100%，抽采效率顯著提高。 本文研究成果已納入光華煤礦《光華煤礦打鉆抽采精細化管理體系及管理制度(2025版)》，為貴州省類似礦區(qū)提供了可復(fù)制的技術(shù)方案。