李立華

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司勘探工程處，河南省平頂山市，467000）

鉆孔抽采瓦斯是治理煤層瓦斯的主要技術(shù)措施，一方面可以降低瓦斯壓力和煤層地應(yīng)力，起到卸壓防突的效果，另一方面也可以將抽采出的高濃度瓦斯作為能源利用，保護(hù)環(huán)境，起到一舉多得的效果［1］。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，瓦斯抽采鉆孔會(huì)發(fā)生偏移的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔無(wú)法打到設(shè)計(jì)位置，產(chǎn)生抽采空白帶，不能有效起到煤層泄壓和抽采煤層瓦斯的作用，給煤層開(kāi)采留下巨大隱患［2-4］。平頂山礦區(qū)煤層瓦斯含量東高西低，己組和戊組較丁組和庚組高［5］。因此，為確保瓦斯抽采效果，減少鉆孔偏移，本文以現(xiàn)場(chǎng)鉆孔軌跡測(cè)量的實(shí)際數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析鉆孔偏移規(guī)律和鉆孔偏移的原因，并提出針對(duì)性的糾偏措施，研究結(jié)論可以提高瓦斯抽采鉆孔質(zhì)量，保障煤礦安全生產(chǎn)。

1 鉆孔軌跡儀的應(yīng)用

1.1 鉆孔軌跡儀選取

本文所選用的礦用鉆孔軌跡儀由鉆孔軌跡儀探管和顯示控制器兩部分組成［6］。在鉆孔施工過(guò)程中，將探管安裝在鉆頭后的無(wú)磁鉆桿中，通過(guò)探管測(cè)量并記錄下鉆孔鉆進(jìn)的傾角、方位角，這些數(shù)據(jù)會(huì)在鉆孔外的顯示控制器上顯示并保存，成孔后通過(guò)內(nèi)置計(jì)算程序繪制出鉆孔的三維軌跡圖，通過(guò)和設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡圖比較即可得知鉆孔偏移規(guī)律。

1.2 鉆孔軌跡繪制原理

鉆孔軌跡儀繪制鉆孔軌跡的原理是首先設(shè)定開(kāi)孔位置的傾角和方位角，然后測(cè)量鉆孔某測(cè)點(diǎn)的孔深、傾角、方位角等數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算得出測(cè)點(diǎn)的位置，依此類推，得到數(shù)個(gè)從孔口到孔底的測(cè)點(diǎn)位置，彼此連接即為鉆孔軌跡。

假設(shè)鉆孔軌跡為一斜直線，坐標(biāo)系的原點(diǎn)為孔口，X軸取正北方向，Y軸取正東方向，Z軸取垂直向下。根據(jù)鉆孔各個(gè)深度上（即測(cè)點(diǎn)）的頂角和方位角，軌跡上的空間坐標(biāo)如圖1所示，計(jì)算如式（1）所示。

圖1 鉆孔軌跡示意圖

式中：x0，y0，z0——孔口坐標(biāo)；

xA，yA，zA——鉆孔軸線上A的坐標(biāo)；

θ——開(kāi)孔頂角；

α——開(kāi)孔方位角；

LA——孔口至測(cè)點(diǎn)鉆孔軸線的長(zhǎng)度。

2 鉆孔偏移規(guī)律分析

利用鉆孔軌跡儀對(duì)平頂山礦區(qū)不同礦井進(jìn)行鉆孔軌跡測(cè)量，主要針對(duì)順層鉆孔、穿層鉆孔進(jìn)行測(cè)量，本文考察統(tǒng)計(jì)測(cè)量鉆孔2635個(gè)，其中順層鉆孔1370個(gè)（上行孔853個(gè)、下行孔517個(gè)），穿層鉆孔1265個(gè)（上行孔822個(gè)、下行孔443個(gè)）。

2.1 順層鉆孔測(cè)斜

2.1.1 順層上行鉆孔測(cè)斜

在總計(jì)測(cè)量853個(gè)順層上行鉆孔中，上偏鉆孔650個(gè)，概率為76.2%；下偏鉆孔181個(gè)，概率為21.2%；在垂直方向上出現(xiàn)重合的鉆孔22個(gè)，概率為2.6%；左偏鉆孔291個(gè)，概率為34.1%；右偏鉆孔555個(gè)，概率為65.1%；在水平方向上出現(xiàn)重合的鉆孔7個(gè)，概率為0.8%。從順層上行鉆孔偏移規(guī)律可以看出，順層上行鉆孔上偏的概率大于下偏的概率，左偏的概率小于右偏的概率，軌跡重合的概率較?。ㄣ@孔孔深，容易發(fā)生偏移）。

2.1.2 順層下行鉆孔測(cè)斜

在總計(jì)測(cè)量517個(gè)順層下行鉆孔中，上偏鉆孔157個(gè)，概率為30.3%；下偏鉆孔350個(gè)，概率為67.7%；在垂直方向上出現(xiàn)重合的鉆孔10個(gè)，概率為2%；左偏鉆孔136個(gè)，概率為26.3%；右偏鉆孔377個(gè)，概率為72.9%；在水平方向上出現(xiàn)重合的鉆孔4個(gè)，概率為0.8%。從順層下行鉆孔偏移規(guī)律可以看出，順層鉆孔下行孔上偏的概率小于下偏的概率，左偏的概率小于右偏的概率，軌跡重合的概率較?。ㄣ@孔孔深，容易發(fā)生偏移）。

2.2 穿層鉆孔測(cè)斜

2.2.1 穿層上行鉆孔（低位巷）測(cè)斜

在總計(jì)測(cè)量822個(gè)穿層上行鉆孔中，上偏鉆孔414個(gè)，概率為50.4%；下偏鉆孔285個(gè)，概率為34.7%；在垂直方向上出現(xiàn)重合的鉆孔123個(gè)，概率為14.9%；左偏鉆孔267個(gè)，概率為32.5%；右偏鉆孔458個(gè)，概率為55.7%；在水平方向上出現(xiàn)重合的鉆孔97個(gè)，概率為11.8%。從穿層上行鉆孔偏移規(guī)律可以看出，穿層鉆孔上行孔上偏的概率大于下偏的概率，左偏的概率小于右偏的概率，軌跡重合的概率占一定比例（鉆孔孔淺，不易發(fā)生偏移）。

2.2.2 穿層下行鉆孔（高位巷）測(cè)斜

在總計(jì)測(cè)量443個(gè)穿層下行鉆孔中，上偏鉆孔112個(gè)，概率為25.2%；下偏鉆孔284個(gè)，概率為64.1%；在垂直方向上出現(xiàn)重合的鉆孔47個(gè)，概率為10.7%；左偏鉆孔224個(gè)，概率為50.6%；右偏鉆孔213個(gè)，概率為48.1%；在水平方向上出現(xiàn)重合的鉆孔6個(gè)，概率為1.3%。從穿層下行鉆孔偏移規(guī)律可以看出，穿層鉆孔下行孔上偏的概率小于下偏的概率，左偏的概率與右偏的概率基本一致，軌跡重合的概率較小。

3 鉆孔糾偏及效果分析

根據(jù)瓦斯抽采鉆孔軌跡儀得到的鉆孔偏移規(guī)律，分析造成鉆孔偏移的原因是多方面的，總體來(lái)說(shuō)大致可分為地質(zhì)、技術(shù)和工藝因素3類［7］。由于影響鉆孔偏移的原因是多方面的，因此所采用的糾偏措施也是綜合的。

本文重點(diǎn)對(duì)角度對(duì)沖法糾偏措施及其效果進(jìn)行考察，即根據(jù)鉆孔偏移的規(guī)律，對(duì)應(yīng)調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)角度和開(kāi)孔角度，以期實(shí)現(xiàn)角度對(duì)沖相消，減少偏移量的目的。

（1）在首山一礦己15-17-12100機(jī)巷施工順層試驗(yàn)鉆孔，鉆孔軌跡規(guī)律如下：

221#下行鉆孔設(shè)計(jì)角度-11°，鉆孔施工后由鉆孔軌跡儀得知實(shí)際軌跡終孔位置相對(duì)設(shè)計(jì)下偏1.7 m。采取對(duì)沖后角度上調(diào)1°，即在鉆孔設(shè)計(jì)角度-11°時(shí)，按照開(kāi)孔角度-10°施工，根據(jù)鉆孔軌跡儀繪制的糾偏后實(shí)際軌跡和理論軌跡基本重合，終孔位置相對(duì)設(shè)計(jì)下偏0.105 m。221#下行鉆孔垂直方向偏移軌跡如圖2所示。

圖2 221#下行鉆孔垂直方向偏移軌跡圖

296#下行鉆孔設(shè)計(jì)角度-11°，實(shí)際軌跡下偏1.5 m。采取對(duì)沖后角度上調(diào)1°，即在鉆孔設(shè)計(jì)角度-11°時(shí)，按照開(kāi)孔角度-10°施工，296#下行鉆孔垂直方向偏移軌跡如圖3所示。由圖3可以看出，糾偏后實(shí)際軌跡和理論軌跡的終孔位置基本重合，偏移量基本為零。

圖3 296#下行鉆孔垂直方向偏移軌跡圖

（2）在十礦己15-16-24100機(jī)巷施工順層試驗(yàn)鉆孔，測(cè)量規(guī)律如下：

測(cè)7組1#上行鉆孔設(shè)計(jì)開(kāi)孔角度9°，根據(jù)鉆孔軌跡儀得知實(shí)際軌跡上偏0.9 m。采取對(duì)沖后角度下調(diào)3°，即在鉆孔設(shè)計(jì)角度9°時(shí)，按照開(kāi)孔角度6°施工，根據(jù)鉆孔軌跡儀得知糾偏后鉆孔實(shí)際軌跡終孔位置和理論軌跡終孔位置基本重合。測(cè)7組1#上行鉆孔垂直方向偏移軌跡如圖4所示。

測(cè)2組1#上行孔鉆孔設(shè)計(jì)開(kāi)孔角度9°，根據(jù)鉆孔軌跡儀得知實(shí)際軌跡上偏1.4 m。采取對(duì)沖后角度下調(diào)3°，即在鉆孔設(shè)計(jì)角度9°時(shí)，按照開(kāi)孔角度6°施工。測(cè)2組1#上行鉆孔垂直方向偏移軌跡如圖5所示。根據(jù)鉆孔軌跡儀得知糾偏后實(shí)際軌跡鉆孔終孔位置和理論軌跡終孔位置偏差0.016 m。

圖4 測(cè)7組1#上行鉆孔垂直方向偏移軌跡圖

圖5 測(cè)2組1#上行鉆孔垂直方向偏移軌跡圖

4 結(jié)論

（1）利用礦用鉆孔軌跡儀對(duì)平頂山礦區(qū)不同礦井的2635個(gè)不同類型的鉆孔進(jìn)行軌跡測(cè)量得到總體偏移規(guī)律為：上行孔在垂直方向上易發(fā)生上偏，下行孔易發(fā)生下偏；順層鉆孔在水平方向上易發(fā)生右偏；穿層鉆孔上行孔易發(fā)生右偏，下行孔左右偏概率相近。

（2）根據(jù)鉆孔偏移方向和偏移角度，采用角度對(duì)沖法對(duì)鉆孔糾偏?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明采用角度對(duì)沖法有效地減少了鉆孔軌跡終孔位置和設(shè)計(jì)終孔位置的偏移量，提高了煤層瓦斯抽采質(zhì)量，保障了煤礦安全生產(chǎn)。

（3）鉆孔偏移的原因是多方面的，因而鉆孔的糾偏措施也是綜合的。要想實(shí)現(xiàn)良好的糾偏效果和瓦斯治理效果，考察和應(yīng)用更加合理的糾偏措施還需要進(jìn)一步的探索。