劉新成

（新疆天富小溝礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832026）

1 工程概況

新疆天富小溝礦業(yè)位于石河子市西南部，距離石河子市區(qū)75km，隸屬于沙灣縣管轄。井田走向長度3.5km，井田內(nèi)共有可采煤層8層，平均可采厚度1.14m，井田范圍內(nèi)交通十分便利。其5#煤層頂板砂巖為含水層，需對該含水層進(jìn)行定向探放水，以保證生產(chǎn)安全。

2 疏放水施工設(shè)計(jì)方案

疏放水鉆孔軌跡平面圖如圖1所示。鉆孔開孔方向沿巷道開掘方向，開孔傾角按0°。鉆進(jìn)一段后開斜向上的分支孔A1-1，曲率半徑200m，調(diào)整方位與巷道方向呈30°夾角時(shí)，鉆孔傾角大約達(dá)到23°，保持方位和傾角繼續(xù)鉆進(jìn)，直到探查邊界終孔。退鉆后，繼續(xù)側(cè)鉆施工A1-2分支孔，各分支孔間距按100m計(jì)算。如此反復(fù)，直到施工完4個(gè)分支孔和主孔。完成A1號(hào)主孔的施工。施工過程中視鉆孔出水情況隨時(shí)調(diào)整分支孔的施工數(shù)量及進(jìn)度，并根據(jù)實(shí)際探查情況終止A1孔的施工，有目的的施工A2主孔，不再開分支，直接按預(yù)定的靶點(diǎn)施工即可。

圖1 5煤層頂板砂巖水疏放鉆孔軌道設(shè)計(jì)平面圖

3 鉆探實(shí)施方案

3.1 鉆場布置

井下鉆場的布置會(huì)影響生產(chǎn)工作面工程進(jìn)度及井下生產(chǎn)安全，因此應(yīng)當(dāng)在保證探放水范圍的前提下，盡可能的少布置鉆場，且應(yīng)將鉆場布置在合適的位置，以減小對井下生產(chǎn)工作面的影響。根據(jù)61101工作面5#煤層頂板實(shí)際情況，考慮鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)，布置鉆場數(shù)目為2個(gè)。1號(hào)鉆場位于斜井段標(biāo)高為810.5m處（即主斜井5煤層頂板揭露段略向下），2號(hào)鉆場位置設(shè)計(jì)在主斜井下行段標(biāo)高為791m處（即在6煤頂板砂巖揭露段）。1號(hào)鉆場與2號(hào)鉆場之間的距離為77m，且鉆場應(yīng)布置在圍巖較為穩(wěn)定的位置，以減小對鉆場的圍巖支護(hù)成本。鉆場空間不小于10m×6m×2.5m，鉆場標(biāo)高需高于巷道標(biāo)高，以利于排水。鉆場支護(hù)方式為“錨桿+噴射混凝土”，為方便鉆機(jī)的固定，應(yīng)在鉆場前后方打穩(wěn)固用錨索。鉆場布置平面圖如圖2所示。

定向鉆進(jìn)對鉆場的要求：（1）鉆場底板水平；（2）鉆場供水能力≥12m3/h；（3）底板加固、平整，砼≥100mm。

圖2 鉆場平面示意圖

3.2 鉆探方法及工藝

61101工作面探放水鉆孔采用定向鉆進(jìn)技術(shù)（Directional Drilling，DD）進(jìn)行施工。定向鉆進(jìn)可使鉆孔軌跡按照設(shè)計(jì)的路線進(jìn)行鉆進(jìn)，具有施工方便、鉆進(jìn)效率高、不易發(fā)生塌孔等優(yōu)點(diǎn)。61101工作面定向鉆孔施工流程圖如圖3。

3.3 定向鉆孔施工技術(shù)要求

開孔孔位偏差：孔位偏差±0.5m，傾角偏差±2°，方位偏差±2°。主孔設(shè)計(jì)要求：原則上主孔施工孔深約800m；分支孔設(shè)計(jì)要求：分支鉆孔應(yīng)有足夠的排水量；鉆進(jìn)參數(shù)要求：由于本鉆孔采用兩級(jí)孔身結(jié)構(gòu)，為定向鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)交替使用；定向鉆孔其他要求為鉆孔附加裝置：① 孔口管，用于鉆探導(dǎo)向和控水閥門安裝。② 孔口裝置，其安裝使用如圖4所示。鉆進(jìn)參數(shù)表見表1。

圖3 定向鉆進(jìn)工藝流程示意圖

表1 鉆進(jìn)參數(shù)表

圖4 孔口裝置圖

孔口管封固標(biāo)準(zhǔn)檢測：固孔候凝24h后，采用泥漿泵向孔內(nèi)注水蹩壓的方式，保持壓力在3.0MPa，持續(xù)時(shí)間在20～30min，觀察孔壁及孔口管附近是否存在滲漏現(xiàn)象，如若不漏則說明固孔合格，如若出現(xiàn)滲漏，則需要繼續(xù)注漿固孔。

可能由于地下地質(zhì)條件的復(fù)雜性，定向鉆孔施工時(shí)可能遇到事前無法勘測到的斷層、采空區(qū)、陷落柱等情況，不能夠繼續(xù)施工則提鉆終孔。

3.4 施工用主要設(shè)備、儀器及鉆具組合

3.4.1 施工用主要設(shè)備及儀器

該項(xiàng)目施工主要設(shè)備以及配套鉆具見表2。

表2 主要設(shè)備、儀器及鉆具一覽表

3.4.2 施工設(shè)備

（1）鉆機(jī)

施工用ZDY6000LD鉆機(jī)具有搬遷方便、技術(shù)性能先進(jìn)、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，其主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 ZDY6000LD型鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)一覽表

（2）泥漿泵

泥漿泵用于提供鉆進(jìn)時(shí)排粉及定向鉆進(jìn)孔底動(dòng)力需要的沖洗液，此外還用于注漿。其主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 3NB-320/8-30型泥漿泵主要技術(shù)參數(shù)

3.4.3 儀器

本項(xiàng)目定向鉆孔施工采用YHD1-1000隨鉆測量系統(tǒng)，包括測量探管、孔口防爆電腦及線纜（孔口防爆電腦供電電壓為127V），該系統(tǒng)主要特點(diǎn)有：

（1）測量信息可以實(shí)時(shí)顯示及測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)導(dǎo)出，測量信息主要包括：孔深、方位角、傾角、工具面向角、左右偏差、上下偏差、下行軌跡、日期及時(shí)間狀態(tài)。

（2）測量精度高。傾角：±0.2°，方位：±1.5°，工具面向角：±1.5°。

3.5 螺桿鉆具定向方法

螺桿鉆具定向采用可調(diào)式彎頭螺桿鉆具，螺桿彎度可調(diào)整（0.5°、1.5°、2.5°），通過調(diào)整螺桿的彎度，滿足工具造斜率，但由于可調(diào)式結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性，易造成彎頭處斷裂，因此已經(jīng)很少使用。固定式彎頭螺桿鉆具，螺桿彎度固定（常用1.25°、1.5°），工具造斜率穩(wěn)定，且由于彎頭角度固定，不易發(fā)生破損、斷裂現(xiàn)象，目前井下定向鉆均采用該種螺桿鉆具。

4 組織機(jī)構(gòu)配備及職責(zé)

為確保項(xiàng)目的順利實(shí)施和工程質(zhì)量，項(xiàng)目執(zhí)行過程中，采取項(xiàng)目經(jīng)理部管理的方式開展工作。成立鉆探工程項(xiàng)目經(jīng)理部，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的技術(shù)管理、施工管理、安全質(zhì)量等工作。項(xiàng)目經(jīng)理部必須接受甲方的監(jiān)督和指導(dǎo)。項(xiàng)目經(jīng)理部將充分利用在煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)、人才等領(lǐng)域的綜合優(yōu)勢，對參加本次項(xiàng)目的所有專業(yè)人員進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的最佳系統(tǒng)管理。項(xiàng)目經(jīng)理部定期召開施工協(xié)調(diào)會(huì)議，研究項(xiàng)目施工的進(jìn)度、質(zhì)量及其他方面的管理工作，及時(shí)對項(xiàng)目進(jìn)度情況進(jìn)行總結(jié)，提出管理、協(xié)調(diào)配合建議和下階段的工作目標(biāo)，并將會(huì)議決定及時(shí)發(fā)放各個(gè)部門進(jìn)行落實(shí)、實(shí)施，力爭在最短的時(shí)間內(nèi)，全面完成61101工作面5#煤層頂板砂巖疏放水定向鉆孔工程任務(wù)。井下鉆探工程項(xiàng)目部人員組織管理機(jī)構(gòu)配置如圖5。

圖5 井下鉆探工程項(xiàng)目部人員組織管理機(jī)構(gòu)配置

5 放水效果及工作面安全評價(jià)

（1）該工程共施工1個(gè)主孔和4個(gè)分支孔，鉆孔進(jìn)尺1251m。4#分支孔600m處穿老空區(qū)，鉆孔穿水點(diǎn)水位標(biāo)高為+1135m水平。測得出水初壓為1.08MPa，單孔最大出水量采用容積法現(xiàn)場測得142m3/h，達(dá)到礦方放水要求。

（2）+1100m水平探水鉆孔布置在B4煤層中，沿B4煤層水平鉆進(jìn)400m后，沿煤層傾角斜向上進(jìn)行鉆進(jìn)，在+1135m水平（平面投影600m處）遇到采空區(qū)。

（3）通過近8個(gè)月的排水工作，據(jù)礦方井下目前觀測放水孔壓力在0.36MPa左右，水量約為25m3/h。由此推測目前老空水水位標(biāo)高約為+1136m，基本與鉆孔最低標(biāo)高相吻合。

（4）依據(jù)排水記錄，鉆孔打穿采空區(qū)進(jìn)行放水工作以來，總排水量約50余萬m3，基本將+1135m水平以上老空區(qū)積水排放完畢。目前鉆孔出水量為25m3/h，與+1280m水平補(bǔ)給水量基本一致。

（5）+1280m水平以下原始開采B3、B4煤層，均為老窯，采用走向短壁前進(jìn)式開采，存在約30萬m3的老空積水，經(jīng)+1100m水平探水鉆孔排水，已疏放至+1135m水平。但已疏放部分區(qū)段可能存在煤柱隔斷積水，或者頂板垮塌后存在堵塞積水。因此，B3、B4煤層采掘過程中，建議采用物探結(jié)合鉆探的方式進(jìn)行老空水補(bǔ)查，確保安全生產(chǎn)。

6 結(jié)論

（1）針對新疆天富小溝礦業(yè)66101工作面頂板砂巖含水層進(jìn)行了定向探放水設(shè)計(jì)，給出了主鉆孔及分支鉆孔的詳細(xì)布置位置。

（2）以探放水鉆孔參數(shù)為依據(jù)，進(jìn)行了鉆場位置選定、鉆探方法及鉆進(jìn)工藝的設(shè)計(jì)以及施工技術(shù)主要要求，并對施工機(jī)具進(jìn)行了介紹。