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1、探究定向钻进技术在沿煤层中的应用摘要：近年来，伴随着煤矿产区的不断扩大和采区的进一步加深，瓦斯含量越来越大的矛盾愈加突出，目前已严重影响到矿井的安全和生产能力。加Z原有地质资料难以充分揭示频繁出现的5m以下断层，不得不采用巷探揭露，从而导致生产费用急剧增加。为此利用沿煤层定向钻孔排放瓦斯、探明断层已成为煤矿生产的重要课题。本文通过介绍沿煤层定向技术的基本原理，针对煤矿地层特点，在研究矿区沿煤层定向钻进技术及成孔工艺的基础上，成功地在松散煤层中钻出孔深超过900m的沿煤层钻孔。关键词：煤层定向钻进钻具屮图分类号：P618.11文
2、献标识码：A1、矿井概况某煤矿地层主要是石炭二叠纪，开展沿煤层定向钻进技术工作是在A、B、C三个工作面上分别进行的。A工作面9号煤层标高为一630m,埋深为720m,西高东低。煤层倾如7一100,瓦斯含量低。9号煤层中有两层夹孙，均为0.7m厚，夹砰为泥质粉砂岩和砂岩；顶板为灰黑色泥质粉砂岩，含碳量较高，底板为灰黑色泥岩。B工作面标高一510m,埋深630mo所采2号煤层是该矿瓦斯含量最高的煤层，局部乩斯压力可达2.5—3MPa,同时也是最松散破碎的煤层,普氏系数ƒ〈1。煤层厚度3.8-4.0m,煤层倾角大（16—2
3、50）、断层多且落差大，钻进时极易发生喷孔和塌孔。历年來在该地区未能钻成一个深度超过45m的煤层钻孔。C工作面标高一460m,埋深580m,同属2号煤。煤性松散、破碎。煤层厚4.6—4.7m,倾角12〜130。2、机具选择2.1钻探设备为了保证足够的钻进和处理孔内事故能力，选择了永明地质机械厂制造的TSJ-2000型钻机，TBW一850/50型泥浆泵。2.2钻具2.2.1钻杆由于要求最小孔径不得小于215.9mm,加上孔较深，煤层条件比较复杂，如果使用小直径钻杆容易发生折断事故。同时为保证具冇足够的钻杆与孔壁环空间隙以顺利实现
4、造斜钻进，选择了ø127mm高强度外平钻杆。2.2.2钻头根据该煤矿的煤层条件和试验要求，设计了适用于各种用途的不同种类、结构和规格的钻头10余种，典型的如PDC,三牙轮钻头。2.2.3稳定器ø215.9mm钻头使用的稳定器直径为ø215mm,结构形式设计为易于加工的直槽型，槽内镶焊保径合金。2.3测斜仪测斜仪是实施沿煤层定向钻进不可缺少的检测仪器，为此选用了BQX—2型全方位钻孔测斜仪，该仪器可无缆测孔，结构简单，使用方便，精度较高。3、施工方案3.1钻孔结构考虑到水平钻进的特点及该矿井的煤层条
5、件，试验屮分别设计了单级、二级、三级3种钻孔结构，主耍使用二级结构。3.2组合钻具稳定组合钻具是实现上仰、下斜和保直的钻进过程以保证尽可能沿煤层钻进的关键。该项目采用的稳定组合钻具有3种形式。3.2.1保直稳定组合钻具该种钻具组合在合理操作规程的前提下具有良好的保直性，使用ø215.9mm钻头配合ø215mm稳定器,加上ø159mm钻铤良好的刚性，充分体现出该钻具组合以满为直、以刚为直的特点，另外内凹三翼PDC钻头具有良好的导向性。3.2.2上仰组合钻具当钻孔为水平状态时，钻具在孔内也呈大致水平状
6、态，由于1、2号扶正器间4・5m长的细钻杆在重力G的作用下会向下弯曲，所以钻头在钻进时会重点切削孔顶位置，同时在推力F的作用下，这种弯曲程度会加剧,因此保证了钻孔轨迹向上延伸。3.2.3下斜组合钻具当钻具处于水平状态时，要使其沿下斜轨迹前进，应使用组合钻具。山于ø127mm钻杆具有较好的挠性，在重力G作用下，钻头会重点切削钻头下方的煤层，加上小的推进力，大的排粉量以及较高的转速，使之切削下来的细小煤粉能很快被排离孔底，所以钻孔轨迹会随钻孔的加深而下斜。3.3钻进规程参数合理的钻进规程参数，是实现沿煤层钻进的另一重要因
7、素，现场试验中，采用的钻进规程参数：一开直井段：采用①311.15mm钻头钻进，钻压控制在20kN以内，保证井眼打直，使用40-45L/S的大排量，以满足携岩需要，转盘用I档高速钻进，提高机械钻速。二开造斜段：采用①215.9mm钻头钻进，钻压60-80kN,排量35-40L/s,泵压6-8MPa0三开水平段：采用①215.9mm钻头钻进，钻压80—lOOkN,排量28—30L/so3.4冲洗介质根据该煤矿的煤层条件，可供选择的冲洗介质冇清水、压风、泡沫液、泥浆等。但井下使用泡沫液和泥浆不具备条件，故考虑使用清水和压风。3.4
8、.1清水使用清水尤其是泥浆泵提供的高压水，与使用压风相比，能及时排出较深孔底的岩粉，不怕孔内涌水，且不需防尘。但用清水作冲洗介质也有以下缺点：①当煤层较软、裂隙较为发育时，在压力水的冲刷作用下，极易塌孔，造成卡埋钻；②当煤层裂隙发育时，压力水会注入煤层或裂隙，使返水减小，甚至
