仁懷鵬輝煤業有限公司光華煤礦
抽放鉆孔傾角調整的工程實踐與理論驗證
作者：吳偉
單位：仁懷鵬輝煤業有限公司
摘要
針對仁懷市高大坪鎮光華煤礦6-10號抽放鉆孔軌跡實測發現的傾角偏差問題(設計傾角0.3°，實測-2°，偏差2°)，結合礦區地質條件、鉆孔偏斜機理及行業研究成果，本文系統分析了傾角偏差的成因，提出了“實際施工傾角需比設計提高2°”的調整方案。通過地質力學模型、鉆孔軌跡模擬及工程驗證，證明該調整方案可有效控制鉆孔軌跡偏差，提升瓦斯抽采效率。研究結果為類似地質條件下的抽放鉆孔施工提供了理論依據和工程參考。
1. 礦區地質背景與工程概況
1.1 礦井地質特征
地層與構造：礦區位于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節北東向構造變形區，含煤地層為龍潭組(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：礦井水文地質類型中等，茅口組灰巖為強含水層;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 鉆孔施工數據
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°(符合行業標準±1°)，但傾角偏差達2°(設計0.3°，實測-2°)，超出瓦斯抽采鉆孔傾角允許誤差(±1°)。
表一 鉆孔設計與實測數據 孔號 施工位置 設計傾角(°) 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 地質因素主導的偏斜機理
2.1.1 軟硬互層地層的力學響應
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)。
偏斜規律：鉆頭在硬巖→軟巖界面易產生“軟層偏移”，俯角增大 0.1~0.3°/m。
2.1.2 地應力誘導的鉆孔變形
應力場特征：最大水平主應力 σH=12~15MPa(側壓系數1.5~2.0)。
數值模擬：埋深 600m 時，鉆孔傾角每增加 1°，地應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：傳統人工測量(每3-20m 測一次)導致終孔偏差累積，40~60m區間傾角變化率最大(0.2°/m)。
3. 傾角調整的理論依據
3.1 地層偏斜量化模型
Δθ=α⋅Δh+β⋅L+γ⋅σ
參數取值：α=0.15°/m(巖層界面偏斜系數)，β=0.008°/m(鉆桿撓曲系數)，γ=0.03°/MPa(地應力影響系數)。
計算結果：Δθ=2.16°(與實測 2.3° 高度吻合)。
3.2 行業標準與工程經驗
規范要求：行業允許傾角偏差 ±1°-±2°。
區域特征：貴州礦區鉆孔普遍存在“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。
4. 傾角調整方案與工程驗證
4.1 調整方案設計
θ施工?=θ設計?+∣Δθ∣=0.3°+2°=2.3°(取整為2°)
4.2 施工工藝優化
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。
鉆具組合優化：固定鉆機設備，使用質量優等鉆桿，減少鉆桿絲口間距。
改變施工參數：“傾角提高2°”的補償方案，現場實際施工提高2°傾角。
4.3 調整效果驗證 孔號 設計傾角(°) 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.結論與建議
(1)結論：
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，結合人工控制鉆進速度與鉆具優化，可有效控制軌跡偏差，提升抽采效率。
(2)建議：
① 針對礦區地質特征，建立地質條件“一礦一策、一面一策”設計機制，動態調整傾角補償值;
② 加強鉆孔軌跡竣工圖管理，建立偏差數據庫，優化區域地質模型。
參考文獻 貴州廣盛源集團礦業有限公司。仁懷市高大坪鄉光華煤礦(兼并重組)環境影響報告書[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[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。 遵義市播州區工業能源和科學技術局。關于進一步規范煤礦瓦斯抽采工作的通知[Z].2024。
附圖說明
表1：鉆孔軌跡數據評價和質量報告
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：鉆孔實測軌跡現場照片
創新點 首次結合光華煤礦特有的軟硬互層地質條件，提出“下偏補償”傾角調整模型; 量化分析地應力、鉆桿剛度與地層偏斜的耦合作用，修正傳統經驗公式; 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)》，為貴州省類似礦區提供了可復制的技術方案。
