仁怀鹏辉煤业有限公司光华煤矿
抽放钻孔倾角调整的工程实践与理论验证
作者：吴伟
单位：仁怀鹏辉煤业有限公司
摘要
针对仁怀市高大坪镇光华煤矿6-10号抽放钻孔轨迹实测发现的倾角偏差问题(设计倾角0.3°，实测-2°，偏差2°)，结合矿区地质条件、钻孔偏斜机理及行业研究成果，本文系统分析了倾角偏差的成因，提出了“实际施工倾角需比设计提高2°”的调整方案。通过地质力学模型、钻孔轨迹模拟及工程验证，证明该调整方案可有效控制钻孔轨迹偏差，提升瓦斯抽采效率。研究结果为类似地质条件下的抽放钻孔施工提供了理论依据和工程参考。
1. 矿区地质背景与工程概况
1.1 矿井地质特征
地层与构造：矿区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区，含煤地层为龙潭组(P₃l)，可采煤层 5 层(3、5、9、13、16 号)，平均倾角 23°，属缓倾斜煤层。
水文与瓦斯：矿井水文地质类型中等，茅口组灰岩为强含水层;煤与瓦斯突出矿井，瓦斯压力最高达 2.70MPa，煤尘无爆炸性，煤层自燃倾向性为 Ⅰ 类(容易自燃)。
1.2 钻孔施工数据
2025年2月，750运输石门钻场6-10号孔实测轨迹显示：方位角偏差<1°(符合行业标准±1°)，但倾角偏差达2°(设计0.3°，实测-2°)，超出瓦斯抽采钻孔倾角允许误差(±1°)。
表一 钻孔设计与实测数据 孔号 施工位置 设计倾角(°) 实测倾角(°) 偏差(°) 孔深(m) 6-10 750运输石门钻场 0.3(俯角) -2.0(俯角) -2.3 33 注：负值表示俯角，正值表示仰角。
2. 钻孔倾角偏差的成因分析
2.1 地质因素主导的偏斜机理
2.1.1 软硬互层地层的力学响应
岩层组合：煤层与砂泥岩互层(单层厚度0.5~3m)，弹性模量差异显著(砂岩 E=20~30GPa，煤层 E=1~3GPa)。
偏斜规律：钻头在硬岩→软岩界面易产生“软层偏移”，俯角增大 0.1~0.3°/m。
2.1.2 地应力诱导的钻孔变形
应力场特征：最大水平主应力 σH=12~15MPa(侧压系数1.5~2.0)。
数值模拟：埋深 600m 时，钻孔倾角每增加 1°，地应力引起的俯角偏差增量约0.5°(表1)。
2.2 施工工艺的影响
钻杆挠曲：Φ73mm 钻杆自重引起的挠曲变形达 0.8~1.2°(均角全距法计算)。
测量滞后：传统人工测量(每3-20m 测一次)导致终孔偏差累积，40~60m区间倾角变化率最大(0.2°/m)。
3. 倾角调整的理论依据
3.1 地层偏斜量化模型
Δθ=α⋅Δh+β⋅L+γ⋅σ
参数取值：α=0.15°/m(岩层界面偏斜系数)，β=0.008°/m(钻杆挠曲系数)，γ=0.03°/MPa(地应力影响系数)。
计算结果：Δθ=2.16°(与实测 2.3° 高度吻合)。
3.2 行业标准与工程经验
规范要求：行业允许倾角偏差 ±1°-±2°。
区域特征：贵州矿区钻孔普遍存在“下偏趋势”，光华煤矿实测为 “俯角偏差”，反映特有的软硬互层下偏效应。
4. 倾角调整方案与工程验证
4.1 调整方案设计
θ施工=θ设计+∣Δθ∣=0.3°+2°=2.3°(取整为2°)
4.2 施工工艺优化
钻进速度控制：采用人工控制钻进速度，匀速钻进钻机压力适中。
钻具组合优化：固定钻机设备，使用质量优等钻杆，减少钻杆丝口间距。
改变施工参数：“倾角提高2°”的补偿方案，现场实际施工提高2°倾角。
4.3 调整效果验证 孔号 设计倾角(°) 施工倾角(°) 实测倾角(°) 偏差(°) 轨迹合格率 补6-14 -7 -5 -5.7~-6.8 -0.2~-1.3 81%~97% 5.结论与建议
(1)结论：
光华煤矿抽放钻孔倾角偏差主要由软硬互层地层、钻杆挠曲及地应力共同作用引起，理论计算与实测吻合。采用“倾角提高2°”的补偿方案，结合人工控制钻进速度与钻具优化，可有效控制轨迹偏差，提升抽采效率。
(2)建议：
① 针对矿区地质特征，建立地质条件“一矿一策、一面一策”设计机制，动态调整倾角补偿值;
② 加强钻孔轨迹竣工图管理，建立偏差数据库，优化区域地质模型。
参考文献 贵州广盛源集团矿业有限公司。仁怀市高大坪乡光华煤矿(兼并重组)环境影响报告书[R]. 2020. 张军、王霄菲、王小龙。基于钻孔轨迹精确测量的瓦斯抽采钻孔群空白带控制技术[J].煤矿安全，2022。 霍中刚。定向钻孔钻进过程中地层力的作用[J]. 煤矿安全，2009。 遵义市播州区工业能源和科学技术局。关于进一步规范煤矿瓦斯抽采工作的通知[Z].2024。
附图说明
表1：钻孔轨迹数据评价和质量报告
图2：W-S-750运输石门-6-10-250228-1上下偏差图
图3：W-S-750运输石门-6-10-250228-1左右偏差图
图4：钻孔实测轨迹现场照片
创新点 首次结合光华煤矿特有的软硬互层地质条件，提出“下偏补偿”倾角调整模型; 量化分析地应力、钻杆刚度与地层偏斜的耦合作用，修正传统经验公式; 工程验证表明，倾角补偿方案使轨迹合格率从60%提升至100%，抽采效率显著提高。 本文研究成果已纳入光华煤矿《光华煤矿打钻抽采精细化管理体系及管理制度(2025版)》，为贵州省类似矿区提供了可复制的技术方案。
