工作面定向鉆孔施工方案一、工程設(shè)計1.1設(shè)計依據(jù)本方案依據(jù)地質(zhì)勘探資料、礦井瓦斯抽采需求及定向鉆探技術(shù)規(guī)范編制，適用于長度超過200m的頂板高位定向長鉆孔施工。設(shè)計需明確鉆孔終孔直徑不小于153mm，軌跡偏差控制在靶區(qū)半徑0.5m范圍內(nèi)，鉆孔開孔方位間隔大于6°，確保與工作面巷道走向平行。1.2鉆孔軌跡設(shè)計孔身結(jié)構(gòu)分為三段：套管孔段：直徑250mm，下入Φ200mm套管，深度9m，采用水泥注漿封孔，封孔壓力不低于1.5MPa。穿層孔段：先導(dǎo)孔直徑120mm，擴孔至153mm，造斜率控制在1.5°/m~3°/m，穿越煤層頂板時傾角由15°漸變至水平。目標層孔段：水平延伸段長度根據(jù)工作面寬度確定，保持孔底高程在頂板裂隙帶內(nèi)（距煤層頂板15m~65m），水平段方位角偏差不超過±2°。軌跡參數(shù)需滿足：造斜點選擇在穩(wěn)定巖層中，距煤層頂板法線距離不小于10m水平段曲率半徑大于120m，確保Φ153mm擴孔器順利通過終孔靶點坐標偏差：平面位置≤0.5m，垂深≤0.3m二、設(shè)備與器具配置2.1主要施工設(shè)備設(shè)備類型規(guī)格參數(shù)數(shù)量用途定向鉆機扭矩≥30kN·m，推拉力≥200kN1臺提供鉆進動力螺桿馬達Φ89mm，額定轉(zhuǎn)速200rpm2套控制鉆孔軌跡泥漿泵流量100m3/h，壓力20MPa1臺輸送沖洗液隨鉆測量系統(tǒng)測量精度：頂角±0.1°，方位角±0.5°1套實時監(jiān)測孔底參數(shù)擴孔器Φ153mm桶式結(jié)構(gòu)，刀盤硬度HRC603套分級擴孔作業(yè)2.2鉆具組合先導(dǎo)孔鉆進：Φ120mmPDC鉆頭+Φ89mm螺桿馬達+MWD測量短節(jié)+Φ73mm無磁鉆桿擴孔作業(yè)：Φ153mm擴孔器+Φ127mm鉆桿+萬向節(jié)+減震器套管下入：Φ200mm套管+套管扶正器+注漿接頭2.3測量儀器采用電磁波隨鉆測量系統(tǒng)，具備以下功能：實時傳輸頂角、方位角、工具面向角參數(shù)存儲間隔≤5m，數(shù)據(jù)記錄分辨率0.1°工作溫度-20℃~120℃，抗壓≥100MPa三、施工工藝3.1施工準備場地布置：平整鉆機基礎(chǔ)，尺寸不小于5m×8m，承載力≥200kPa設(shè)置泥漿循環(huán)系統(tǒng)（沉淀池3級，總?cè)莘e50m3）安裝地錨箱，采用4根Φ20mm錨桿固定，錨固力≥50kN/根孔口預(yù)處理：開挖孔口坑（2m×2m×1.5m），鋪設(shè)鋼板防止塌孔安裝孔口管（Φ273mm×6m），周邊用水泥漿固管，養(yǎng)護48h設(shè)備調(diào)試：鉆機傾角調(diào)整至設(shè)計入射角（15°），水平度偏差≤0.5°隨鉆測量系統(tǒng)標定：磁偏角校正、深度校準、信號傳輸測試3.2鉆進施工流程3.2.1套管孔段施工采用Φ250mm三牙輪鉆頭開孔，鉆進至9m深度擴孔至Φ300mm后下入Φ200mm套管，套管底部安裝止?jié){塞注入42.5級水泥漿，水灰比1:1.2，注漿壓力由0.5MPa逐步升至1.5MPa候凝72h后進行掃孔，確認套管通暢3.2.2定向造斜作業(yè)導(dǎo)斜鉆進：下入Φ120mm定向鉆頭+螺桿馬達組合，工具面向角設(shè)定按設(shè)計軌跡計算值預(yù)偏3°（補償反扭矩）每鉆進3m測量一次軌跡參數(shù)，造斜率偏差超過±0.5°/m時調(diào)整工具面向角穿越煤層頂板前10m降低鉆進速度至0.5m/min，密切監(jiān)測扭矩變化水平段鉆進：采用復(fù)合定向鉆進技術(shù)，滑動定向與回轉(zhuǎn)鉆進交替進行每根鉆桿（9m）測量一次參數(shù)，水平段方位角每50m校核一次鉆遇巖層變化時（如砂巖→泥巖），降低推進速度20%，調(diào)整沖洗液黏度3.2.3分級擴孔先導(dǎo)孔完成后進行三級擴孔：一級擴孔：Φ120mm→Φ153mm，轉(zhuǎn)速60rpm~80rpm，推拉力≤100kN二級擴孔：Φ153mm→Φ200mm（如需下篩管），采用雙動力頭驅(qū)動擴孔時泥漿排量≥80m3/h，確保巖屑返出率≥95%擴孔質(zhì)量控制：擴孔器扭矩波動超過±20%時立即停鉆，檢查孔內(nèi)狀況每擴完50m進行軌跡復(fù)測，防止擴孔偏離設(shè)計軸線終孔前30m采用慢轉(zhuǎn)速（40rpm）修孔，保證孔壁光滑四、沖洗液配置與管理4.1沖洗液配方根據(jù)不同施工階段調(diào)整配比（按1m3清水計算）：鉆進階段鈉基膨潤土CMC潤滑劑純堿防塌劑黏度先導(dǎo)孔60kg0.5kg3kg2kg-45s~55s擴孔80kg0.8kg5kg3kg2kg60s~70s水平段70kg1.0kg8kg2kg3kg55s~65s4.2性能指標控制密度：1.05g/cm3~1.10g/cm3，通過增減膨潤土調(diào)節(jié)pH值：8~9，使用純堿（Na?CO?）調(diào)整失水量：≤15mL/30min（常溫），加入降失水劑控制含砂量：≤1%，通過振動篩和沉淀池三級凈化4.3循環(huán)系統(tǒng)管理建立泥漿檢測制度：每2h測定黏度、密度、pH值，記錄檢測結(jié)果凈化設(shè)備配置：振動篩（120目）+除砂器（分離粒度≥40μm）+離心機巖屑處理：采用封閉式運輸，運至指定棄渣場集中處理，防止環(huán)境污染五、質(zhì)量控制措施5.1軌跡監(jiān)測與修正實時監(jiān)控：隨鉆測量數(shù)據(jù)每5m存儲1組，發(fā)現(xiàn)軌跡偏差超限時立即停鉆水平段每100m進行一次多點復(fù)測，采用最小二乘法校正軌跡曲線終孔前進行全孔軌跡復(fù)測，生成三維坐標曲線圖偏差處理：平面偏差0.3m~0.5m時，采用2°/m造斜率逐步糾偏垂深偏差超過0.3m時，通過調(diào)整工具面向角進行高程修正糾偏段長度不小于30m，避免急彎導(dǎo)致卡鉆5.2成孔質(zhì)量驗收檢驗項目允許偏差檢驗方法終孔直徑≥153mm井徑儀測量孔深設(shè)計值±0.5m鉆桿計數(shù)+測繩復(fù)測水平段直線度≤1°/100m軌跡計算軟件分析孔內(nèi)沉渣≤0.3m聲波測井5.3施工記錄要求鉆進參數(shù)記錄：每根鉆桿記錄轉(zhuǎn)速、扭矩、推拉力、泵壓、排量巖屑錄井：每5m取樣，描述巖性、含煤量、裂隙發(fā)育情況軌跡數(shù)據(jù)：保存原始測量數(shù)據(jù)，生成《鉆孔軌跡三維投影圖》六、安全技術(shù)措施6.1施工安全防護設(shè)備安全：鉆機固定螺栓扭矩≥300N·m，班前檢查液壓系統(tǒng)壓力（18MPa~20MPa）高壓膠管每半年進行耐壓試驗（工作壓力1.5倍），不合格立即更換電氣設(shè)備設(shè)置接地保護，接地電阻≤4Ω作業(yè)防護：鉆臺周圍設(shè)置1.2m高防護欄，配備防滑踏板操作人員佩戴安全帽、防振手套、護目鏡，高空作業(yè)系安全帶泥漿池設(shè)置警示標志和防護圍欄，深度超過1.5m時安裝爬梯6.2孔內(nèi)事故預(yù)防卡鉆處理：發(fā)生卡鉆時立即停止鉆進，保持泥漿循環(huán)，測量卡點位置采用"上提下放"法活動鉆具，活動范圍≤5m，拉力不超過額定值70%無效時注入解卡劑（油基潤滑劑），浸泡時間≥2h后嘗試活動井噴預(yù)防：鉆遇瓦斯異常時（CH?濃度≥0.5%），立即啟動防爆排風(fēng)扇孔口安裝防噴器，額定工作壓力≥10MPa，每班進行開關(guān)試驗配備瓦斯檢測儀，每30min檢測一次，超標時立即撤離并啟動應(yīng)急預(yù)案6.3應(yīng)急處置火災(zāi)事故：配備2臺8kg干粉滅火器，電氣火災(zāi)先切斷電源再滅火中毒窒息：在可能存在有害氣體區(qū)域設(shè)置便攜式氣體檢測儀，配備正壓式呼吸器2套坍塌事故：鉆場配備應(yīng)急支護材料（Φ150mm圓木10根，液壓支柱4根）七、施工組織與管理7.1人員配置崗位人數(shù)職責(zé)機長1人全面負責(zé)施工組織技術(shù)員1人軌跡設(shè)計與質(zhì)量控制司鉆2人操作鉆機，執(zhí)行鉆進參數(shù)測量工1人隨鉆測量與數(shù)據(jù)記錄泥漿工2人沖洗液配置與性能調(diào)整安全員1人現(xiàn)場安全監(jiān)督與檢查7.2進度計劃單孔施工周期：套管段1d，先導(dǎo)孔3d~5d，擴孔2d~3d，總工期≤10d作業(yè)制度：采用"兩班制"連續(xù)施工，每班工作8h，交接班時進行設(shè)備檢查進度保障：備用螺桿馬達1套，易損件（鉆頭、扶正器等）儲備量滿足3個孔需求7.3環(huán)保措施施工廢水處理：經(jīng)三級