摘 要：随着煤矿生产力水平的提高，煤矿开采不断向深部发展，使得井下施工条件日益复杂，瓦斯、排水、通风等问题逐渐成为煤矿生产最大的安全隐患，因此定向大直径工程孔施工技术对煤矿安全生产具有重要意义。文章以定向大直径排水孔工程为例，详细介绍了大直径定向钻孔的施工难点及施工技术，对同类钻孔施工具有一定的借鉴作用。

关键词：大直径；定向排水孔；施工难点；施工技术

1 工程概况

陕西红柳林煤矿为解决矿区巷道排水、应对煤矿透水等突发事件，按照煤矿应急排水系统设计要求，从地面垂直施工2个排水孔，孔深154m，终孔直径650mm，终孔落点分别位于两个3m×4m的硐室内。

2 工程地质条件

本次施工钻孔总体上可分为土层段和基岩段，钻孔深度160m。根据前期勘查资料显示，土层段由黄土层（层厚约为15m）和粘土层（层厚约为38m），土层段累计深度约为53m；基岩段为侏罗系中统延安组第三至一段部分地层，5-2煤以上基岩岩层厚度约为100m，5-2煤煤层厚度约为6.0m，基岩段岩性为深灰色粉砂岩、中、细粒砂岩、泥岩，岩层依次含4-2、4-3、4-4、5-1号煤层，基岩段累计深度约为101m。

3 技术要求

（1）从指定的地表孔位向下施工一孔径为650mm的钻孔，无需采芯，靶心位于井下排水硐室的顶端，孔深约154m；（2）钻孔终孔孔斜率≤0.5%；（3）成孔后，孔内下入426×9mm无缝钢管，管壁与孔壁之间的环状间隙全部用水泥浆液固结。

4 施工难点

（1）垂直度要求高。本工程要求钻孔从指定的靶心穿出，否者视为废孔，且成孔后全孔要下入Φ426mm×9mm的无缝钢管钢管，若钻孔稍有弯曲，钢管下不到位，则达不到施工目的。（2）孔径大。因要下入Φ426mm的钢管和用水泥浆液固管，要求钻孔孔径为650mm。（3）排水孔上部覆盖层黄土，表层结构松散，极易造成坍塌，土层钻进过程中容易堵塞钻头；下部基岩为煤系地层，砂岩、泥岩、煤互层，钻进中容易造成孔斜。（4）钢管焊接垂直度要求高。钢管在下放的过程中，管与管的焊接垂直度要高，否则无法正常下放到设计位置。

5 施工技术

5.1 钻孔施工

5.1.1 防斜钻进措施

（1）开孔时全站仪精准定位

钻机安放到位并用枕木将钻机主要受力部位垫稳，立起桅杆后将两台全站仪分别架设在同一平面互成直角的两个方向，用以矫正钻孔位置和桅杆的垂直度，确保开孔时孔位准确，钻机桅杆垂直。

（2）小口径导向孔

由于大直径钻孔无法一次成型，本工程采用先钻一个小口径导向孔后扩孔的方法，只要小口径导向孔相对垂直，大口径的钻孔如果始终沿着小径导向孔的轨迹钻进，所成钻孔也相对垂直，这样就能达到顺利下放大直径钢管的目的。

本工程中使用φ150mm复合片钻头，选用意大利SM-21履带钻机施工，采用泥浆循环钻进，钻进至设计孔深154m。通过施工，小径导向孔成功地钻至靶心区域。经测井车测量，钻孔轴线仅偏离铅垂线30cm，完全达到为后续大直径钻孔扩孔起到导孔作用的要求。

5.1.2 扩孔工艺

在扩孔钻头前部加设上一级直径的钻头作为引路导向，同时在扩孔钻头上部一定位置上加设同径级的导向装置，预防钻孔的偏斜和钻杆的摆动。

钻头的选择和扩孔钻头的制作应遵循以下原则：（1）黄土、黏土的施工尽量选用自制的三翼钻头，防止钻进过程中钻头堵塞；（2）6～7级硬岩宜选用镶齿牙轮钻头；（3）扩孔钻头也应选用与其先导孔施工同级别的牙轮掌组焊；（4）扩孔钻头的组焊应保证轮掌新旧程度一样、焊后高低一致、外径相等及各个轮掌同心，否则影响钻孔的安全和牙轮的使用寿命；（5）组焊的牙轮钻头，牙轮应分布均，顺圆周单行排列。

本工程依次采用φ350mm、φ520mm、φ650mm自带前导牙轮钻头分三级采用高风压孔内排渣法进行扩孔，钻至孔底154m。

5.2 管道安装

管道安装：管道采用孔口外套管导正法焊接连接，夹板固定后用25t汽车吊起吊安放。

管道连接：连接外套管采用8mm厚，外径450mm、长400mm的无缝钢管。将其分别套入两管道接头外壁，以保证管道轴向连接一致。采用手工电弧焊连接，并确保焊接时焊缝饱满，质量可靠。

管道安放：管道安装时需采用高强度钢夹板夹持以确保安全，管道安放时下端安装导向锥管，以防刮蹭孔壁。

固管注浆：管道下放至孔底设计位置后，向下再多放2.0m，下部管道外壁缠裹止水胶带，长度1.0m，后提升至设计位置。孔壁与管壁间隙，采用1：1水泥浆充填固管。

6 结束语

本次排水孔施工中，施工口径、深度大，实践中发现决定进度和质量的关键因素是钻孔垂直度的控制，根据地层情况，采取合理的钻具组合，制定有效的防斜技术措施是工程顺利完成的关键。同时先用小径钻进后扩孔的施工方法，保证了工程成功率。

参考文献

[1]武汉地质学院，中南矿冶学院，成都地质学院，等.岩心钻探设备及设计原理[M].北京：地质出版社，1980.

[2]武汉地质学院，中南矿冶学院，成都地质学院，等.钻探工艺学[M].北京：地质出版社，1980.

[3]李宏伟，李磊，刘宪全.淮南张集煤矿1号大口径瓦斯抽排井施工实践[J].探矿工程，2002（6）：15-16.