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煤矿井下水平定向钻孔轨迹设计
摘要:钻孔轨迹设计是指导定向钻孔关键因素。本文根据定向钻孔的设计原则,如何利用仅有的地质资料,选取计算模型,设计合理钻孔参数,并在实钻过程中优化设计参数,使实钻轨迹精确控制至靶点。
关键词:钻孔主设计方位角;磁偏角;钻孔轨迹
Design of Horizontal Directional Drilling Trajectory in Underground Coalmine/LI qiao-qiao,ZHANG jie,,ZHANG yu-bi(Xi’an Branch of china coal technology Engineering Group Corp,XI’an shanxi ,710077,China)
Abstract: Drilling trajectory design is the key factor in guiding directional drilling. According to the design principles of directional drilling, how to use the only geological data, select model, designed drilling parameters, and in the actual drilling process to optimize the design parameters, the actual drilling trajectory to the target for precise control.
Key word: Azimuth of the main design of drilling;Magnetic declination;Borehole trajectory
为了满足煤矿接续安全生产需要,越来越多的大型煤矿重视施工近水平定向钻孔,实现对工作面瓦斯进行区域抽采。而在煤矿井下安全指导定向钻孔高效的施工中,主要分析设计钻孔轨迹参数与实钻轨迹数据在平面投影图和垂直剖面投影图来控制钻孔轨迹,进而指导定向钻施工,因此如何依据地质资料合理设计钻孔轨迹,优化钻孔轨迹参数,对定向钻孔的施工具有重要指导意义。
1 定向孔设计原则
煤矿井下水平定向井设计基本原则是在保证解决煤矿瓦斯抽采的前提下,有利于安全、经济、优质、高效完成定向孔施工。
定向孔设计类型确定
满足定向孔目的和用二维平面投影图及剖面投影图选择合适的定向孔类型。根据煤矿安全需求和定向钻孔的目的,合理布置钻场钻孔个数,孔深,根据现场工作面地质条件,确定直线、直线—曲线—直线等定向孔类型。
1.2钻孔轴线设计顺序选择
单条定向孔轴线合理设计顺序从定向孔靶点与开孔点两端确定,根据合适的造斜强度,设计曲线段孔身。
多孔底多分支钻孔设计顺序当选用“从下往上”顺序施工,依据开孔方位,造斜点,确定定向孔钻孔轴线。1.3 躲避事故地层
为达到最佳瓦斯抽放效果,需尽可能将设计钻孔在煤层中延伸,依据煤层的走向、倾向等自然弯曲规律,避免设计轨迹经过断层、褶皱等地质构造区域。
1.4开孔倾角和方位角确定
根据钻场尺寸和定向孔个数,避免串孔等事故,合理选择开孔方位角、倾角、孔间距等。
1.5造斜强度选择
定向孔造斜孔段应均匀造斜,避免急弯,根据钻杆的抗弯强度及最小允许弯曲半径,选择合适的设计造斜强度。
2 钻孔轨迹设计
为了更直观、更形象地反映钻孔轨迹的变化规律,用水平投影,垂直投影二维图来描述钻孔空间位置。钻孔轴线空间位置的确定一般是通过实际钻孔测点的孔深、倾角、方位角经计算求得其坐标值,或根据钻孔测点的孔深、倾角、方位角绘制钻孔轴线垂直剖面展开图和水平投影图。目前,确定钻孔轴线任一点的坐标或者相对于孔口位置,一般是把该点以上的钻孔轴线分成若干小段,求出各测段的垂直深度和水平位移,然后再叠加起来,得出该点相对于孔口的累计垂直深度和水平位移(该点绝对坐标可根据已知的孔口坐标求出)。因此,钻孔的每一小测段是进行计算的基本单元。
假设水平定向钻孔轴线上的计算基本单元孔段为直线,长度等于相邻两测点之间钻孔轴线长度。但是该直线的倾角和方位角分别等于上下两测点倾角和方位角的平均值。整个钻孔轨迹仍是空间折线,其与实际轨迹近似的程度取决于测点的密集程度。表征钻孔轴线空间形态有孔深()、倾角()和方位角()三个主要参数。表征钻孔轨迹空间位置的点、线、面和角之间的关系以及钻孔轨迹计算方法如下:
图2-1 钻孔轨迹空间位置关系及计算方法
式中:
,——Mi,Mi-1的倾角,°;
,——Mi,Mi-1的方位角,°;
——主设计方位角,°;
——钻孔两测点之间距离,m。
2.1 钻孔主设计方位角确定
钻孔主设计方位角根据矿区地质图与巷道掘进方
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