“三软”突出煤层瓦斯抽采钻孔偏斜规律及工程应用

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在瓦斯治理钻孔施工过程中,实际瓦斯抽采钻孔的轨迹往往与设计存在一定的偏差造成钻孔发生偏斜的现象,从而极易产生瓦斯抽采盲区,存在安全隐患。本文以河南省新郑市新郑煤电有限责任公司为工程研究背景,采用理论分析、数值模拟的方法对“三软”突出煤层瓦斯抽采钻孔偏斜规律及工程应用进行研究。(1)通过现场数据的监测数据,得到倾角为15°、30°、45°、60°、75°、90°的瓦斯抽采钻孔随孔深改变的轨迹变化图以及钻孔倾角的倾角偏斜量与钻孔倾角的函数关系式,从而计算出瓦斯抽采钻孔不同倾角对应的瓦斯抽采钻孔倾角的改变量。(2)针对影响钻进钻孔偏斜的力学弯曲、几何弯曲、其他因素对钻机钻进过程中的偏斜机理进行分析;得到瓦斯抽采钻机在垂直向上、水平、及不同倾角工况下的力学模型,研究结果发现了产生钻进偏斜的主要影响参数为钻压、钻杆自重,为造成钻进过程中偏斜的主要影响参数提供了理论依据。(3)根据AHP分析模型,得到影响瓦斯抽采钻孔的钻孔轨迹偏斜的地质因素:即岩石各向异性、软硬互层、岩层角度;设备因素:即设备安装、钻具结构、钻具自重;人为因素:即钻进方法、钻进参数、钻压选择、钻速选择的的权重比。其中地质因素是主要影响因素,但客观性强,可控性弱,设备因素与人为因素是主观性强,易控制,故主要从设备因素与人为因素减小瓦斯抽采钻孔的偏斜量。(4)在FLAC3D数值模拟实验中,钻孔周围位移较小,钻孔区域相对稳定,基本保持不变形。应力分布总体呈现出分层分布的特征,与岩层分布基本对应,应力集中区域主要是岩层改变区域、煤层区域以及钻孔开孔位置,钻孔在这些区域容易发生偏斜。
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