ICS73.010 CCSD09NB 中华人民共和国能源行业标准 NB/T11470—2023 采煤工作面瓦斯抽采顶板高位定向长钻孔 技术规范 Technicalspecificationforhighleveldirectionallongdrillinginroofforgas extractionincoalminingface 2023-12-28发布 2024-06-28实施 国家能源局发布 I前  言 本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规则起 草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由煤矿瓦斯治理国家工程研究中心提出。 本文件由能源行业煤矿瓦斯治理与利用标准化技术委员会（NEA/TC27）归口。 本文件主要起草单位：淮北矿业股份有限公司、安徽理工大学、江苏财发铝业股份有限公司、平安 煤炭开采工程技术研究院有限责任公司、华能煤炭技术研究有限公司、安徽煤矿安全监察局统计中心、 新疆大学、徐州工程学院。 本文件主要起草人：朱世奎、蔡峰、曹佩永、周二元、于鹏、王庆永、王操、李健、车路、刘振、 吴志坚、徐爱国、孙福龙、李朝、肖富刚、毕昇、吴友、王圣程、李海鉴、苏善杰。NB/T11470—20231采煤工作面瓦斯抽采顶板高位定向长钻孔技术规范 1范围 本文件规定了煤层顶板高位定向长钻孔瓦斯抽采技术的术语和定义、钻孔轨迹与结构、钻孔设计要 求、成孔技术、大曲率定向钻进主动防塌工艺、复杂顶板局部孔段扩孔防堵工艺、长钻孔筛管完孔工艺 和安全技术措施。 本文件适应于采煤工作面瓦斯抽采顶板高位定向长钻孔施工相关作业。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB50471煤矿瓦斯抽采工程设计标准 3术语和定义 下列术语和文件适用于本文件。 3.1顶板高位定向长钻孔high-leveldirectionallongdrillingincoalseamroof 布置在采煤工作面采空区上方裂隙带内、长度一般超过200m的钻孔。 4钻孔轨迹与结构 4.1钻孔轨迹 4.1.1钻孔设计轨迹空间位置应位于预定的煤层顶板裂隙带中。 4.1.2钻孔轨迹曲率应小于使用的螺杆马达及钻具的转弯能力。 4.1.3钻孔设计深度应在现有装备的施工能力范围之内。 4.1.4钻孔开孔方位间隔应大于6°。 4.1.5在钻孔设计过程中，钻孔轨迹在空间上不应和工作面进风巷、回风巷和高抽巷相交（即：平面 上和剖面上同时相交）。 4.2孔身结构 4.2.1顶板高位定向钻孔结构由套管孔段、穿层孔段和定向目标层孔段组成，如图1所示。NB/T11470—202321 Φ250mm3 ＞ Φ153mm＞Φ153mm2 标引序号说明： 1—套管孔段； 2—穿层孔段； 3—目标层孔段。 图1采煤工作面瓦斯抽采顶板高位定向长钻孔结构示意图 4.2.2套管孔段：孔段直径设计为Ф250mm，套管规格设计为Ф200mm，下入深度约9m。 4.2.3穿层孔段先导孔采用复合定向钻进工艺进行施工，钻孔直径为Ф96mm或Ф120mm，然后采用扩孔 技术将钻孔孔径增大至153mm以上。当穿层孔段局部易坍塌缩径时，也可提前对该孔段进行扩孔施工， 以提高钻孔排渣和钻具通过能力。 4.2.4目标层孔段先导孔采用复合定向钻进工艺进行施工，钻孔直径为Ф96mm或Ф120mm，然后采用双 动力复合扩孔工艺将钻孔孔径增大至Ф153mm以上。 5钻孔设计要求 5.1钻孔空间布置要求 5.1.1钻孔的空间布置与层位关系应符合GB50471的相关规定。 5.1.2根据现场施工情况，结合定向钻进技术特点，将高位定向钻孔布置在工作面投影范围内，距回 风巷内帮15m~65m的煤层顶板中的离层裂隙区。 5.1.3设计多个顶板高位定向钻孔组成集束型钻孔群时，先确定中间钻孔的开孔方位，再根据钻孔间 距合理设计两边钻孔的开孔方位及方位变化规律，保证钻孔水平目标层孔段间距控制在顶板离层区内。 所有钻孔的主设计方位和水平目标层孔段方位均应与工作面巷道走向平行。 5.2套管孔段开孔设计要求 5.2.1由于顶板大直径高位定向钻孔宜为上仰孔，套管孔段设计时宜： a）钻机稳固，钻孔开孔倾角设计应在定向钻机机身调角范围内； b）穿层孔段的施工，由于定向孔最后将以与地层平行的角度进行延伸，需要将钻孔倾角由开孔时 的大角度上仰角度转变为与地层视倾角相同的倾角进行钻进，而钻孔造斜需要一定的距离，应合理设计 倾角，以缩短该孔段距离； c）钻孔倾角越大，越容易从钻孔向外掉钻，影响孔口安全，增加钻机负荷，且由于巷道空间有限，NB/T11470—20233不利用施工操作； d）钻孔倾角太小，进入顶板和顶板裂隙带太慢，且在煤岩交界处易发生塌孔埋钻事故； e）综合以上考虑，设计钻孔开孔倾角为10°~20°。 5.2.2顶板高位定向钻孔釆用水泥注浆封孔，封孔长度不少于9m。 5.3穿层孔段设计要求 5.3.1穿层孔段设计时应充分考虑地层起伏状况、使用的螺杆马达造斜能力、定向钻杆弯曲强度和后 期扩孔钻进效率及安全性，合理设计倾角和方位角造斜强度。 5.3.2套管孔段在施工完成时，需下入螺杆马达定向钻进机具尽快调整钻孔倾角至与目标层位平行， 且位于目标层位中。 5.4目标层孔段设计要求 5.4.1高位定向钻孔进入目标层后，应尽量在目标层内延伸。 5.4.2剖面上，目标层孔段设计时应以地层倾角及起伏状况为依据，使钻孔设计倾角与地层相一致， 尽量沿着目标层位钻进。 5.4.3平面上，目标层孔段长度设计时计算依据为钻孔设计总长度-套管孔段长度-穿层孔段长度。 图2施工工艺流程 6顶板高位定向钻孔成孔技术 6.1工艺流程 6.1.1工艺流程如图2。 6.1.2钻进时先施工孔口套管段，然后施工Ф120mm先导孔，最后将钻孔扩孔至Ф153mm以上。 6.1.3套管段施工时，先采用小直径钻具大角度开孔并钻进至设计深度，然后采用扩孔技术扩孔至孔 底，提钻后下入孔口套管。NB/T11470—20236.1. 44 计后提钻先导孔施工采用随钻测量装置配合复合定向钻进技术进行施工，孔径 Ф120mm，施工深度达到设 。 6.1.5先导孔施工完成后，使用高韧性高强度扩孔专用钻杆配套组合塔式扩孔钻头进行扩孔，扩孔至 孔底后提钻封孔。 6.2套管孔段施工和封孔 6.2.1施工 6.2.1.1先采用Ф120mm定向钻头开孔保直钻进至设计深度，然后采用120mm/153mm和 Ф153mm/250mm组合式螺旋刀翼型PDC扩孔钻头将钻孔孔径扩大至Ф250mm。 6.2.1.2扩孔完成后采用冲孔提钻，以保证孔内清洁，利于孔口管下入。 6.2.1.3扩孔钻进时不需要下入随钻测量系统和螺杆马达，可配套常规外平钻杆、整体式宽翼片螺旋 钻杆、高韧性高强度扩孔专用钻杆等进行施工。 6.2.2封孔 6.2.2.1套管孔段钻进完成后，采用Ф200mm以上矿用PVC封孔管封孔和水泥封孔。 6.2.2.2封孔管下入深度不少于9m。 6.2.2.3封孔过程中，先将孔口管底端用石膏堵死，再下入封孔管到孔底，在孔口的孔口管与孔壁的 环状间隙之间充填石膏，将孔口管对中并在间隙上、下位置分别插入排气管和注浆管，并密封好环状间 隙，待石膏凝固后开始注浆作业，当排气管中有水泥浆流出时停止注浆，候凝8小时，封孔原理见图3， 之后可进行孔口装置的连接和定向钻孔施工。 13 4 2 标引序号说明： 1—石膏； 2—孔口管； 3—排气管； 4—注浆管。 图3套管孔段封孔示意图 6.3先导孔钻进 6.3.1采用矿用有线随钻测量装置进行Ф120mm先导孔定向钻进时，钻具组合为：Ф120mm定向钻头 +Ф89mm螺杆马达+马达与下无磁间间变径接手+Ф89mm下无磁+下无磁与探管间无磁接手+Ф89mm探管外NB/T11470—20235管（内部安装有线随钻测量装置探管）+Ф89mm上无磁+Ф89mm中心通缆式钻杆+Ф89mm中心通缆式钻杆 +Ф89mm普通水便。 6.3.2采用矿用泥浆脉冲随钻测量装置进行Ф120mm先导孔定向钻进时，钻具组合为：Ф120mm定向钻 头+Ф89mm螺杆马达+马达与下无磁间间变径接手+Ф89mm下无磁+Ф89mm流量开关定位接手+Ф89mm探管 外管（内部安装有矿用泥浆脉冲随钻测量装置探管）+Ф89mm泥浆脉冲发生器+Ф89mm过滤钻杆+钢变径 +Ф89mm整体式宽翼片螺旋钻杆+Ф89mm整体式宽翼片螺旋钻杆+Ф89mm普通水便。 6.3.3先导孔钻进工艺 6.3.3.1采用复合定向钻进工艺，即传统的滑动定向钻进与螺杆马达和钻机回转双动力复合钻进工艺 相结合的钻进工艺方法，其工艺选择流程如图4所示。 6.3.3.2复合定向钻进工艺的关键是对钻孔轨迹的人工控制，其核心是钻孔施工过程中对滑动定向钻 进工艺与复合定向钻进工艺之间转换时机的把握。 6.3.3.3复合定向钻进过程中，孔内钻杆柱“有滑有转”，其轨迹控制的关键是对滑动给进造斜与回转 给进稳斜两种定向模式之间转换时机的分析、把握；同时，应基于实钻轨迹与设计轨迹符合程度的分析， 对二者之间的偏离变化趋势做出判断、变化量大小做出预估，进而确定定向模式。 6.3.3.4在执行造斜定向模式时，依据轨迹调整需要，通过调整螺杆钻具工具面向角实现钻孔轨迹弯 曲方向的人为控制，其控制原理与连续滑动定向钻进工艺轨迹控制原理相同。 6.3.3.5在执行稳