煤田地质与勘探

作者：姚宁平, 豆旭谦, 韩兆阳, 张国华, 孙雨辰, 李浩, 王力,

关键词：钻孔救援, 坍塌体钻进, 随钻监测, 破岩机理, 参数识别, 煤矿,

目的随着煤矿开采深度不断增加，巷道因地应力和矿压作用导致冒顶塌方、人员被埋等灾害风险加剧，钻孔救援是快速构建救援通道的关键手段，但钻进过程面临地质结构复杂、坍塌体稳定性差、钻进效率低等挑战。方法为揭示坍塌体钻进破岩机理，优化钻进参数与成孔可靠性，实现坍塌体安全高效钻进，研制了冲击−旋转水平钻进与随钻实时监测的大型试验平台，该平台具备9项钻进参数的实时采集或控制能力，包括钻进速度、推进力、钻进压力、旋转压力、冲击压力等，满足钻进全过程的动态监测需求，基于该平台采用M20、C30、C50三类强度材料设计了模拟坍塌体典型组构和结构的模型试验，对比不同强度和状态下钻进参数的变化规律。结果和结论钻进行程的曲线形态、钻进速度的突变响应，推进力的跃迁间隔和周期性变化以及旋转压力的波动幅度等参数特征可有效表征被钻岩体的强度水平和赋存状态；进一步结合成孔形态与破碎模式，提出“低冲击−低推进−高转速”策略有助于在透巷段降低扰动、提高钻进稳定性；试验揭示了坍塌体内部“块体尺寸分级响应−破碎模式级联转化−钻进过程循环渐进”的破岩机理：小尺寸松散体易受扰动排出，中尺寸块体在钻进中与松散体形成支撑结构后被进一步破碎并参与排屑循环，大尺寸孤石部分破碎后进入循环，或因完整性高形成贯通通道持续存在，反映钻进过程中的机−岩互馈特性与结构动态演化过程。研究结果为井下坍塌体钻进过程中岩体识别、参数优化与安全控制提供了理论支撑，助力应急救援中的科学决策与精准作业。

来源：2025年第8期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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