煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用分析

煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用分析

李 兵

冀中能源邯郸矿业集团矿山管理分公司； 河北邯郸 056000

摘要：从我国煤炭行业的发展来看，进入到深部开采阶段已经成为必然，在煤矿深部开采的过程中，面临的矿井水害问题非常突出。从当前煤矿防治水来看，关键的措施之一就是进行钻探，而采取定向钻探技术较好提升了煤矿防治水的效果。因此，对定向钻探技术在煤矿防治水中的应用进行分析有着较为重要的意义。鉴于此，文章对煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用进行了研究，以供参考。

关键词：煤矿防治水；定向钻探；应用措施

1定向钻探技术在煤矿防治水中的应用原理

定向钻探技术主要以地质勘探为基础，将基础的设计作为基础，对钻孔出现的自然弯曲的特点进行全面的使用，同时需要使用人工倾斜工具，保证钻孔达到既定的位置。在具体操作时，还可采用实时监测的方式，及时掌握整个钻孔出现的变化情况，推动钻孔能够钻探到既定的位置，可以将造斜工具的方向确定出来。从当前的大量实践表明，选择使用定向钻探技术，整体的控制精度相对较高，钻进的距离相对较长，轨迹的可控性也相对较高，施工效率相对于传统的施工工艺也相对较好，因此，在井下地下水的防治工作中，可结合井下实际地质情况，科学使用定向钻探技术。

2定向钻探技术在煤矿防治水中的应用分类

首先，按照施工技术方法的不同，可分为自然弯曲定向孔和人工弯曲定向孔。对于自然弯曲定向孔，钻孔的轴线主要是以钻孔自然弯曲的特点规律为基础，通过对钻孔的方位角、位置等进行变换的方式，使用传统技术条件，也可以采取增减斜的方法措施，对孔斜进行针对性的控制，在上述措施实施后，通常情况下，可按照设计的钻孔轴线进行钻进，自然弯曲定向钻孔，也可称作为主定向孔。对于人工弯曲定向孔，主要采取人工的方式，对钻孔进行控制，从该种方法的施工情况来看，钻孔最终的方向、位置受到的影响相对较小。在这个过程中，对自然弯曲与人工弯曲可采取相互结合的模式，让钻孔根据设计轨迹达到指定的位置，因此，从这种操控的方式来看，属于可以控制的定向孔。其次，可按照井眼轴线形状的不同进行不同类型的区分。具体主要分为三维与两维定向孔。前者是指在三维空间范围内，定向孔有变动，特别是钻孔的轴线，既有方位角的变化，也有倾角出现的变化，从最终形成的轨迹线来看，有的可以是折线、有的是曲线，也有的最终成为了直线。从两维定向孔来看，主要是在一个水平面上的变化，在具体变化中，倾斜角变化相对较大，由于没有三维的变化，所以，两维定向孔方位角不会有变化。最后，也可以根据钻孔孔底结构存在的差异进行分类，整体可分为多底定向孔、单底定向孔。前者主要是指在主干孔钻进时，还有其他类型的分支孔。后者就只有一个主干孔。

3定向钻探探水技术优势

3.1钻孔成孔精度高，偏斜较小

结合以往多年探放水施工经验，采用常规钻机进行钻孔施工，实际钻探轨迹同设计轨迹往往有较大偏差，同时在同一地点多次施工容易产生串孔现象，导致钻孔无法达到设计范围或层位。而施工定向钻机进行施工作业，可通过螺杆马达进行实时定向，从而对钻孔轨迹进行调控，确保终孔位置的精准度。

3.2探水钻孔探查距离远

常规钻机钻孔的探查距离相对较短，一般介于200m~300m，采掘作业时为确保作业安全必须多轮循环施工探放水钻孔，钻孔数量众多，施工周期较长，对采掘作业衔接有一定的负面影响。而定向钻机的钻机能力更强，成孔距离更长，一次性钻探深度往往能达到1000m以上，大幅减少了探水循环次数，确保了采掘效率。

4定向钻探技术在煤矿水害防治中的应用

4.1多分支钻探注浆

多分支钻探注浆技术的原理结合了地面注浆技术与随钻导向测量技术，通过定向钻孔来确定地下水害位置，实现超前注浆，减少地下水害风险。施工钻孔地面包含指控段、造斜段、顺层分支空段等。本文以三灰岩层为例，在治理时，首先要顺层钻探三灰岩层，利用区域性超前定向钻探技术来勘察岩层底板构造，观察是否存在溶洞缝隙以及隐伏构造。然后使用高压注浆，封堵缝隙。在使用多分支钻探注浆技术时，应分段施工、探注结合。在整个煤层底板处构建完整的“水泥止水塞”，隔绝三灰层以及地下含水层的水源，底板高压灰岩出现突水灾害。多分支钻探技术能够在煤层地表的多分支近水平层进行钻孔作业，使其形成顺层钻孔群，最终呈现为“网状分布”。钻孔距离应保持在50～90m，这样有利于后期对含水层的含水空间、压浆通道、导水通道进行注浆封堵，从而彻底断绝突水问题。隔绝三灰及奥陶系灰岩水层突入工作区，提高地下作业安全性。需要注意的是，顺层多分支钻探注浆技术使用起来比较复杂，需要前期设计好施工图纸，确保施工流程的精准性，例如钻探设计、钻孔导向、注浆系统、判层都要标注清楚，以确保注浆工艺的顺利使用。

4.2不同地质勘探

定向钻进技术更加适用于岩层以及稳定性强的煤层，该技术使用的机械设备为强度较高的中心通缆钻杆以及孔底螺杆马达。使用时采取弯外管孔底螺旋马达、高压水灰带动钻孔底部马达、驱动力促使马达回旋，检测器向地面传输钻探信息及钻探轨道，然后随钻测量技术会将钻探轨迹数据传达到钻头底部，螺杆马达对应调节钻头角度及方位，实现精准钻探。该技术最大的优势就是能人为控制钻头走向，因此对多种岩层及地下结构都有良好的适用性。例如，勘探矿井采空区时，施工人员只需要找准定向打钻目标，然后保证打孔间隔在20m左右，使用定向钻进技术开始下钻，如果在钻探过程中未能发现速度突然加快然后卡钻或地下水返水等情况，就可以判断该区域为采空区，并利用随钻系统确定该区域的坐标，做好采空区标记，为矿井施工提供安全保障。除此之外，定向钻进技术还可以使用于陷落柱的勘探，首先在勘探区做好打钻目标，然后下钻，如果过程中出现速度减慢、钻进卡钻、钻头处出现较大岩粒，就可以确定该位置为陷落柱，并用随钻系统确定坐标。一般在开掘地质较为松软的巷道时，掘进过程需要依靠超前钻探来确定煤层情况，这时在煤层底板或顶板处使用定向打钻技术，就可以探测处煤点位置，然后技术人员以此绘制煤点分布图，确定断层位置，设计出后期掘进轨迹。

4.3底板水顶板水治理

我国很多地区的煤层顶部都存在含水层，且面积分布较大，所以在开采过程中很容易发生水害，在地面上使用定向注浆技术进行封堵，隔绝导水通道，降低涌水量，避免煤层顶板缝隙含水层突水问题，提高井下作业的安全性。另外底板水害也是威胁矿井作业安全性的主要因素，例如，中国华北、华东地区石炭二叠系煤田面积较大，此类煤田地质条件比较复杂，一旦底板充水会含水量高，就会导致煤层隔水底板变薄、变脆，在开采过程中，很容易出现导水缝隙带破裂，引发突水灾害。所以使用定向钻探注浆技术可以将底板隔水层封堵，提高煤层底板的完整性及强度，降低水头压力的威胁，以往技术人员在治理底板水时常使用疏排水或建立防水煤柱等方法，但是费用较高。采取定向钻探注浆技术能够大大节约施工成本，而且能够保护地下自然环境，减少生态污染。

结语

综上分析，全面做好煤矿防治水工作是当前众多煤矿面临的共性问题，但是从当前煤矿所开展的防治水方式方法和取得的效果来看，在很多方面还有着较大的提升空间，因此，这就需要煤矿企业全面认识到做好防治水工作的重要性，切实从企业面临的井下防治水工作实际出发，科学应用定向钻探技术，更好提升防治水工作实际效果。

参考文献：

1. 刘学江,金鑫.煤矿薄煤层定向钻孔水害探查技术研究[J].能源与环保,2020(09):33-35.

[2]梁玉柱.深井大应力长定向钻探技术在疏放老空水中的应用[J].煤炭科技,2020(04):22-24.