煤矿防治水定向钻探技术应用分析

煤矿防治水定向钻探技术应用分析

刘超,华伟

枣庄矿业（集团）有限责任公司滨湖煤矿 山东省枣庄市 277000

摘要：在深部煤炭开采工作中，矿井水的防治一直是限制行业发展的难题，若矿井水得不到及时处理，则会阻碍煤炭行业的快速崛起，对于煤矿企业的发展和增值也会产生一定的负面影响。因此，企业需要将一部分精力分配到防治水工作上。目前，钻探技术是解决水害问题效果显著的一种技术，对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。

关键词：煤矿;防治水;定向钻探技术;应用;分析

引言

在中国经济高质量发展阶段，煤矿相关技术对经济水平的提升发挥着重要作用。在煤矿开采作业过程中，防治水工作作为关键一环，离不开钻探技术的应用。在钻探技术实际应用过程中，由于地质条件具有一定的复杂性，需要加强规范操作。

1、防治水技术手段

1.1物探技术

在煤矿井下作业中，物探技术包括两大类，即地震类和电法类。地震类物探技术是根据探测采掘作业，在分析地质构造的基础上，运用各种工具（地质探测仪、瑞利波、坑透）开展作业。电法类物探技术主要用来探测采煤工作面附近的积水处，包括直流电法探测、瞬变电磁法探测等。物探技术操作简单，覆盖范围广，能够节省成本，特别是在异常区域的探测方面，有着较好的稳定性和可靠性，能够促进整个工作顺利进行。但是由于物探技术存在多解性特征，仅适用于初步筛查。

1.2钻探技术

钻探技术的具体操作为：采用功能性的探放水钻机，明确可疑范围，实施钻孔探测。一般来说，钻探技术包括常规性探测和专项探测。常规性探测适用于水文地质条件不明确的区域，在实施采掘作业时，为确保采掘工作面的安全性、稳定性，需要根据创建的采掘工作面，全方位、多角度地实施排查式钻探。与常规性探测不同，专项探测是针对已知的采空区，或者井筒伴有积水现象的区域，明确物探异常后，实施有目的性和针对性的钻探。钻探技术的应用需要花费大量的人力和物力，效果直观清晰，操作有着较高的严谨性，涉及到诸多细节，需要全面贯彻和落实。根据煤矿防治水工作的特性，钻探技术往往用在综合防治水的最后一步

2、煤矿井下的水害防治工作现状

综合分析，我国在煤矿生产过程，对于地下水的防治工作已经具备对应技术标准，也制定了较为完善的规章制度，让煤矿产业能够规范化发展。当前，国家已经出台诸多矿井防治水工作条例，包括《煤矿安全管理规程》、《井下水文地质勘测规程》、《矿井防治水管理条例》等。依据上述规章制度要求展开此项工作，让具体工作可以有章可依。与此同时，我国在煤矿的井下生产工作当中，水害防治相关基础工作也逐渐加强，特别是在水文地质的勘测领域，对于地质条件的归类也取得重大突破，水害防治运用了更多自动化的监测设备，信息化技术也被应用其中。除此之外，煤矿的井下水害防治施工技术也有了较高突破，在防治工作开展过程，可以针对水害特点，综合利用排放技术、防喷技术，还可利用带压帷幕的注浆技术，在上述技术的支持下，让水害防治工作更具成效。

3、煤矿防治水定向钻探技术应用分析

3.1松软层跟管钻进技术

在钻进过程中，不同深度的岩层硬度各不相同，若从浅表钻到松软层，开孔难度较大，操作不当会造成地下水渗漏。为了防止渗漏，需要对放水孔进行封堵，利用岩心管和高强度钻头打到更深的岩层。此外，若钻进过程中遇到松软层，由于松软层土质黏性较大，卡钻的情况经常发生，严重者会将孔堵住。这种情况的解决办法是插入一根口径更大的管道，随后插入直径比钻头直径大的岩心管，当钻井钻到松软层时，快速拉起，利用跟管的外扩压力迅速穿过松软层。

3.2大口径直排水井钻进技术

在煤矿的钻探过程中，对井管的内径是有要求的，井管内径通常在400～550mm之间，这也间接限制了排水井工程钻井和施工进程。为了改善这一情况，国家相关部门和煤矿企业对大口径钻进技术的研发投入了大量的人力和物力，给予最大的支持，最终也得到了一些令人满意的成果。在分析钻井、气动潜孔井等影响因素后，对原有技术进行改良，最终形成最先进的大口径直排水井钻进技术。当前这一技术已被广泛应用，使井眼设计和开发更具高效性和安全性。

3.3地层压力控制

对于深部潜山地层钻井，钻前地层压力预测和钻进中的实时孔隙压力监测至关重要，目前形成了全工况井底循环当量密度监测及精细控压系统结合的地层压力监测技术，保障渤海钻井工作的安全高效。一是全工况井底循环当量密度实时监测系统。针对钻井全作业工况，通过模拟计算井底循环当量密度并于随钻校正的三压力剖面对比分析,对钻井液性能（密度、黏度）调整、最大循环排量控制、最大起下钻速度控制具有重要参考价值。二是精细控压钻井。精细控制压力钻井技术简称MPD，该技术通过综合控制钻井过程中整个裸露井眼段的井筒压力，使钻井液维持在地层孔隙压力和破裂压力之间进行动态平衡或者近平衡钻井，有效地控制深部复杂地层流体侵入井眼，减少井涌、井漏、卡钻等复杂情况的出现。

3.4钻头齿形优化技术

针对深部地层岩性较硬、钻头磨损严重的问题，通过研究切削齿复合片的破岩机理，对常规PDC钻头齿形进行优化，研发应用了忍者齿与斧形齿等异型齿钻头。具有以下优点：一是以点切入增加破岩效率。以点切入减少了切削齿在岩石表面的作用面积，受力集中，切削齿作用在岩石表面的压强就会大大增加，岩石在较大的接触应力作用下易产生破碎裂纹，增加了破岩效率。二是摩削生热低、岩屑堆积少。对切削齿结构后对岩石剪切载荷由“点”向“面”分解，较小产热点面积，增加了散热面积；表面设计一定弧度并抛光，可引导钻头中心的流体尽快向外流动，减少磨料颗粒的滞留，并改善岩屑的运移状。三是高抗冲击力。设计切削齿以锥形剪切地层岩石，保持每个周期内的吃入深度相同，通过改善牢固性和卸力方向，保证了切削齿在更长的时间内“完好+锋锐”[1]。

3.5马达改进技术

马达钻具是靠液力驱动的发动机。马达的转速与泥浆泵的排量成正比，泥浆泵的排量越大马达的转速就越高。考虑到钻具疲劳和钻头磨损，在排量一定的情况下，钻进时所使用的钻压的大小要根据泵压的变化来确定，泵压升高就要降低钻压，小尺寸马达限制了钻压的选取。经过现场实验结果分析，本文从钻进效率和工具稳定性，研制了11-1/4″大尺寸马达替代之前常规9-5/8″马达。该装置既能释放钻井参数，提高钻井时效；又能减少16″井段底部频繁蹩扭矩现象，降低作业风险。现场应用过程，通过对不同钻井参数下的钻具组合侧向力分析发现，在11-1/4″马达本体增加一个扶正套有效能够减少径向震动，增强钻具稳定性，钻井提速效果和井眼控制能力有明显提高[2]。

结束语

施工的定向钻探钻孔、注浆的质量符合要求，各项经济、技术指标均达到要求。勘探结果表明，该陷落柱导水性和富水性较弱，经过注浆加固后在回采过陷落柱时底板不会发生大的突水事故。陷落柱内充填物主要为泥岩、砂质泥岩、石灰岩和煤层，陷落柱胶结性差，整体性弱。工作面回采过陷落柱时应快速通过。工作面回采期间应配备不小于预计最大涌水量的排水设备。同时加强观测，发现有透水征兆时，应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业，将作业人员撤出到安全地点，采取有效安全措施，分析查找透水原因[3]。

参考文献：

[1]薛璐奇.钻探技术在煤矿防治水工作中的应用[J].能源与节能,2021(05):198-200.DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.2021.05.054.

[2]刘达龙,郝志超.煤矿防治水定向钻探技术应用分析[J].能源与节能,2021(03):209-211.DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.2021.03.046.

[3]杜岩.煤矿防治水钻探技术应用分析[J].能源与节能,2021(03):212-213.DOI:10.16643/j.cnki.14-1360/td.2021.03.047.