矿井水文地质勘查钻探技术研究与应用

矿井水文地质勘查钻探技术研究与应用

徐志国

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摘要：随着时代的不断发展，技术的不断创新，然而钻探技术也应用到各个领域。因此，由于矿井的地域以及气象条件各不相同，各个矿区的地质构造差异较大。近年来，受开采煤层赋存水文地质条件以及开采方式的影响，煤矿水害的类型及特点变化较大。影响矿井安全生产的主要因素是煤层顶板水害问题。四台矿的水文地质类型比较复杂，自投产以来，在煤矿开采过程中，由于煤层埋藏浅、大多煤层被新生代松散层所覆盖，松散层中的孔隙水比较发育，多次造成涌水事故。为查明四台矿区的矿产储量、煤层顶底板位置、煤层厚度以及上部含水层的水文地质条件，采用钻探技术，通过绳索取芯、泥浆、降压试验等工作手段，为矿产资源储量计算及开采提供基础数据。

关键词：矿井；水文地质勘查；钻探技术；应用

引言

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。

1钻探技术的概念

钻探技术是一种直接的隐蔽致灾因素探查技术，具备高精度、直观性强以及适用范围广的优点，在构造探测、煤矿探放水、瓦斯泄压等领域发挥着重要作用。钻探技术方法包括地面、井下、常规以及定向钻进等。在煤矿防治水工作中，钻探技术是最为常用的技术方法之一，也是煤矿防治水最后一个步骤，主要的工作内容是使用探放水钻机，针对采场实施钻孔检测，从实际应用的角度，分为两大类，分别是常规和专项检测。常规检测一般被应用在不明地质层中煤矿的探测中，通过表面检测为煤矿勘测工作提供支撑;专项检测则多被用在已知矿区地质环境的探测，如矿井区、采空区、积水区，在一些特殊情况下，也会用到专项检测钻探异常物探区域。钻探技术的主要优点是结果的直观性和有效性，缺点是需要耗费大量的人力物力，操作难度较大。

2煤矿地质钻探的重要作用

地质钻井科技是人类赖以生存的关键科技，历史悠久，已被广泛应用。地质学钻探科技进行各种重要资源方面的详细地质学数据分析，对各类重要矿藏资源的开发使用的影响。中国地域辽阔，地势复杂是我国地理的最大特点，岩层中储存大批矿藏资源。由于地质学钻探技术内涵丰富，必然能推动社会主义国民经济蓬勃发展，钻井技术水平的提高必然与社会主义国民经济的蓬勃发展相辅相成，互相成就，钻井技术水平的提高当然有利于经济发展。但由于当前资源储量逐步下降，社会环境保护意识得到提高，各种资源挖掘的困难程度和利用需求也会愈来愈大，严重制约社会经济的发展。地质钻井技术水平的提高，是应对当前各种资源危机的主要举措。开发新的地质煤矿工程，对开发和利用矿产的人而言是一种挑战，所以现阶段地质勘探技术人员要积极应用钻井的新兴技术，将地质钻井技术真正落实到地质勘探工作中，扎实推进我国地质勘探工作的技术发展，紧追国际技术水平，要积极宣传各项技术措施，以基层工作为主发挥地质勘探的重要作用。

3矿井水文地质勘查钻探技术应用措施

3.1承压止套管封注

在对高压水进行探放的过程中，采用的是双层套管封注方法，流程为:先使用108开孔进行短开孔，等待24h后，将108护口戴好，使用89岩芯管钻进到设计深度。最后下入89套管。实际操作环节，需要关注几个重要内容:第一，108护口必须严格依照规范和标准，设置好排气孔，89套管封注环节，做好检查工作，要求将套管孔壁与外壁的间隙完全封死，做好上压;第二，对108孔口管进行人工封注时，利用砰石块封堵，下管前保证水泥搅拌质量，一般来讲，孔口直径为如果为2m，使用的水泥量为1袋半。在孔内投浆、管壁抹浆后，可以进行下管操作，下管过程中要求将套管扶好，保证管壁水泥分布的均匀性;第三，在对斜孔89套管进行封注的过程中，应该在孔口上方固定平轮，将首根套管下入后，于套管末端，使用卡缆固定，之后依次进行后续套管的连接。

3.2斜下孔钻进作业

煤矿防治水工作中，在上部岩层重力的作用下，采用了顺层钻进的方式，这样会加大塌孔的概率，导致在破碎岩层中钻进困难。结合实际情况，从提高煤矿防治水效果的角度，做好泵压、钻头距离等的管控，在钻头与孔底的距离约为15m时，采用水下钻杆并做好泵压的调节控制，对于憋泵问题，可以适当提起钻头，保证钻进效果。钻头钻进到设计深度后，保持钻机转动，冲水10min，确保能够达到防治水效果。

3.3高角度仰孔钻进

①下好孔口管后，应该在孔口位置，接上一根套管，来降低孔口高度，为后续钻进工作提供便利;②适当地加长导正器，缩短激发距离，提升开孔精度;③依照作业要求，提前做好脚手架的搭设工作，保证脚手架的稳定性。

3.4松软层跟管钻进

松软层指软煤、软岩以及破碎岩层等，在实施钻探作业的过程中，松软层可能存在两种情况，第一种是在钻进到一定深度后遇到了松软层，引发堵孔、卡钻等问题。对此，可以选择直径超过钻头的岩芯管实施钻进作业，进入松软层后实施缓慢拉钻以及跟管钻进，做好孔壁保护工作;第二种是在钻进初期就遇到了松软层，导致开孔难度增大。在实施探放水的过程中，需要先借助岩芯管开孔，孔钻进到一定深度后，下入套管。松软层钻进完成后，如果直接将钻具拉出，很容易出现孔内坍塌，可以在止水套管的前端，设置特制钻头，在后端螺丝头，第一根套管跟进后，需要将螺丝头解下，再连接第二根套管，继续钻进到设计深度。

3.5优化措施

①提高重视程度。当前，不少煤矿企业在应用钻探技术进行防治水工作时，存在着重视程度不足的问题，没有能够充分认识到钻探技术的重要性，影响了技术应用的效果。对此，煤矿企业在实施防治水工作的过程中，应该提高对钻探技术的重视程度，加大对于钻探技术的研究，明确优势。将目光放在长远，着眼于煤矿防治水工作，做好技术创新，保证防治水效果。②完善管理体系。在实施煤矿防治水工作的过程中，技术管理非常重要，如果欠缺有效的技术管理体系，钻探技术的实际应用效果会受到很大影响。从实践度分析，煤矿企业应该切实完善技术管理体系，构建相应的技术管理制度，做好不同管理部门管理工作职责的合理划分，制定技术应用步骤，确保在钻探技术应用环节不出现问题。③加大资金投入。钻探技术的应用会受到资金条件的限制，实际操作中，钻探技术的应用需要用到专业的钻进设备，如果资金投入不足、设施设备缺乏，会影响钻探技术效果。煤矿企业应该适当加大钻探技术应用方面的资金投入，购置设施设备，为钻探技术的应用提供设备支持，吸引更多的专业人才，保证技术应用效果。④引入专业人才。钻探技术有着较高的专业性，需要由专业技术人员实施才能保证效果，就目前情形，不少煤矿在进行防治水工作的过程中，因为欠缺专业技术人才，影响了钻探技术的应用。想要将钻探技术的优势充分发挥出来，煤矿企业需要积极引入专业人才，确保具备专业知识和实践经验，能够熟练操作钻探设备，也应该定期对专业能力进行培训。

结语

我国煤矿资源具有特殊的地理环境，所以煤矿地质勘探工作就有着较高的技术性要求，能够实现多目标填图和测量、独立自主发展、自行创新、独立自主知识产权的物探科技体系和机制等宏大发展目标，是地质勘探工作的基本要求，以稳定的煤矿地质勘探带动煤矿行业的高效发展，才能更好为国民经济、社会可持续地快速健康发展奠定科技条件。

参考文献

［1］王斌.煤矿防治水定向钻探技术应用分析［J］.能源与节能，2021(8)：204-205.

［2］范天升.定向钻探技术在煤矿防治水中的应用分析［J］.当代化工研究，2021(13)：68-69.

［3］马鹏程.定向钻探技术在煤矿防治水中应用［J］.煤矿现代化，2021(1)：42-44.