煤矿地质防治水中定向钻技术的应用

煤矿地质防治水中定向钻技术的应用

牛锋

山东省煤田地质局第二勘探队  山东省济宁市  272100

摘要：国民经济水平的提高极大地推动了相关产业的快速发展，煤炭产业的发展直接影响了一系列产业的进步。实际结论表明，煤矿内部矿井水文地质条件比较复杂，在采煤工作过程中，由于洪水问题、开采质量恶化和安全风险增加等原因，开采质量受到水文地质条件的影响。为了进一步提高开采质量，减少洪水威胁，促进煤炭开采工作的正常进行，开采单位必须结合具体情况，采用有效的新技术、新设备。定向钻井技术近年来越来越多地应用于煤矿地质和水监测工作，它能科学地调查洪水风险，大大提高开采效率，减少洪水威胁，对促进煤炭工业发展具有重要作用。

关键词：煤矿；地质防治；定向钻技术

引言

煤矿开采易受现场地质、水文条件的影响，而矿井内的地质环境和水文环境错综复杂，导致煤矿开采频频遇阻。其中，煤矿地质防治水是煤矿开采中的重点工作内容，在此方面可应用到定向钻进技术，以便及时排查开采期间的水害隐患，做针对性的处治，营造安全可靠的煤矿开采环境。

1定向钻进技术的概念

定向钻井技术是目前地质勘探中常用的技术之一，在具体应用期间，需要各种现代装备仪器和钻头的结合。对于调查区内钻孔，可以使用设备准确识别相应的钻孔轨迹参数，综合判断资源埋藏地坐标值、开采情况、水灾发生范围、严重程度等地质条件。资源开采单位可以根据地质调查资料制定相应的资源开采方案，制定预防水灾的措施方案，确保资源开采工作顺利进行。对倾斜钻井技术的应用原理进行总结分析，主要是对调查的地质地区进行定向钻井期间，应提前准备定向钻机、非磁性钻杆、泥浆泵、测绘管等装置。挖掘勘探区后，利用钻头推动钻头前进，使煤层走向切割。在此期间获得的数据信息可以通过钻杆及时发送到计算机终端，在人员第一时间对相关数据进行综合分析。其中，在对煤矿地质破坏发展态势的调查分析过程中，可以对调查现场的水冲刷表现进行探测分析，重点分析煤层冲刷带的水平变化。总结冲刷程度，分析冲刷带是否存在连续冲刷，计算最大用水量值、最大防水强度等参数，制定水库排水方案，有效排水煤层，避免煤层采煤工作区突水事故。过去井下钻井采用的施工技术是现有的旋转钻井技术，钻井量大、钻孔深度小，钻孔轨迹无法实时控制，难以解决准确检测等技术问题，难以满足现代矿山高速发展的需要。为了解决我国地质水定向钻井技术存在的问题，该技术的应用需要实施创新技术，引进先进设备，提高监督管理水平。

2定向钻进技术的应用优势

在煤矿地质防治水工作中，可根据因地制宜的原则采用定向钻进技术，以便提高煤矿地质防治水工作的质量，高效开展工作。在煤矿工程现场调查中，若能够合理应用定向钻技术，可对煤矿所在地层做相应的分析，掌握具体情况。例如，计算地层的三维坐标数据，明确地层的分布特点，也可在构造点的钻孔内部增设适量的分支孔。在此基础上，应用定向开分支技术，经计算后明确具体点位的三维坐标。在获得一系列坐标数据后，更有利于相关工作人员勘察煤矿作业现场，掌握实际地质条件和水文条件，从而进行决策，以科学的方法推进煤矿开采工作。此时，煤矿开采具有针对性，不存在盲目开采的问题，自然有利于规避安全隐患。总体来看，在煤矿地质防治水工作中应用定向钻技术后，可达到筑安全、保质量、增效率等多重效果。

3煤矿地质防治水中定向钻技术的应用

3.1施工前定向钻进技术的应用

施工前的准备工作在煤矿防水过程中起着重要作用。准备工作是否科学细致，直接影响最终的防水效果，也是定向钻井技术发挥实际作用的地方。因此，首先，设计人员必须充分了解煤矿生产的实际工作环境，研究煤矿的岩石结构，根据井下实际情况最终确定钻孔尺寸。定向钻井的广泛技术知识要求相关员工具备专业素养和技术素养。应用过程中出现故障，直接影响防水效果，因此施工人员不仅要具备专业知识，还要有效控制施工环境，同时保证煤矿下顶板和支撑板的支撑效果，保证施工环境的安全，保证施工人员正确穿戴防护用品进行施工。

3.2定向钻探

定向钻探时间以运输顺槽掘进情况为准，达到500m时进行。巷道上覆采空区积水集中分布区域为870~1030m段，与巷道水平投影偏差角度为22°，结合现场情况，决定设4处定向探水钻孔，平均深度457m，编号为1#-4#孔。钻孔统一布置在掘进巷道迎头煤壁处，与顶板距离1.8m，呈直线布置。钻进分阶段完成，前350m以6°的倾角钻进，且保持相对较快的速度，此后逐步减小倾角，完成剩余部分的钻进作业。运输顺槽直接顶分布的是炭质泥岩，基本顶为粗砂岩，两者的厚度分别为6.7m、17.6m，钻孔扩孔期间加强对现场地质条件的分析，达到坚硬稳定岩层时即可结束。钻孔扩孔采用变径的方法，扩孔段直径133mm、153mm，而后向孔内置入Φ127mm孔口管，并做封孔处理，保证严密性。

3.3定向钻进完成后

煤矿斜井所有工作完成后，相关人员应实时观察钻井情况。如有泄漏，应及时记录钻井过程中的水和气情况。钻孔完成后，还必须立即切断钻孔，以防止其他物质进入影响最终钻孔效果的钻孔。另外，当方向到达大象岩层时，工作面底板和断层带将出现突水问题。同时，可以使用注浆加固方法对断层进行应急处理，提高断层的耐水性，同时增加含水层的厚度。粘土泥浆可以通过地面水泥站、泥沟、水井和地下高压泥浆管道渗透到地下泥浆孔中，然后用段加固底板。

4应用效果分析

4.1巷道掘进效率提高

为更为直观地判断定向钻探技术在提高效率方面的优势，与传统方法做对比分析。若采用常规的探放水施工工艺，每完成100m的掘进则需安排一次钻孔，前期巷道平均掘进速度为5.2m/d；而在同等施工条件下，若应用定向钻探技术，此时钻孔的连续性较强，能够一次钻孔到位，且钻孔的扰动性较小，不会对巷道掘进造成过多的影响，后期掘进平均速度提升至9.6m/d，施工效率大幅提高，并且也有助于保证巷道掘进的安全性。

4.2增强安全保障

地下倾斜作业人员控制煤层底板，属定点勘探，地面区域管理可实施线性勘探，充分揭示岩溶裂缝。地面控制的灌浆压力是井下斜孔灌浆的2倍，灌浆量是4倍，高压效应使水泥浆充满裂缝。特别是泉州店煤矿L8灰色小裂缝发育的石灰石，治理效果较好。

4.3探放水效率较高

四个定向钻孔均为湿孔，运输顺槽上覆采空区放水量为7442m3，经对比分析发现，实际放水量与预计积水量相当，施工效果符合预期要求。从巷道后期掘进情况来看，在通过采空区积水段时存在淋水现象，但具有零星发生的特点，且实测结果显示最大淋水量为0.2m3/h，不会对巷道的正常掘进造成过多的干扰，基本上不存在上覆采空区水患，可达到安全施工的效果。

结束语

目前煤矿开展水文地质防治工作的过程中，以定向钻井技术为基础，取得了非常好的效果，有效地抑制了水灾的发生和发展。因此，在今后的资源开采中，为了确保煤炭开采中的安全性和大量开采资源，必须大力开展该技术的应用。同时，定向钻技术在煤矿地质和水控制工作中存在一定的缺陷和缺陷，研究人员在后续研究中应结合最新的钻井技术和煤层地质勘探技术，进一步优化和改进定向钻技术。后续煤层地质勘探工作可以在质量保证的情况下完成。特别是，可以进行更准确的测量和钻探，防止煤层水的地质损害，确保影响钻探的水域能够及时更换，煤矿企业的工作人员可以充分利用这种钻探方法，为煤层开采区的水负压，大大提高开采作业的质量、效率和安全性。

参考文献

[1]胡光斌. 定向钻进技术在煤矿地质防治水中的探析[J]. 矿业装备,2021(5):6-7.

[2]郝甲飞. 定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的运用分析[J]. 内蒙古煤炭经济,2020(18):189-190.