定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用

定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用

安红杰

焦作煤业（集团）新乡能源有限公司赵固二矿  河南省 新乡市453600

摘要：煤炭作为我国重要的能源之一，对我国的经济发展做出了无可替代的贡献。煤矿产业大力开发，对矿井的问题造成严重影响，煤矿水害不仅给煤矿开采增加难度，更严重威胁到施工人员的生命安全。因此煤矿水害防治成为亟待解决的难题，也成为了煤矿行业不断探索的重要课题。本文主要阐述煤矿水害防治的必要性，讨论定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用，为煤矿水害防治问题提供参考。

关键词：煤矿水害 定向钻探注浆 技术应用

一、引言

中国拥有丰富的煤炭资源。煤炭作为中国最重要的能源之一，长期以来促进了中国的社会和经济发展。煤炭开采在中国经济发展过程中逐渐发展成为一个工业支柱。近年来，随着中国煤矿业的快速发展，中国的煤矿安全受到了社会的关注，煤矿事故和灾害的可能性也在降低。煤矿水害发生的原因很多，在实际施工操作中如遇水害，首先要明确导致事故的原因，然后采取相应的解决措施。在相关研究中，定向钻探技术是目前最有效的方式。本文中，笔者对煤矿水害的概念，分类，影响因素等进行阐述，分析定向钻探技注浆技术在煤矿水害防治中的应用特点等。

二、煤矿水害

凡是影响煤矿行业生产，威胁煤矿采掘工作或矿井安全的，增加吨煤成本使得矿井局部或者全部被淹没的水灾都称为煤矿水害。煤矿灾害是影响煤矿安全生产的五大灾害之一，新中国成立以来，在我国煤矿出现的重大事故中水害排名第三，平均每次死亡人数7.06人。煤矿水害根据水源的不同分为：地表水水害，水源为大气降水、地表水体；老空水水害，水源是古井、水窑、废巷及采空区的积水；岩溶水水害，由断裂沟通岩溶水进入矿井造成水害；裂隙水水害，水源为砂岩，砾岩等裂隙含水层的水等，根据施工操作因素分为断层及陷落柱水害、顶板水害、底板水害、老空积水型水害，无论何种类型的水害，事故一旦发生，一定会导致煤矿企业遭受巨大财产损失，还会威胁到参与煤矿采掘工作的人员生命安全。为了提高煤矿行业发展的稳定性，参与煤矿开采工作的人员安全性，促进我国经济平稳发展，需要对煤矿水害引起高度重视，积极探索煤矿水害防治措施。

三、定向钻探注浆技术的特点

过去煤矿开采作业基本都采用利用三维地震勘探、地电法、地质雷达等技术对地质构造进行勘察。根据调查数据分析作业现场是否存在断层和陷落柱[1]。‎但是这些技术都存在弊端，无法得出精确的结果，有时还会使得施工安全性受到威胁，出现其他重大事故。而定向钻探技术恰好能够解决以上这些技术难题，让井身沿着预先设定好的方向及轨迹达到目的层，能够在做到钻孔深度大的同时还能做到远距离的钻孔轨迹控制，提升了勘测数据的精准度。注浆则是将准备好的泥浆填充到岩石和土层中，并使用挤压、填充的形式改变煤层，可以提高地质层的物理稳定性，在加固岩土、防渗水等方面起到了重要作用。煤矿采用的定向钻孔和注浆技术可以提高堵塞进水通道的效率，运输材料，降低底板的耗水量，提高顶板的防水性能。和传统的钻孔技术相比，定向钻井技术可以在单独钻井的帮助下覆盖工作区域，减少钻井位移的工作量和钻井结构的数量，并有效解决钻井轨迹误差、不可探测区域和短钻距等问题。定向长钻孔作业可提前进行注浆钻孔，有效延长钻井轨迹，用高压注浆填充导流裂隙，加固隔水层，将含水层变为隔水层，确保矿井开挖有序高效完成[2]。‎

四、定向钻深注浆技术的应用

（一）钻井救援及时性

  钻井救援的及时性是定向钻探注浆技术在实际应用中最大的优势所在。在煤矿开采作业过程中，如果发生水害，需要及时作出救援反应和措施，减少问题扩大和严重化带来的损失，就必须在作业过程中时刻与参与人员进行交流沟通，立即掌握开采情况、人员信息、人员状况、生命安全等信息。一方面，这样做的目的是提高救援速度和效率，了解施工人员的生命体征，并在第一时间为施工人员提供气体[3]。‎

（二）水下钻探

  水下钻探，也称为水下冲洗，旨在根据适当的作业环境和技术以及煤矿的整个结构，确定水下钻探所需的设备和适当的技术，对于水下钻井，严格计算作业现场周围环境，并根据计算出的场地选择最佳钻井场地[4]。

（三）探放水钻探

探放水钻探过程中，需要利用定向钻井技术，根据相关数据准确找到主要钻探位置，定向钻井技术可以提高钻井效率，但该项技术的缺点是不能准确地找到目标，必须配合使用其他技术来检查目标的准确性。

（四）底板注浆

   在煤炭开采过程中，可以使用定向钻井技术将污泥注入煤矿底板中，适当填充土壤并增加土壤的厚度，这相当于在底板和水层之间创建了一个良好的防水层，可以减少水损害的可能性，例如，华北和华东地区的石炭纪-二叠纪煤田规模较大，此类煤田的地质条件相对复杂，地板只要一充满水，其含水量就升高，这必定会使煤层的防水地板变得薄而脆，在开采过程中，易破坏引水断裂带，造成突水灾害。因此，定向钻孔和注浆填充技术的起到底板防水层的密封作用，从而提高煤层底板的安全性和强度，并降低水头压力的风险,传统技术层面，施工人员经常使用排水或建造防水煤柱来控制地下水，但这么做会提高成本，定向钻井和注浆技术的使用可以显著降低施工成本，保护地下自然环境，减少污染。

（五）不同地质勘探

  定向钻井技术主要应用于稳定性较好的煤层，以控制煤炭开采，该技术的优点是钻头的旋转方向和速度可以通过人工力合理控制，在发生严重水害的情况下，该技术还可以为安全施工提供保障。此外，定向钻井技术也可用于探索可折叠立柱,首先确定在搜索区域钻孔的目的，然后钻孔，如果速度变慢，钻头卡住，钻头上出现大的岩石颗粒，则可以将位置确定为塌陷柱，并通过钻孔系统确定坐标。一般来说，当开挖地质相对较软的隧道时，开挖过程必须基于先进的钻探，以确定碳层的条件。此时，定向钻井技术可以应用于碳层的底部或顶部，以检测碳点的位置，然后技术人员可以绘制碳点分布图，确定断层的位置，并设计后续的退出轨迹。

结语

综上，作为国家最重要的能源和经济支柱，煤炭开采业必须落实煤炭开采的技术和安全管理，提高施工人员专业性，要在提高煤矿开采质量的同时保证采掘施工人员的生命安全，促进煤矿行业平稳健康发展，而水害是影响煤矿行业发展的主要原因之一。因此，需要加强水害防治研究和定向钻探注浆技术的研究，从实际工作中探索水害发生的规律，降低水害发生的可能性，为煤矿行业的发展添砖加瓦。

参考文献：

[1]陈超. 煤矿水害防治中定向钻探注浆技术的应用[J]. 科技与创新, 2020(14):2.

[2]赵健.煤矿水害防治中定向钻探注浆技术的应用研究[J].石化技术,2020,27(12):219-220

[3]孙晓宇,田乐,安许良,等. 定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用[J]. 建井技术,2019,40(2):17-21. DOI:10.19458/j.cnki.cn11-2456/td.2019.02.005.

[4]张磊, 刘斌, 刘宝振,等. 定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用[J]. 陕西煤炭, 2022(004):041.