长距离定向钻探技术在煤矿探放水中的应用研究

长距离定向钻探技术在煤矿探放水中的应用研究

赵晓波

身份证号码：15012219940919411X

摘要：定向钻探技术在矿山、隧道等地下工程中越来越受到重视。这项技术可以加快掘进速度，同时实现高效放水，减少水患问题的出现。在传统的巷道掘进工程中，水工艺是一个重要的环节。水工艺是指利用探放水的方式将地下水引入管道，将水从巷道中排出，以保证巷道的干燥。然而，固有的探放水工艺存在一些限制，比如掘进速度较慢等问题。而定向钻探技术则可以克服这些限制。通过使用高压水射流，在地下钻出一定的孔径，然后在孔径内安装管道，通过管道将地下水引出，实现巷道的放水。这项技术不仅可以加快掘进速度，而且还可以实现高效放水，预计放水量与积水量相当，减少水患问题的出现。

关键词：长距离；定向钻探技术；煤矿探放水；应用

随着我国煤矿深度和开采难度的加大，煤矿探放水的技术难度也越来越大。传统的探放水方法如井下钻探、地面钻探等已经难以满足当前煤矿探放水的需求。因此，长距离定向钻探技术应运而生，成为了煤矿探放水的重要手段之一。长距离定向钻探技术的原理是利用先进的全方位方向控制技术，将钻孔控制到需要探测的目标区域，同时，通过高精度的测量技术，准确获取目标区域的地质信息。在煤矿探放水中，长距离定向钻探技术可以有效地探测到井下水源，提高了煤矿探放水的效率。

1传统巷道掘进的探放水施工工艺和存在问题

1.1传统探放水施工工艺

在实施钻孔时，我们使用了通揽钻杆和ZDY4000LD钻机，直径为94mm，长度为1.5m，功率、转速与压力分别为55kW、70r/min、21MPa，扩孔与导向钻孔二者的直径分别为153mm、94mm。这些工具和设备的选择是基于工作面周围不存在老窑水和采空区的情况下，不需要对钻孔进行布置。但是，顶板钻孔需要布置到工作面中，需要在工作面中布置3个钻孔，深度均为279m，顶板与钻孔所成的仰角均为10°，终孔处距离上覆岩层10m，全部钻孔被布置成“扇形”。在实施钻孔施工时，我们将钻机钻到10m时停止钻孔并更换扩孔钻头，继而实施扩孔施工。当扩孔的深度是10m时，在扩孔之后将止水套管孔口管安装在钻孔中，并且止水套管孔口管数量是4根。然后再选取聚氨酯来实施封孔。在将钻孔进行封孔后，我们需要做注水的耐压试验，主要针对孔口段。当注水压力与积水压力的比例为1.5∶1时，耐压时间要在30min以上，符合标准后再次钻进。总之，实施钻孔需要进行多个步骤，包括工具和设备的选择、钻孔布置、扩孔施工、孔口管的安装和封孔等，每个步骤都需要严格掌控，才能确保钻孔的质量和安全性。

1.2问题分析

近期，一项大型巷道疏放工程遭遇了一些困难。主要积水段位于工程的第279米段，并且需要使用定向疏放方法。这项工程需要在12天内完成。此外，还需要进行3组钻孔，长度共计837米。由于工程量大，增加了工程量和劳动强度，从而影响了巷道掘进速率。然而，在传统的超前钻探方法具有盲目性，这使得探放水效率预期值无法满足。因此，探放水队需要采取一些措施来提高钻探效率和水平。首先，探放水队可以考虑使用新型的超前钻探技术。这种技术可以避免无用孔的产生，从而提高探放水效率。其次，探放水队还可以加强对施工人员的培训和管理，提高他们的技能和工作效率。最后，探放水队还可以考虑增加施工设备和机械，以提高工作效率和减少劳动强度。总之，这项大型隧道建设工程需要采取一系列措施来提高钻探效率和水平，以确保工期和质量的完成。探放水队需要认真分析和研究，选择最合适的技术和方法，以确保工程的顺利进行。

2定向钻探技术分析

2.1定向钻探技术的基本原理

定向钻探技术是一种先进的地质勘探技术，可以在地下进行高精度的钻探工作。该技术使用千米钻机进行钻孔施工，钻进动力可以由螺杆马达供给。同时，可选取随钻系统进行方位角、弯角和钻孔轨迹的测量和控制，通过控制螺杆旋转角度并按规定方位角进行钻进，实现预期值的满足。与传统的钻探技术相比，定向钻探具有较高的钻进精度和控制能力，可以实现深度大于400m的钻探工作。在石油、天然气、矿产资源勘探等领域得到广泛应用。该技术可以有效地降低勘探成本，提高勘探效率，为资源开发提供更加准确的地质数据。定向钻探技术的应用范围非常广泛，可以用于地质勘探、矿产资源勘探、石油、天然气等领域。在石油和天然气勘探领域，该技术可以实现复杂地质条件下的井筒钻探，提高勘探效率，同时降低勘探成本。在矿产资源勘探领域，可以实现对矿体的精确定位和预测，提高勘探效率和精度，为矿产资源的开发提供数据支持。总之，定向钻探技术是一种重要的地质勘探技术，具有较高的钻进精度和控制能力，在石油、天然气、矿产资源勘探等领域得到广泛应用。该技术可以有效地提高勘探效率，降低勘探成本，为资源开发提供更加准确的地质数据。

2.2定向钻探的施工工艺

在煤矿开采中，由于采空区的存在，会导致地下水的积聚，给矿井的安全生产带来很大的威胁。因此，采空区的水文地质勘探和水文地质工程治理十分重要。肖家洼煤矿对采空区进行了水文地质勘探和治理工作。首先，采空区主要积水段距离施工巷道279m，按照设计要求3个定向放水钻孔，深度均为279m。这样的探水钻孔能够有效地探测到地下水的分布情况，为后续的治理提供依据。其次，为了确保治理的效果，煤矿布置了3个钻孔在煤壁，距顶板1.9m，间距0.6m，倾角控制在10°左右。这样的布置可以充分利用煤壁的支撑作用，同时也能够充分探测到地下水的分布情况。针对煤矿采空区的地质情况，炭质泥岩、粗砂岩被确定为直接顶与基本顶。在封孔深度10m的情况下，钻孔口的管直径达到108mm。这样的封孔措施能够有效地防止地下水的渗透和流动，提高煤矿的安全性。最后，为了确保治理效果，煤矿还实施了注水耐压试验，压力达到了2.4MPa。同时，止水阀、泄水阀的安装以及随钻测量系统的实时记录钻孔轨迹，都能够有效地监测和控制地下水的流动情况，确保治理效果的实现。

2.3探放水效果验证

根据含水层分析结果，肖家洼煤矿二采区221302工作面和221304工作面存在两个富水性较强的区域。首先是位于采空区临近终采线位置的富水区，该区域的特点是由于构造应力的影响导致顶板含水层破碎，因此无论采用常规疏放水钻孔还是长距离定向钻进，钻孔水量均在20～50m3/h之间。其次是位于工作面中部区域的富水区，该区域的特点是常规疏放水水量达到40～60m3/h。除了上述两个富水区域之外，其他区域的常规钻孔疏放水水量均不超过50m3/h。这一分析结果与肖家洼煤矿井田实际水文情况基本吻合。值得注意的是，含水层富水性分区对于矿井的安全生产至关重要。矿井的安全生产需要依靠合理的水文地质分析和相应的水文地质技术措施来保障。因此，针对富水性强的区域，需要采取相应的措施进行防治，以保证矿井的安全稳定生产。总之，含水层富水性分区是矿井水文地质分析的重要内容，对于矿井的安全生产具有至关重要的意义。矿井管理部门需要密切关注富水性强的区域，采取有效的措施进行防治，以确保矿井的安全生产。

3结论

综上所述，定向钻探技术是一项非常有前途的地下工程技术。它可以加快掘进速度，实现高效放水，消除水患问题，为地下工程的建设提供了更加可靠的技术支持。

参考文献：

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[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，2020,41(4):100-102.

[3]李子豪.长距离定向钻探技术在探查小煤矿边界及老空水中的应用[J].煤炭工程，2021,47(5):36-38.