定向钻探技术在煤矿防治水中的应用

定向钻探技术在煤矿防治水中的应用

韩贝贝柳晓敏

西安荣岩地质勘探有限公司  陕西省西安市 710000陕西博迈勘探技术服务有限公司 陕西省西安市  710000

摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿防治水处理工作也越来越受到重视。定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用，可以有效解决煤矿水害。该技术具有技术理论清晰、技术特点明显、技术应用广泛等优点。多分支钻探注浆、不同地质勘探、奥灰水层注浆等技术可以有效解决不同类型的水害问题。随着技术不断发展，定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用更加广泛。本文首先分析定向钻探工艺，其次探讨煤矿防治水中定向钻探技术的应用，对于其他矿井有一定的指导意义。

关键词：煤矿；水害；定向钻探技术

引言

近几年，我国能源结构得到优化，各种不同类型的清洁能源都得到了应用，煤炭行业也得到了转型升级，但是从实际情况来看，煤炭资源仍然是我国在长期发展过程中的主要能源，煤炭行业在我国仍然占有重要地位。从现阶段我国煤炭行业整体发展情况来看，煤炭资源开采会不断朝着更深方向发展，在开采深部煤炭资源时，经常需要面临矿井水害问题。从我国煤矿整体防治情况来看，为了做好防治水作业，确保开采作业顺利进行，要做好钻探作业，而通过对定向钻探技术进行应用，能够提高防治水效果。由此可见，将定向钻探技术应用在煤矿防治水中意义重大，需要做好相关内容探讨。

1定向钻探工艺

在轨迹较为复杂的定向钻进中，一般需要采用复合钻进的方法，相对纯滑动钻进具有更高效率。滑动钻进时高压冲洗液驱动螺杆马达转动，钻机动力头和钻杆不回转，钻孔沿螺杆马达工具面保持稳定的方向向前滑动，因此，滑动钻进具有钻孔轨迹平滑性差、排渣能力弱、钻进阻力大的特点。采用复合钻进时，螺杆马达带动钻头转动的同时钻杆钻具也一起回转，达到滑动造斜和回转稳斜的效果。复合钻进具有碎岩和出渣能力强、钻进阻力小、钻压传递效率高、孔壁更光滑、钻进效率高的特点。

2煤矿防治水中定向钻探技术的应用

2.1多分支钻探注浆

多分支钻探注浆技术结合了地面注浆技术和随钻导向测量技术，通过定向钻孔确定地下水害的位置，实现超前注浆，减少地下水害的风险。在施工钻孔地面上，包含直指控段、造斜段、顺层分支空段等。在进行治理时，首先需要进行顺层钻探，利用区域性超前定向钻探技术勘查灰层底板的构造，观察是否存在溶洞缝隙以及隐伏构造。然后使用高压注浆，封堵缝隙。在使用多分支钻探注浆技术时，应分段施工，探注结合。在整个煤层底板上构建完整的“水泥止水塞”后，就可以隔绝三灰层以及地下含水层的水源，避免发生地下含水层的突水灾害。多分支钻探技术能够在煤层地表的多分支近水平层进行水层钻孔，形成顺层钻孔群，呈现“网状分布”。钻孔距离应保持在50～90ｍ，有利于对含水层的含水空间、压浆通道和导水通道进行注浆封堵，断绝突水问题。多分支钻探注浆技术能够隔绝三灰及奥陶系灰岩水层突入工作区，提高地下作业的安全性。顺层多分支钻探注浆技术使用起来比较复杂，需要前期设计好施工图纸，确保施工流程的精准性。例如，钻探设计、钻孔导向、注浆系统和判层都要标注清楚，确保注浆顺利进行。

2.2科学设计钻孔结构

针对煤矿井下定向疏水钻孔设计时，依据煤矿井具体情况，选择钻孔套管方式。开展开孔作业时，采用的钻头设计直径为155mm，钻进钻孔期间，钻进长度设计与煤层距离相距5.8m距离为标准。完成钻孔成孔后，要进行耐压试验设计，具体设计时要在满足耐压试验标准之后，才能在对煤矿井下的钻孔进行应用。完成钻孔作业后，将一个直径为148mm套管安装到其中，此时采用注浆泵开展井下注浆作业，对于作业中采用的浆液，为了保证其效果能够达到预期，水灰质量比应当为3∶2，在水泥将作用下，完成对套管的固定，对于煤矿井下采用的水泥浆液，采用标准为孔壁周围不会发生渗漏水为基准，如果在实际施工中，发生渗漏现象，要重新固定套管，保证其牢固性能够达到预期。开展定性钻孔后，施工开展采取具有监测功能的定向钻孔工业，通过对这一技术进行应用，能够实现对整个施工期间的动态监控，设计钻孔直径为100mm。

2.3定向钻水害治理工艺

钻孔施工完后进行封孔作业，封孔长度10m。施工终孔后，孔口位置插入玻璃钢管，钢管选用φ120mm。采用“两堵一注”。“两堵一注”技术主要通过在封孔段孔底、孔口位置放置聚氨酯药卷，聚氨酯膨胀剂中间分别布置注浆管、返浆管，通过水泥浆填充聚氨酯药卷中间空隙的方法来达到良好封孔效果。具体工艺：钢管底端放置聚氨酯，孔底放置两袋；孔口放置两袋，放置注浆管和返浆管，注浆管底部放置于封孔位置底部，返浆管放置于孔口位置，当返浆管开始返浆时即为封孔完毕。

2.4奥灰水层注浆

奥灰水层注浆指对煤层底下出现的奥陶系灰岩水层，采用注浆技术进行封堵和控制。奥灰水层注浆的目的是通过封堵灰岩孔隙和裂隙，使水层不再向煤层和矿井涌水，防治煤矿水害。定向钻探注浆技术在奥灰水层注浆中的应用非常广泛。首先，定向钻探注浆技术可以精确定位奥灰水层的位置和厚度，确定注浆位置和注浆厚度。其次，定向钻探注浆技术可以使注浆材料穿过奥灰水层并进入灰岩孔隙和裂隙，实现封堵的效果。最后，定向钻探注浆技术可以控制注浆压力和流量，使注浆材料均匀分布在灰岩孔隙和裂隙中，提高注浆效果和封堵效果。

2.5定向钻孔疏放水

为了能够提高工作面疏放水效果，要结合周围巷道实际情况，以及现阶段排水通道具体状况，采空区内实施疏放水定向钻孔，应当相对靶点高程较低区域，控制好钻孔轨迹，这可以提高钻孔疏放水效果，从而保证煤矿井下开采作业能够顺利进行。工程严格依据设计好的方案开展定向钻孔施工作业，尤其是要控制好钻孔轨迹，保证钻孔能够严格按照设计方案开展钻进作业，保证能够抵达靶心点，完成对采空区内大量积水的疏放。针对煤矿工程的具体开采情况来看，在实际疏水方面采用定向钻孔技术，精度要求高，整个过程能够实现全面控制，而且钻孔速度快，能够保证整个作业面安全，生产作业顺利进行，降低安全事故发生几率。

2.6注意事项

第一，一级套管灌注水泥或玻璃材料凝固一段时间达到要求后，再进一步扫孔至到孔底，在深入0.5~1.0m后，做耐压试验。第二，固管压力达到要求后换成管径为85mm的套管继续深入钻进，到达孔层位时，开始注入水泥浆。第三，底板注浆压力为水压的2至3倍，为4.83~8.74MPa，注浆时间至少维持30min才关阀停止注浆。第四，注浆前确保通道正常，先注入稀释程度大的水泥浆，再慢慢增大水泥浆的稠度，注浆快结束的时候降低稠度。

2.7顶、底板水害治理

顶、底板水害是煤矿常见的水害，定向钻探注浆技术可以治理该问题。治理顶板水害时，定向钻探注浆技术可以用于封堵含水层隐伏危害，降低含水层的渗透性，减少涌水量，降低煤矿工作面的涌水灾害风险。具体来说，通过定向钻探注浆技术，预测煤层顶板的含水层位置和规模，然后在该区域进行注浆，形成水固结体，达到封堵顶板含水层的目的。

结语

煤矿开采作业中要做好防治水作业，这也是现阶段诸多煤矿开采中面临的一项共性问题，通过对现阶段我国煤矿开采中采用的防治水方式和具体应用取得的实际效果来看，在许多方面都具有一定提升空间。由此可见，煤矿企业在实际作业开展时，要充分认识到做好防治水作业的重要性，从煤矿井下防治水作业具体情况出发，合理应用后定向钻探技术，做好控制，保证最终防治水效果能够达到预期。

参考文献

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