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

王彪    田海鹏

陕西华彬雅店煤业有限公司   713500

摘要:在矿井开采中，由于煤矿层有着复杂的内部情况，常常会发生各种灾害。其中，透水灾害是比较严重的一种。特别是当矿井下段开采时，若上段发生积水问题，将给生产人员带来巨大的危险。因此，煤矿防治水成为一个需要关注的问题。钻探技术的运用，能依据矿井的地理环境及开采情况进行，当前国内这一技术已达到先进水平，能够在复杂的地质和水文条件下应用。然而，在开展这些技术时，需要注重其科学、合理性，以便更好地发挥其作用。本文将围绕定向钻探技术，讨论其在煤矿防治水中的应用。

关键词:煤矿；定向钻探技术；防治水

当前，我国能源结构总体上得到了不断的优化，多种类型的清洁能源在各领域得到了广泛的应用，但考虑到煤炭资源的战略性安全能源地位，煤炭产业在我国仍然至关重要。然而，随着我国煤炭工业的发展，向深层挖掘已成为必然趋势[1]。在预防和控制矿井水害方面，钻井技术是一项重要手段，尤其是采用定向钻探技术可以有效提高矿井水害的控制水平。因此，将定向钻探技术应用于煤矿防治水中具有重要的现实意义。

一、向钻探技术在煤矿防治水中的应用原理和优势

（一）应用原理

定向钻探技术基于地质勘探的基础设计，充分利用钻井中的自然弯曲特征，并采用人工倾斜工具，确保钻井达到预定位置。此外，通过实时监控，我们可以及时了解整体钻井的变化，推进钻井到达指定位置，并确定造斜工具的方向[2]。从大量实践来看，定向钻探技术具有较高的控制精度，具有较长的钻进距离和较高的轨道可控性。与常规施工工艺相比，它的施工效率也更高。因此，在井下地下水的防控工作中，我们可以根据实际地质状况科学应用定向钻探技术。

（二）应用优势

在煤矿防治水中，合理应用定向钻探技术的目的是提高生产活动的科学性、有效性和灵活性，以确保工作的顺利完成[3]。定向钻探技术在实践中具有以下优点：首先，钻井设备的占地面积较小，一般高度不超过35米，宽度小于2米；其次，钻井工具重量轻、体积大，可分解为较小的零部件进行运输；第三，钻井装备具有较高的安全性，并且构造相对简单，使用起来也相对简便。

二、在煤矿防治水中定向钻探技术分析

（一）物探技术

在探测矿井地下水时，各项操作之前，需要先实施物探技术，其主要运用电类法、地震法这两种手段，其中，前者针对的是已开采的煤层，对其进行附近积水的探测，主要借助的手段有两种，即瞬面垫层法及直电流法。后者主要是对目标煤层开采区附近的地质状况进行勘探，通常会使用一些工具，如地质勘探仪等。物探技术的优势明显，如操作简单，勘探范围广，花费比较少，勘探速度快等。 但这一技术也存不足，只可对水害进行初步的勘探。

（二）全煤层孔螺旋钻杆钻进技术

全煤层孔螺旋钻杆钻进技术是一种针对煤层条件下的特定钻井工艺。由于煤层厚度相对较薄，采用其他钻探方式会增加难度，并可能引发塌方风险。因此，在全煤钻孔中采用螺旋式钻头可提高钻井成功率，并确保探险者的生命安全。该工艺是一种干钻技术，通过钻机的动力实现能量转移，避免了井眼内残留钻屑的问题，从而防止井眼失效。相较于传统旧式钻井技术，全煤层孔螺旋钻杆钻进技术能减少坍塌风险，同时不会对钻机造成损害，延长了钻机的使用寿命。此外，这一技术相较于常规钻井工艺具有噪声较小、对孔壁冲击较小的优势，有效解决了常规钻井工艺中存在的问题。

（三）定向斜下孔钻进工艺

在进行钻进之前，首先需将斜向器的位置设定在预先确定的方向上，并测量出斜向器在孔底的真实方向，与预先确定的方向进行对照。根据二者之间的差异，进行调节或校正。当钻头达到孔底部时，将钢丝绳放入随钻测斜器，直至无取向节点处。通过监视器屏幕上显示的钻井仪器朝向角度和顶角方位角度与设计的仪器朝向角度进行比较，并进行校正。然后即可开始钻井。然而，在斜向下钻井中，由于井眼是沿地层方向进行的，并受地层自重影响，成孔率可能会受到一定影响，甚至出现渗水现象[4]。针对这种情况，可以采取以下方法：首先，如果在钻井过程中发现泵被破坏或断电，应立即打开高压风，将孔底的岩粉吹走，并拨打相关人员电话后将钻杆拉出；其次，需安排专人监督抽水机的抽水管道，保持畅通状态，避免抽水问题；第三，若钻孔不取芯，需要在班末冲孔，并重新抬起钻杆。

（四）高角度上仰钻进技术

在施工地点处于竖直状态下，适合高角度上仰钻进技术，这一钻进技术，实践中存在一些局限性，使用时必须非常谨慎，以确保人员的安全，其可以对工作内容进行观察。在采用高角度上仰钻进技术时，施工人员需要注意不能向外看。此外，这项技术的难点在于在安装了锚杆后，必须离开孔洞底部，否则会增加钻井的风险，甚至可能导致人员死亡。

（五）松软层跟管钻进工艺

软土地层中的跟管钻进技术是一种针对软弱地层钻井的解决方案。传统的钻井方法在软土地层中存在煤孔塌陷问题，因此需要采用松软层跟管钻进工艺。操作方法如下：首先，在钻至一定深度后遇到软弱地层，需下一直径钻孔导管，并钻取一直径大于钻头的岩心导管。当遇到松软岩层时，采用根管钻进法进行拉钻，以保护孔壁。同时，刚进入软弱地层时，需安装一根与止水套正面匹配的圆柱形合金钻，并在其背面安装螺钉。随着套筒逐渐钻入孔内，可以逐个松开并继续下一个套筒，直至达到设计深度。最后，对套管进行清理，然后进行灌浆封堵。通过这种跟管成孔技术，能够有效解决软土地层钻井过程中的井眼坍塌问题，保护井眼的稳定性。

结束语：

矿井的防灾减灾工作是目前许多矿井不可或缺的重要组成部分。当前煤矿防治水工作中还存在一些问题，需要煤炭企业予以足够的重视，科学应用定向井技术，来提高防治效果。

参考文献

[1]张磊,刘斌,刘宝振,许博.定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用[J].陕西煤炭,2022,41(4):209-211.

[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.

[4]杨树才.钻探技术在煤矿井下防治水中的应用[J].现代矿业,2020,36(9):229-230.