定向钻探技术在井下防治水作业中的应用探析

定向钻探技术在井下防治水作业中的应用探析

练志卿

神火集团大磨岭煤矿    河南新密    452383

摘要：伴随着煤矿开采深度的不断扩大，遭遇的井下防治水工作的难度系数也在不断增加。在井下防治水过程中运用定向钻探技术，对提升防治水工作的效果更为明显。本文从定向钻探技术的运用原理和应用分类着手，重点分析了定向钻探技术在井下防治水作业中的运用技术。

关键词：定向钻探技术；井下防治水；应用

从我国煤炭产业的发展情况来看，深层次开采已经变得不可避免，在煤矿深层次开采的过程中，矿井防治水作业显得尤为突出。从现阶段的井下防治水工作而言，至关重要的手段之一就是要做好钻探，通过合理运用定向钻探技术，可以进行有效的井下防治水效果，因此，针对、定向钻探技术在井下防治水方面的运用具有极其关键的价值。

一、定向钻探技术的工作原理

定向钻探技术的运行主要取决于特定的千米钻机螺杆马达，同时，借助钻探测量系统对螺杆的运动进行调整，从而完成预定的钻入目标。在执行定位钻探工作时，只需要改变螺杆马达的倾斜角度，就可以让螺杆给予孔底所需的驱动力，然而，螺杆不会实时旋转。在钻探阶段，需要应用钻探测量设备，按照 5.0 m的距离来检查钻孔的路径、方向和倾斜度等各项指标，同时运用最小曲线法来估算出钻孔的空间路径。

二、定向钻探技术在井下防治水作业中的应用分类

基于技术的差异性，可以将定向钻探技术发为两类，一类为自然弯曲定向孔自然弯曲定向孔的钻孔轴线，主要基于其自然弯曲属性及其相关的规则。通过合理的技术应用与调整，使唤钻孔角度与地点进行变化，更好的控制孔斜，通常来说，能够基于预定的钻孔轴线进行钻探，这种自然弯曲定向的钻孔，也被称为主定向孔。一类为人工弯曲定向孔。人工弯曲定向孔主要通过人工手动操作，对钻孔实现管理，根据这一技术的实际应用，其对钻孔的最后走向和位置的干扰程度相当有限。在此过程中，可将自然弯曲和人工弯曲融为一体，使得钻孔能够按照预先规划的路径到达预期的地点。所以，基于这样的管理手段，被视为一促能够被有效管理的定向孔。

其次，根据井眼轴线的形状，可以划分为三维定向孔和二维定向孔。三维定向孔是指在三维空间中，定向孔的形状和大小会发生改变，尤其是钻孔的轴线，不仅会改变方位角，还会改变倾斜角。根据最后生成的轨迹，定向孔可能呈现出折线、曲线或者直线的形态。二维定向孔的主要特征是其位置在一个水平面上的改变，其中，倾斜角的改变幅度较大。然而，由于缺乏三维的影响，因此，二维定向孔的方位角并未发生改变。

三、定向钻探技术在井下防治水作业中的应用

1、孔口承压止水套管封注

通常，在处理高压水的探测和释放时，双层套管封注法是首选方式，其详细步骤如下：（1）使用108开口短开口孔；（2）在24小时之后，佩戴108号护口，然后利用89号岩石管将其推进到预定的深度；（3）在实施89号管道的工艺流程时：①108护口必须满足规定的排气孔，同时在89套管的封闭过程中，必须保证套管的内壁与外壁之间的完全密封，并且按照规定进行上压；②当进行108孔口的手动密封操作时，必须使用砰石进行密封，并且必须在进行下管操作之前，把水泥搅拌至如同面糊的形态。通常，2m孔口的密封需要使用1袋半的水泥。接着，将浆液注入孔洞，然后在管道的外壁涂上水泥。所有的预备步骤都做好之后，就可以开始进行下管操作了。在这个过程中，需要借助工具来稳定套管，并保证管道内的水泥分布均匀，并使用钻头将其压入孔底；③在89号斜孔套管的封装流程中，首先需要把平轮精确地放置在孔的顶部，接着把第一根套管放进去，使用卡线把套管的尾部紧紧地绑住在孔的底部，再将第二根套管与平轮及牵引设备进行连接，使用麻绳进行串联。

2、斜下孔钻进技术

在井下防治水工作中，通常会根据顶部岩石的质量来决定采取哪种钻探方法，然而这种做法却导致了塌陷的风险提高，同时也使得破裂的岩石的钻探变得更为困难。为了优化井下的防治水效果，必须对泵的压力和钻头的间隔等因素实施有力的管理。在钻头和孔底的距离大约15米的情况下，应该选用水下钻杆，同时也需要对泵的压力进行管理。一旦发生泵堵塞的情况，可以采取提升钻头的方法来进行有效的解决。在钻头深入到孔底的过程中，需要钻机在旋转的同时进行大约10分钟的冲水操作，确保工作的顺畅推进和达到预设的防水目标。

3、松软层根管钻进技术

（1）在钻进工作达到特定深度后，通常会碰到松软层，在此情形下，孔洞的阻塞以及钻头的卡住等情况极有可能发生。针对这种情况，可以使用以下的策略予以解决：使用更大直径的孔口管，并配合比钻头更长的岩心管进行深度钻探。在深入到较为柔软的土层之后，需要逐渐提升钻具，然后以与管子同步深入的方法穿越柔软地面，从而达到对柔软地面孔洞壁的良好防护。（2）当进行开孔操作时，可能会碰到松软层，从而增加打孔的困难性。而且，在进行钻井排水的操作时，需要确保孔口的防压止水管被有效地封闭。一般来说，先穿越岩心管道或是打孔，接着在孔洞打完之后，才能将套筒卸下。在完成对松软层的钻探之后，如果使用了拉力器，可能导致孔洞出现塌陷，此时不可进行下管操作。

4、高角度上仰孔钻进技术

（1）按照规定落实顶板保护任务，同时选择在顶板环境良好的区域实施钻探任务；（2）在钻孔过程中，不能随意观察孔内情况；（3）当操作员安装完杆子之后，需立刻从孔洞底部撤出。为了保证防止水渗透的建设能够正常推进，必须采取如下几个步骤：①一旦孔口管已经安装完毕，需要在孔口处添加一根套管，减少孔口的高度，以保证后续的钻井操作能够顺畅无阻地进行；②在安装钻机调整装置之前，可以合理地连接一个更大的调整装置，以减少触发的间隔，增强打孔过程中的精确性；③根据相关要求提前搭建稳固的脚手架。

5、定向钻孔探测老空水技术

因为煤层的结构错综复杂以及其储存环境的差异，煤矿的开采会对顶部或底部的岩石造成损害和干扰，从而产生巨大的排水孔洞。此外，周边的小型煤矿也会有大量的积水，这些都会使得煤矿挖掘的区域内的顶部、底部的排水孔洞、地面的水源以及旧的煤矿的空气流都会相互连接，进而渗透到挖掘的区域。通过使用定向钻孔，可以有效地探测小窑老空积水和采空区积水，而传统的钻进方法则需要大量的钻孔，并且无法准确地控制其运动路径。

6、定向钻孔疏放顶板水技术

主要的排水渠道在工作面顶板，包括导水裂缝和松动环，而这些裂缝中的水主要来自顶板的砂岩水或者薄层灰岩水。执行常规的回转钻探流程时，因为钻头的质量以及地质条件的变化，真正的钻探路线与预期的路线有很大的出入。经过优化钻孔轨迹，可以实现动态化监测和准确管理，以保证钻孔方向可以深入到工作面板或底部的核心富水区域，这样就可以让钻孔方向顺利地向湿润区域扩展，从而提高了穿透湿润区域的距离。钻孔完成后，孔内的压力水会被释放出来。同时，为减少建设规模，可通过实行分段管理来增加排水的效果。相对于传统的钻孔技术，采取单个钻孔技术，能够有效地减少钻孔的数量和钻头的装卸运输工作，从而化解了钻孔间距、路径的偏差以及检测的盲点，同时也能够在挖掘巷道的时候处理煤矿顶部的淋水情况。

结语：综上分析，当前，许多煤矿着如何更有效、更全方位地实施井下防治水作业的问题。根据目前已经实施的井下防治水的策略和成果，可以发现在许多方面仍然存在巨大的改进潜力。因此，对于相关企业而言，深入理解治水作业的重要程度，并且需要根据企业的具体状况，科学地应用定向钻探技术，以更有效地提高井下防治水的实际效果。

参考文献：

［1］高建峰.矿井水文地质特征及水害防治技术研究［J］.西部探矿工程，2021，33(9)：179-181.

［2］张秀东.矿井防治水工作及实用技术应用［J］.矿业装备，2021(5)：146-147.

［3］王荀勇.试析煤矿水文地质类型的划分及防治水工作建议［J］.当代化工研究，2021(16)：73-75.