定向钻探在矿井水害防治中应用

定向钻探在矿井水害防治中应用

代小伟

国家能源集团神东煤炭寸草塔二矿  内蒙古自治区鄂尔多斯市  017010

摘要：煤炭水害问题给煤矿带来的影响仅次于瓦斯事故，也成为制约我国煤炭行业发展的极大阻碍。所以，解决煤矿水害问题是一项重要工作。钻探技术是治理煤矿水害问题的重要手段。

关键词：钻探技术；矿井水害；应用

  我国煤炭储量与产量丰富，但不少煤矿的水文地质条件复杂，随着近年煤炭工业的迅速发展，煤矿安全生产中遇到的水害问题更加突出。在煤矿突发事故( 除顶底板事故) 造成的人员产损失中，水害事故仅次于瓦斯事故，水害威胁已经成为制约我国煤矿安全生产的重大隐患。钻探技术作为注浆填充加固改造、注浆堵水、疏水降压、大排量直接排水、快速救援、水文地质异常体探查等煤矿水害防治技术实施的重要途径和手段，已成为煤矿水害防治工作的重要支撑。

1 钻探技术应用于煤矿井下防治水中的优势

  将钻探技术应用于煤矿井下防治水工作中的根本目的在于为生产服务，而科学性、有效性、灵活性、机动性以及快速性则是钻探技术应用过程中的基本要求。钻探技术主要拥有以下几点优势:①占用空间较小。钻探设备的高度与宽度通常都分别控制在 35m 以下和 2m 以下;②钻探设备机身轻便，大件在搬运过程中可以拆成小件来进行;三是钻探设备安全系数较高、结构简单、易于操作。

2 钻探技术要求

1) 钻探前。设计钻孔前设计人员须实地观察钻探环境，测量煤岩层倾角，观察判断煤岩层的岩性等，然后根据实际情况设计钻孔。施工钻孔的人员必须经过培训合格并且持证上岗，钻孔施工前必须保证工作面作业安全，顶底板及两帮支护完好，工作面无积水积气，通讯设备安装到施工地点附近，工作人员穿戴好劳动防护用品，开钻前仔细检查钻具，确保完好

2）钻探施工中。钻探开始后操作人员只能站在钻机的一侧，严禁站立在立轴下方或站在机器转动部分，转动部分也不能堆积其他物料。每次延伸钻杆时必须按规定操作，严禁带手套操作。钻探过程中要注意钻机转速以及钻孔深度，在处理卡钻等事故时严禁强拉硬扭。钻探过程中必须认真、准确地记录好每一次钻孔记录。钻探时应由地测人员跟班做好原始记录，当煤岩层发生变化时要及时记录变化的深度和性质，资料必须要真实可靠，每钻进一定距离或更换钻具时，必须测量一次钻杆数量并核实孔深，终孔前再复核一次。施工钻孔时，如果出现煤岩层突然松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时，必须立即停止钻进，记录其孔深并同时将钻杆固定，但不得取出钻杆，立即汇报矿调度室，及时采取措施。

  3）钻探完毕后。钻孔施工完毕后若钻孔有出水等现象时，应安排专人定时观测其涌水量、气体等情况，并做好记录。若钻孔已达到钻探目的，无其他作用时必须及时封孔。

3典型防治水钻探技术

  水害防治工程对钻探工作提出了一些特殊的要求，这些既不同于地质岩心钻探也不同于水文地质钻探的特殊要求的提出，促使一些典型防治水钻探技术的形成。

3.1 煤矿大口径直排水井钻进技术

  煤矿大口径直排水井，一般要求成井井管内径为 350-500 mm，因此直排水井有着口径大(一般450-700 mm)、井眼垂直度要求高、中靶点位范围小等技术难点。经过多年实践经验及研究，形成集定向钻进、气动潜孔锤钻进、气举反循环钻进、固井、完井等技术为一体的大口径井钻井技术。

3.1.1 技术特点

  (1) 可采用泥浆正循环钻进、空气潜孔锤钻进、气举反循环钻进、空气潜孔锤反循环钻进的一种或几种钻进技术组合。

  (2) 反井法施工此类工程，对施工设备、地层和井下作业条件有一定要求，虽然钻井效率较高，但适用范围较小。对于800 mm 以上的大口径直排水井，在井巷具备运渣、疏排浆液的条件下，采用反井法施工，钻井效率和成本会更好。

  (3) 对于动力头顶驱钻机，在开孔阶段，即可选择液压顶驱动力头钻进工艺、空气潜孔锤跟管钻进技术等。

  (4) 为保证井眼轨迹和井底中靶，解决设备扭矩和钻压不足的问题，常采用先精准定向施工小井眼先导孔，再进行扩眼的钻进方法。

3.1.2 使用要求

  根据地质、水文地质条件、大口径直排水井设计要求等，合理选择钻进(扩眼) 工艺技术和相应的设备。

3.2 地面多分支水平井精准定向钻进技术

  地面多分支水平井精准定向钻进技术的应用，实现了煤矿水灾害的主动预防与治理，与采用地面直井注浆和巷道钻孔注浆方式治理陷落柱和底板加固相比，解决了其施工效率低、成本高和治理效果有限的问题。

3.2.1 技术特点

  采用钻头+螺杆钻具+MWD随钻测斜仪(配伽马)+常规钻具+加重钻具+常规钻具的定向钻具组合方式，以滑动钻进+复合钻进的模式实现定向钻进。孔眼轨迹精度可达井斜角±0.1°、方位角±1°，实现钻孔轨迹实时监控、随时可控可调，并且基本实现了岩性判别。

3.2.2 技术要求

  (1) 利用浆液传输信号，须采用浆液钻进，同时依靠螺杆钻具提供定向钻进动力，采用正循环钻进。

  (2) 提供浆液向螺杆钻具输送动力，因此对泥浆泵性能、钻具抗高压密封性有较高的要求。钻孔具有(近) 水平、羽状分支多、井眼延深长的特点，钻具提升、回转阻力大，对钻机、井架、钻具有较高的要求。因地质条件比较复杂，在钻机提升能力满足的情况下，尽可能采用动力头钻机，增加施工安全系数。

  (3) 为保证注浆质量，钻井液宜为清水或无固相聚合物，但必须保证钻井液润滑性能良好，并配置固控设备，控制钻井液固相含量。

  (4) 合理选用钻头类型，保证定向轨迹稳定和钻进效率。

  (5) 钻进的主要目的是及时准确发现漏浆点并进行注浆，因此，钻进中要加强水文地质观测和判层工作，钻进全程要做好简易水文观测，加强岩屑录井工作，认真观察、记录漏浆、塌孔、缩径、掉钻、变层等情况。

3.3 井下定向钻进探放水技术

  井下探放水应采用定向钻进技术，定向钻进技术分为普通定向和精准定向技术。在对井眼轨迹及靶点要求不高时，一般采用钻机回转器定位的井下普通定向钻进技术，如顶(底)板探放水、短距离超前探放水等，其缺点是井眼轨迹及靶点受控精度不高。在对井眼轨迹及靶点要求较高时，应采用井下精准定向钻进技术。井下精准定向钻进技术采用专用设备、工具，使近水平分支井眼轨迹按设计要求延伸至设计目标区域的一种钻探方法。

3.4 矿井突水灾害的快速钻进救援技术

   矿井突水灾害救援时，时间是宝贵的因素，最快的钻进速度是救援钻孔的核心，尽可能快地建立地面与井下被困人员的联系是钻孔救援的最主要任务，同时越短越意味着营救成功的可能性越大。矿井突水灾害后，井下人员一般都向标高较高的巷道空间躲避。救援钻孔施工前，首先收集分析详细的矿井掘进平面图，准确的巷道走向及标高、坐标数据，救援人员认真分析研究被困人员的躲避的位置，确定地面救援钻孔的布置坐标，制定采用垂直钻进或定向造斜钻进的钻孔施工方案。矿井突水救援钻孔尽可能采取空气潜孔锤钻进工艺，一是速度快，二是空气潜孔锤钻透巷道后可以向井下输送空气。泥浆液钻透巷道会造成通道周围堆积物泥泞湿滑，也不便于井下人员通过钻具向地面传递信息。

4 结语

   煤炭行业是我国的重要支撑行业，钻探技术是煤矿开采中最常用的手段。虽然煤矿有关部门已经制定了钻探技术的操作要求，但是由于它的工作流程较多且工作复杂，会使煤矿出现水害问题。所以一定要做好钻探技术施工前的准备工作，然后认真对待操作中的每一个步骤，最后要处理好钻孔的出水现象，这样就能使煤矿的开采工作顺利安全地进行。

参考文献

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