煤矿地质防治水中的定向钻技术分析

煤矿地质防治水中的定向钻技术分析

徐光辉  王广森

陕西彬长文家坡矿业有限公司   陕西省咸阳市  713500

摘要：煤矿开采行业中较常遇到的问题就是矿井开采的安全问题，因为安全问题往往会引起矿井内发生重大事故，从而使矿井生产的各方面工作都不能顺利进行，同时也会给煤矿企业造成比较大的不良影响。由于定向钻技术具有较多的优点，能够提升煤炭生产的安全性。为此，煤矿企业有必要全面地分析和了解钻井技术，将其合理运用于煤矿地质防治水中，从而使矿井综合治理工作的工作效率和工作质量得到改善。

关键词：煤矿地质；防治水；定向钻技术

中图分类号：TD745文献标识码：A

引言

近年来我国正不断进行能源调整，清洁能源得到了应用，但目前煤炭仍是我国重要的能源。虽然我国有着较为丰富的煤炭蕴藏，但是表层煤矿已经开采完毕，煤矿开采深度在不断加深，在深层矿井的开采过程中，水害问题愈加严重。从宏达煤矿防治水工作来看，定向钻探可有效地提高防治水效果。

1 煤矿水害分类及防治的必要性

（1）断层及陷落柱水害。如果在凝固煤层的过程中，发现顶板风筒断裂或被压碎，需要立刻开展改善工作和相关作业。含水层伴有含水层断层的情况会造成渗透问题，并在此基础上造成水害。主要原因是由于石灰岩洞穴内部的坍塌，在支撑煤层的基岩上形成了裂缝和断裂，并进一步形成了垂直水道。如果矿井通道内存在此类问题，现场负责人必须采取具体的保护措施，以防止因地下水渗入而产生安全问题。（2）顶板水害。在开采煤层时，如果岩层暴露在水中，就更容易发生水害。根据岩层和矿体之间关系的不同，水害可以分为两种：间接水封顶板层和直接水封顶板层。水封的危害最常发生于工人在开采过程中处理不当而接触到水封层。根据水封岩和矿体之间的关系，水封危险也可分为间接和直接两种。为了进一步确保煤矿开采的稳定性和安全性，必须弄清楚水的丰度和含水层之间的关系，以便煤矿开采能够顺利进行。（3）底板水害。在煤矿开发中，地下矿体容易受到导电水的破坏。在评估水害问题时，含水岩层和矿体的状况可以揭示水害的性质，并就此确定水损害的根本原因，以及确定水损害与矿体的基础之间是否有关系。

2 煤矿地质防治水中定向钻技术的优点

在实际进行煤矿地质防治水时，通常要将各种先进的装备、工具与各种科学有效的工艺结合起来。对于煤矿的勘探区域，首先要进行钻孔，在钻孔过程中，必须借助相应的仪器和设备，精确测量钻井轨道的有关参数，以便全面掌握矿井的资料。例如，应明确矿产的坐标值、开采情况、水害发生的程度，并对矿山的实际情况做出初步的评价，方便开采企业进行下一步工作。通过应用定向钻井技术获得相应的数据资料，可以为煤矿企业在制定采矿计划时提供大量真实、全面的资料，与资料相结合制定相应的措施，能够提高矿井的安全运行。在实施定向钻井技术时，必须事先配备定向钻机、无磁钻杆、泥浆泵等配套设施，并配备相应的仪器，方便对井下的地质状况进行数据的分析。

3 煤矿地质防治水中定向钻技术的应用方法

3.1 在底板水顶板水防治中应用定向钻技术

由于我国许多煤矿上部有地下蓄水层，而且规模较大，因此在采矿过程中极易出现水患问题。采用地表方向灌浆技术对矿井进行围岩封闭，能够封闭导流渠道、减少涌水量、防止煤体顶板裂缝突出，从而提升矿井生产的安全系数。此外，底板水患对煤矿生产的安全会构成严重的影响，例如我国华北和华东的二叠系煤田块分布范围很广，这种煤田的地层地质情况十分复杂，当基板充水时，由于地层中水分含量高，会使隔板的厚度变薄、脆化，在采掘时极易发生导水裂缝区断裂，从而诱发突水事故。因此，采用定向钻井灌浆技术，能有效地封闭底板的隔水层，增强煤体的整体和强度，减少源头水的威胁。采用定向钻井灌浆技术，既可节省工程造价，又可有效地维护环境，降低环境的破坏。

3.2 多分支钻探注浆

多边钻井和固井原则将固井技术与井下测井技术相结合，通过定向钻井定位地下水破坏，实现早期固井，减少地下水破坏的风险。建筑井的表面包含顺层中的交错、倾斜部分和分支空心部分的区域。以三层灰床为例，在这项工作中需要涉及以下方面：第一，沿地层钻探三层灰床，并采用区域定向覆土钻探技术研究灰层的结构，观察是否存在溶洞裂缝以及隐藏结构。第二，用高压灌浆法堵住缝隙。当采用多分支的钻孔和灌浆技术时，必须分段进行，并与探测和喷射相结合。一个完整的“水泥塞”横跨地层底部，将水源与地下水含水层隔离开来，并防止下层高压凝灰岩突然被淹没。多分支钻井法可以在煤层表面的几个近乎水平的层中进行钻探，从而在煤层下面形成一组井，最终形成“网格状”。井的间距应该是50~90 m，以便随后对含水层空间、压力溶液通道和水通道进行密封与压实，彻底消除漏水问题。这可以防止岩层的水层坍塌到工作区，增加地下作业的安全性。需要注意的是，多断面钻井注浆技术的使用比较复杂，需要预制设计图纸，以保证施工过程的准确性，如钻井设计、钻井导向、注浆系统和合同层必须有明确的标识，以保证注浆过程的顺利使用。

3.3 在地质勘探中应用定向钻技术

定向钻井技术对岩石和高稳定的煤体具有很好的适应性，能够采用高强度的中央电缆钻柱和钻孔底部螺旋电机。采用弯曲的管孔底部螺旋电机、高压水灰驱动钻孔底部马达、驱动力驱动电机旋转、探测器将钻井资料和钻井路线传送给地表，通过螺旋电机将钻井的资料传送到钻机底部、螺旋桨马达调整钻进的方向和方向，从而达到精确钻井的目的。在地质勘探中应用定向钻技术最大优点是由人工来进行钻进方向的自动控制，适用于各种地层和地层构造。例如，对采空区进行探查，只要找到方向和钻孔方向，确保钻孔间距在 20  m 以内，再采用方向钻井技术进行钻孔。在钻井的时候，若是无法检测到钻孔的速度，尚未出现卡钻，也没有出现地下水回流等问题，就可以判定为采空区。

3.4 奥灰水层注浆

第一，应在地面上建造一个喷射站，用液压喷雾器将水泥和灰烬均匀地混合，水灰比为1.3:1至3:1。如果定向钻探后要调查煤层中的大裂缝，应使用上述的水灰浆；如果存在空隙或结构性裂缝，应使用砂石灌浆。当使用定向注射方法时，注射压力应调整为5~12 MPa。应根据矿区的实际情况、阻隔灌浆料的流失量和定向钻孔的拆除情况，酌情停止注入作业。例如，如果煤矿中的注浆损失超过5 m3/h，就可以停止喷射。如果煤矿没有明显的切削液渗漏，且钻井距离达到150 m（或以上）时，应停止水力作业，确认水流量不超过0.5 m3/min后，再开始切削液注入。第二，在使用定向钻井和固井技术时，工程师必须考虑井下的控制操作。如果在钻井过程中出现裂缝或空洞，需要进行固井作业，如果固井压力超过了工作压力，注浆将沿着裂缝或空洞扩散到灰水层以下，就不需要固井了。因为含水层很容易被破坏，而且泥浆消耗量很大极易造成浪费，所以在大型含水层中进行注入作业时，良好的防渗是十分必要的。

结束语

目前对于宏达煤矿来说，防治水工作是工作中面临的重点问题，但由于种种原因，宏达煤矿的防治水工作水平仍然有待于提升。这需要宏达煤矿对防治水工作更加重视。基于井下防治水工作的实际需求，只有对钻探技术进行科学选择和应用，才能从根本上提高防治水效果，确保企业开采的安全性。

参考文献

[1] 孙阳,赵永哲,朱昌淮,等.定向钻进工艺技术在探查疏放灰岩水中的应用[J].煤田地质与勘探,2019(S1):117-121.

[2] 冀前辉,郝世俊,王程,等.复合勘探技术在煤矿工作面水害防治中的应用[J].工矿自动化,2020,46(3):79-83.