定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用

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定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用
马晓涛 王嗣酮
（陕西陕煤曹家滩矿业有限公司，陕西 榆林 719000）
摘 要：目前我国煤矿资源开采工作受地区地质及地下水干扰，使得资源开采时易出现水害，制约资源开采工作
的进行，严重的情况下还会导致井下安全事故。

因此，煤炭资源开采单位需要煤矿地质水害问题加强关注，利用先进的定向钻进技术来有效做好水害防治工作，从而为井下煤矿开采提供安全的工作环境。

文章主要就定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用展开具体分析。

关键词：定向钻进；煤矿地质；防治水
煤矿井下定向钻进技术作为坑道钻探工程领域中的一项新技术，已经广泛应用于岩层、较稳定、较硬煤层的瓦斯抽采、地质构造的勘探以及煤矿井下的水害防治。

井下定向钻进技术具有有效距离长、钻进效率高、可多分支探测、精度高等特点，较常规回转钻进工艺具有明显优势。

1 定向钻进技术概述
定向钻进技术为目前进行地质勘探时常使用的一项技术，具体应用期间需要联合多种先进的设备仪器、钻具。

对于勘察地区钻孔，可以借助仪器设备对于钻探轨迹相关参数进行精准的测定，以此可以对资源埋藏区域的坐标值、开采情况、水害发生范围与严重性等地质条件进行综合的判断分析。

资源开采单位可以依据地质勘察得到的数据依据，制定相对应的资源开采方案与水害预防干预方案，确保资源开采工作能够顺利地进行。

对于定向钻进技术的应用原理进行总结分析，主要为工作人员对于被勘测地质区域作以定向钻探期间，需要提前准备好定向钻机、下无磁钻杆、泥浆泵及测量管等装置。

钻开勘察地区后，利用钻杆推动钻头的继续前进，促使煤层可以被切削开来。

在此期间产生的数据资料可通过钻杆及时传输到计算机终端上，便于工作人员第一时间对于相关的数据资料进行综合的分析研究。

其中对于煤矿地质水害发生发展情况进行勘察分析过程中，可以对勘察部位的水冲刷表现作以探测分析，着重分析研究煤层受到水体冲刷地带的水平变化情况。

总结分析冲蚀程度、冲刷带是否存在连续冲刷的情况，计算分析钻孔勘查区域的用水量最大值、防水强度最大值等参数，制定水体疏干方案，来对煤层水进行有效的排出处理，防止煤层采煤作业区域发生突水事故
[1]。

以往井下钻探采用的施工工艺为常规回转钻进成孔工艺，
存在钻探工程量大、钻进深度小、钻孔轨迹无法实时控制、难以精确探测等技术难题，难以满足现代化矿井高速发展的需要。

为了解决我国定向钻进技术在地质水工作的存在的问题，应用此技术需要做到创新技术、引进先进的设备以及提升监督管理水平。

2 定向钻进技术在煤矿地质防治水中的应用要点与案例分析2.1 要点
施工前期准备阶段，煤矿地质水害勘察人员在该阶段
进行勘察工作时，需要对当地的地质地貌、地下水活动情况等作以全面细致的调查了解，并对当地存储的煤炭资源情况加强了解。

综合这些内容，可以对水害勘察报告，明确勘察工作进行期间应用的相关仪器设备及钻头钻入煤层时的钻孔大小、目标深度、止水套管钻进长度等多项参数。

还需要对钻具钻入处理期间的施工工序与逐一事项进行说明，勘察单位可以结合这些内容对于全部的勘察人员进行系统的技术交底，促使勘察人员可以掌握这些知识，高质量地做好煤层地质水害的勘察工作，为后续的地质防治水工作良好开展做出有效的指导。

施工过程中，在该阶段需要工作人员结合自身掌握的内容，勘查现场进行相应仪器设备的安装调试。

确定没有问题后，对于仪器设备外观整洁性进行检查，如果仪器设备上堆积着较多的灰尘杂物，要及时进行清除，防止出现仪器设备应用过程中发热严重、勘察数据不准确的问题。

工作人员可以直接操作仪器设备与标准参数在煤层相应的作业位置进行钻探作业，在此期间工作人员注意对于整个勘察过程进行监督管理，如果发现存在钻进勘察的异常情况，及时采用有效的措施加强干预，确保煤层地质水害勘察工作取得理想的结果，延长相关的勘察设备使用寿命。

并且在勘察工作开展的过程中，要求工作人员对产生的全部数据资料进行记录整理，不可出现遗漏流失，确保后续的数据分析工作结果质量。

在钻进作业过程中，要求工作人员对于煤层水压参数进行实时分析。

如果得到的水压参数过高，说明地质勘察地区含有的水量多，需要迅速停止探勘，尽快进行钻进深度的分析记录；并且要对钻入操作时使用的钻杆作固定处理，制定科学的煤层地质水体疏干方案，对于此处存在的水体进行及时有效的排出处理，防止水害事故发生。

对煤层地质水害的定向钻进操作结束后，工作人员要对勘察地区的表现进行分析研究。

重点对是否出现漏水情况加强检查，如果出现此种情况，需要对水量大小与范围等情况进行全面的勘察分析，记录详细的信息。

对钻入区域的孔洞要做及时封堵处理，避免水体或者其他杂物从钻孔区域内进入。

如果本次定向钻探工作已经钻入目标深度时，工作人员需要对此处断层、工作面之间利用提前配置好的材料进行填充处理，防止该处发生突水问题，止水效果理想，确保
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该区域的防治水工作取得非常好的结果。

具体进行注浆施工时，需要将注浆管道置入相应的地方，确定管道通畅性达标后，可以使用注浆设备将材料准确的注入其中，依托材料的固结特性，对于断层与工作面区域进行良好的加固施工。

2.2 案例分析
本文研究期间选择甘肃省的某个煤矿为研究对象，对其实际开展的煤矿地质防治水工作开展情况作以研究。

该煤矿所在地煤层地质的厚度约为20 m，煤层的底板区域属于奥灰含水层，其中含有的水非常多。

煤层的上方位置经过勘察可知属于砂岩含水层，也含有大量水，使得该矿井的作业安全性无法得到保障。

需要勘察人员对此处的地质水害情况做全面的调查，以便掌握水害发生，并且可以采用相应的措施进行排出处理，促使煤炭资源开采作业环境的安全性提高，极大地提升了巷道掘进速度，资源开展效率也相应提高，杜绝突水事故的发生[2]。

该煤矿进行煤层地质水害情况的调查研究时，采用定向钻进技术，通过该技术得到的数据参数，对于相应施工区域的水体进行及时妥善的排出处理，总结技术的应用情况，主要包括下列内容。

首先，顶板区域。

当前该煤矿顶板区域的水体较多，对煤炭资源的开采运输与巷道掘进的作业工作不利，可以利用定向钻进技术，对这一区域做好水害勘察与排出。

工作人员进行煤矿煤层地质水害勘察作业时，需要对煤层顶板区域进行钻进操作时的钻孔大小参数进行计算分析，得出相应的数据后，可利用准备好的钻杆进行相应深度的钻入处理。

钻至尽头后，可对煤层顶板含水层内的水进行及时疏干，促使煤层开采作业的安全性有极大地提高，使得工作面回采准备周期与之前相比较极大地缩短。

同时工作人员进行煤层顶板区域的定向钻进作业时，需要对遇到的异常之处进行再次勘察，以此掌握该处的坐标位置及钻进难度大的原因。

结合钻进得到的数据资料进行相应的水体疏干作业方案的制定，指导煤炭开采单位可以依托该方案做好排水工作[3]。

该煤矿进行顶板含水层地钻进操作期间，总共设置了4个钻孔，深度分别控制为100、120、140、160 m，各个钻孔区域的终孔每小时水量则分别为50、20、70、60 m3，对于这些区域的总排水量进行计算分析，可知总共约为11 万m3。

促使后续的煤层钻入开采工作可以更加顺利地进行，并且保障钻入施工过程中工作人员的自身安全。

其次，底板区域。

目前该煤矿底板区域的含水量过高，对于煤炭资源开采作业产生的阻碍大，需要进行有效的排水处理。

具体进行定向钻进技术应用过程中，要求工作人员对于设计确定钻入时的钻孔深度，可以参考此处的实际含水量与煤层破碎区域的范围大小而定，最终确定钻入深入为40 m。

工作人员可以操作长钻杆进行钻头的深入钻入处理，钻杆进入岩层后，要求钻杆一直在该层活动并向内部进行不断地延伸处理。

但是钻入处理期间遇到一些倾斜地段，使得钻杆钻入效果差，需要工作人员对于长钻杆的角度作以调整，使其与倾斜地方的角度保持一致。

对该处进行勘察分析便可以得到标准的结果，钻杆可以顺利进入么矿层。

本文研究的该煤层利用定向钻进技术进行煤层地质区域的钻入处理期间，将钻孔间隔距离控制为40~60 m。

工作人员沿着工作面可进行底板区域的钻入操作，此处回采之前每小时的用水量控制为18 m3，最终排水量约为16 万m3，促使煤层地质开采区域的水量维持在较为稳定的状态下，基本不会对后续的煤炭资源开采造成不良影响。

3 结语
目前在煤矿地质防治水工作开展过程中，依托定向钻进技术得到的结果非常好，有效遏制了水害的发生发展。

所以在之后的资源开采中，仍需要大力进行此项技术的应用，确保煤炭资源开采期间的安全性显著提高，开采资源量多。

同时煤矿地质防治水工作进行时的定向钻进技术应用还存在一定的缺陷和不足，需要研究人员在之后的研究中，可以结合最新地钻进技术及煤层地质勘察技术，对于定向钻进技术作以进一步的优化完善，促使后续的煤层地质勘察工作可以保质保量的开展。

特别是对煤层地质水害的发生发展情况能够进行更加精准的勘察钻进，确保影响钻入操作的水体可以被及时排出，煤矿开采企业的工作人员可以充分利用这些钻进技术，对于开采煤层区域的水体进行疏干，显著提高开采作业的质量与效率、安全性。

参考文献
[1] 张泽宇.定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用分析[J].石
化技术，2020，27（3）：225，228.
[2] 吴晓康.浅谈水平定向钻进技术在煤矿地质构造勘探中的应用[J].
山东工业技术，2018（8）：105
[3] 孟秦宇.矿井定向钻进技术在煤矿地质勘探中的应用[J].内蒙古煤
炭经济，2017（24）：11，25.
作者简介：马晓涛，助理工程师，研究方向为地测防治水。