鉆探技術在煤礦井下防治水中的應用研究

白鑫

摘要：煤炭是重要的能源資源，對人們的生活和社會的經濟發展均發揮重要作用。隨著對煤炭資源需求量的不斷增大，在很大程度上帶動了煤礦開采業的發展。但在進行煤礦井下生產時，由于煤礦層內部情況復雜，極易發生災害現象。其中，透水是煤礦井下生產中的幾大災害之一。尤其是在進行下部煤層開采時，若對應的上部出現積水現象，將嚴重威脅生產人員的生命安全。因此，需要重視煤礦井下的防治水問題，但如何改進施工工藝才能達到防治水的目的，同時又不影響鉆探的效率，是當前煤礦井下防治水鉆探研究的重要課題。本文結合多年的實踐經驗，圍繞煤礦井下防水鉆探技術展開論述，以期能對有關人員提供借鑒和參考價值。

關鍵詞：煤礦；井下生產；鉆探技術；防治水；應用

前言

隨著社會形勢的發展，人們對煤礦資源的需求量不斷增大，但隨之而來的是煤礦資源的緊缺問題，并成為世界性問題。為爭奪有限的煤礦資源，人們更加注重煤礦的開采工作。但隨著煤礦井下開采的不斷深入，周圍的環境越加復雜，水文地質情況也更為特殊，出現透水的幾率越來越大。煤礦井下透水嚴重威脅井下人員的生命安全，而且救援難度很大。因此，有必要研究和了解煤礦井下防治水技術。目前，比較常用的煤礦井下鉆探工藝有全煤層孔螺旋鉆桿鉆進、高角度上仰孔鉆進、斜下孔鉆進、松軟層跟管鉆進幾種。在應用以上鉆探工藝時，如何才能高速注好套管，并能在松軟層鉆孔或封注套管是鉆孔面臨的普遍難題。為保證鉆探的效率，同時保證防治水的效果，在應用鉆探工藝時應把握好技術要點。對此，筆者提出了自己的看法。

1.全煤層孔螺旋鉆桿鉆進工藝

該工藝一般適用于需要全孔在煤層內鉆進的情況。由于煤層較為松軟，若采用光鉆桿水循環鉆進等方法成孔難度大，孔易塌陷，而若使用螺旋鉆桿鉆進，則能大大提高鉆進的成孔率。螺旋鉆進是一種干式鉆進技術，主要利用了鉆機齒筒所產生的動力，并將其傳遞到鉆頭，而螺旋鉆桿將所產生的鉆屑排出孔外，這就形成了類似“螺旋運輸機”的運行模式[1]。總結全煤層孔螺旋鉆桿鉆進工藝的優點，主要有以下幾點：其一，提高軟媒鉆進的效率。螺旋鉆桿能及時排出鉆出的煤粉，且排粉干凈，不會出現重復破碎情況，也不會影響孔底煤的破碎，防水效果也好。這在很大程度上提高了鉆進的效率。此外，所需的鉆井輔助設備少，也是提升鉆進效率的原因之一。其二，對孔壁的影響小。在鉆進的過程中由于噪音少、振動小，因而也減少了由于振動對孔壁的影響作用。其三，避免了循環水泡軟煤層后造成塌孔的現象，成孔率高。螺旋鉆進不用沖洗介質，在水供應不足或無水的情況下也能進行鉆探，同時，也降低了對孔壁的損害，提高了成孔率。

2.高角度上仰孔鉆進工藝

該工藝適用于目標與施工位置處于垂直上下關系時的鉆進。但在應用高角度上仰孔鉆進工藝時，應注意選擇在頂板條件較好的地方，同時做好各項頂板支護工作，并牢固腳手架，避免發生石塊墜落傷人的現象。操作人員在鉆進過程中應注意力集中，禁止張望孔內，完成加桿后立即遠離孔口下方。為保證開孔的準確度，應縮短擊發的距離，為此可在鉆機導正器前接入一個較長的導正器可達到效果。另外，上孔口與地表不宜大于2m（以方便上護口及瓦路），可在孔口管下好后加接一根套管，能達到降低孔口高度的效果[2]。

3.定向斜下孔鉆進工藝

在預定方位上設置斜向器位置，并在鉆進前測定出斜向器在孔底的實際方位，并與預定的方位進行比較，然后按照兩者間的偏差進行調整或矯正的就是定向斜下孔鉆進工藝。鉆具到達孔底后，再下放有線隨鉆測斜儀，直至到達螺桿鉆上不定向接頭的位置。在測斜儀底部引流鞋缺口定位完成后，就會通過監視屏顯示鉆孔的工具面向角和頂角方位角，然后與所設計的工具面向角進行對比，調整誤差后可進行鉆進。但在斜下孔鉆進時，因為鉆孔是順層鉆進，加上巖層自重作用，影響成孔率，并可能引發透水。為此，可采取以下措施：第一，鉆進過程中若出現水泵損壞現象或有停電現象，立即接通高壓風吹散孔底巖粉，（來電后）然后再將鉆桿拔出；第二，派專人負責看管水泵吸水管，保持水龍頭通暢，避免吸孔；第三，若鉆孔不取芯，應在班末沖孔，然后再提鉆，直至提出10根以上鉆桿為止[3]；第四，鉆頭距離孔底約15m后應給水下鉆桿。注意控制好泵壓，若出現憋泵情況，應立刻提鉆。

4.松軟層跟管鉆進工藝

在進行松軟層鉆進時，又分為兩種情況：鉆進到一定深度后遭遇松軟層、一開孔就遭遇松軟層[4]。這兩種情況都大大增加了開孔難度，如進行常規鉆進，松軟層鉆好后拉開鉆具就會造成孔塌而不能下管。針對這種情況，可采用松軟層跟管鉆進方法。若是在鉆進到一定深度后才遭遇松軟層，應先下一徑孔口管，再鉆進一徑的巖芯管（比鉆頭大一徑）。然后遭遇到松軟層時就拉鉆，并應用根管鉆進方法進行鉆進，直至甩入孔內，能起到保護孔壁的功效。若一開始就遭遇松軟層，應配置一個與止水套管前端相符的筒狀合金鉆頭，并在后端上好螺絲頭。第一根套管鉆井孔內后即可松解螺絲頭，然后再上第二根并鉆進，直至達到設計要求的深度。同時，清理套管內的煤粉，之后可注漿封管。

5.結語

綜上所述，煤礦井底防治水是人員安全的重要保障，因此，研究和了解煤礦井下防治水的鉆進技工藝很有必要。同時，在防治水過程中還應遵循早規劃、早預防、早治理的原則，努力提升鉆進技術水平，盡量預防和減少煤礦井下透水現象。

參考文獻：

[1]王進海.煤礦井下防水使用技術探討[J].中國科技信息，2012（17）：59.

[2]白飛，宗暉，劉氬鐳.礦井下鉆孔加固防水技術研究[J].科技傳播，2014（04）：75+70.

[3]王鵬飛.礦山井下鉆探事故與處理[J].科技信息，2012（4）：396-397.

[4]張繼周.煤礦井下探水參數控制及探水安全措施[J].科學與財富，2014（05）：76.