礦井地質勘探中煤礦井下定向鉆進技術的應用

朱永泰 陳 靜 秦向紅

摘 要：為了精確的探測出煤層的走勢，清晰的了解陷落柱、采空區(qū)及斷層等地質構造的情況，同時消除異常地質構造為煤礦生產埋下的安全隱患，本文結合對定向鉆技術工作原理的分析，對礦井地質勘探中煤礦井下定向鉆進技術的應用展開了一系列分析，希望可以為同行的研究提供一些參考或者借鑒。

關鍵詞：礦井地質勘探；煤礦井下定向鉆進技術；應用

隨著近年來我國煤礦井下綜采技術的全面推廣，從煤礦安全高效開采的角度來看，井下煤層地質構造勘探的影響變得愈發(fā)明顯。當前煤礦中經(jīng)常會利用的物探手段有地質雷達、三維地震及電法等，利用這些手段可以對斷層、陷落柱等地質構造結果進行精確探測，但是對于小于5m斷層的探測來說，以上探測手段的精度并不高[ 1 ]。煤礦井下定向鉆技術具有鉆孔軌跡可控制等一系列優(yōu)點，這項技術在煤礦井下地質勘探中應用可以充分發(fā)揮其價值?；诖?，筆者從不同角度針對定向鉆進技術在礦井地質勘探中的應用展開了分析和研究。

1 定向鉆技術工作原理

定向鉆進技術目前主要在巖層硬度系數(shù)f<5以及較穩(wěn)定煤層硬度系數(shù)f>5的地質勘探孔施工中應用[ 2 ]。定向鉆進主要由高強度中心通纜鉆桿、孔底螺桿馬達等部分組成。定向鉆進技術的工作原理為：利用彎外管孔底螺桿馬達等將鉆頭帶動起來進行回轉，利用有限隨鉆測量技術來實現(xiàn)對孔底信息的傳輸，然后利用孔口監(jiān)視器實時監(jiān)測鉆孔軌跡，并及時調節(jié)螺桿馬達工具面向角，通過調節(jié)使鉆孔傾角發(fā)生改變，實現(xiàn)對鉆孔軌跡的變化的有效控制，最終保證準確的將鉆孔軌跡鉆入到靶點中。

2 定向鉆進技術在礦井地質勘探中的應用

煤礦井下煤層的煤層厚度、煤層走向及煤層地質異常等信息可以利用地面鉆孔探測獲得，地面鉆孔可以獲得大范圍內的煤層信息，但是對局部范圍的信息獲取準確性交底，只能得到揭露煤層的信息，不能實現(xiàn)對煤層信息的超前探測。利用定向鉆孔可以提前探測到煤層的地質信息，利用前進式開分支施工工藝展開施工，可以確定煤層頂?shù)装宓臉烁撸綔y到煤層構造的具體情況。

2.1 探測地質構造

利用隨鉆測量技術及計算功能，可以計算出地層構造的三維坐標，然后可以在已探明構造點鉆孔部位設計多個分支孔，利用定向開分支技術計算出該點的三維坐標。最后，對獲得的多組三維坐標點數(shù)據(jù)展開分析，就可以勾勒出該區(qū)域地質構造的實際空間分布情況。

2.2 探測工作面煤層厚度與走向

在定向主鉆孔中應該按照相應距離來設置不同探頂和探底分支鉆孔，如果分支鉆孔鉆遇到了煤層頂板或者煤層底板，這時可以充分利用儀器得到的數(shù)據(jù)對鉆與頂板、底板相應點的上下位移進行計算，然后將其轉化成該點的相對標高，然后按照相對標高的順序將多個探頂板、探底板分連在一起，這樣就可以計算得到鉆煤層傾角，最后結合煤層傾角、走向之間的關系可以得到工作面煤層的具體走向。煤層厚度探測也可以按照上面提到的方法進行。

2.3 陷落柱勘探

陷落柱多發(fā)勘探區(qū)域多數(shù)情況下位于煤層水平面以上，這種情況下利用定向鉆進技術可以保證命中靶點的精確性，在實際煤層施工過程中如果突然遇到鉆孔返渣見破碎巖粒、卡鉆蹩泵等現(xiàn)象，說明探測過程中鉆頭遇到了陷落柱[ 3 ]，這時可以有效利用隨鉆系統(tǒng)，仔細的測量每個見陷落柱點的坐標，進而繪制出煤層采掘平面圖中陷落柱的分布，進而為煤礦安全施工提供指導。

2.4 巷道斷層勘探

在開掘松軟煤層巷道的過程中，需要遠距離對巷道前方進行勘探，如果本煤層勘探孔的施工距離過短，可以利用底板施工長距離定向孔，或者也可以長距離在煤層頂板進行定向孔鉆進，向煤層方向進行多個分支孔的施工，準確的將煤點坐標測量出來，結合見煤點坐標將煤層中的地質坐標繪制出來，這樣一來分析異常帶時就會非常方便，可以及時將斷層分布找出來，為后續(xù)巷道掘進提供指導。

2.5 煤田采空區(qū)勘探

在勘探區(qū)域中，應對定向鉆孔的不同靶點進行設計，通常情況下，靶點與靶點之間的間距應該在20m左右，這種情況下利用定向鉆進技術通?？梢詼蚀_的命中靶點精確，當施工過程中出現(xiàn)了鉆孔不返水等相關現(xiàn)象，則說明鉆頭的位置就是采空區(qū)，這時利用隨鉆系統(tǒng)可以對各見空區(qū)點的坐標進行測量，然后繪制出采空區(qū)的分布，為后續(xù)煤礦安全施工提供指導。

2.6 順層孔煤層地質勘探

順層勘探孔的特點在于鉆井過程中需要沿著煤層每隔一段孔深利用孔底馬達造斜鉆進主動探頂，仔細探測煤層頂板的起伏情況，再提鉆一段距離（通常為18～24m）進行開分支孔。在鉆孔軌跡得到了充分保證的情況下，逐漸在頂板下穩(wěn)定煤層中向前延伸，與此同時還要鉆進，這樣經(jīng)過反復的施工，達到對煤層傾角、褶皺等地質構造進行勘探的目的，煤層底板探測出以后，可以與探測出來的煤層頂板標高、底板標高相結合，對煤層傾角、厚度等參數(shù)進行計算。

3 結語

綜上所述，定向鉆進技術在煤礦井下勘探中的應用，不僅可以使井下地質勘探更加方便、快捷，同時還能實現(xiàn)對未知區(qū)域不同地層的開發(fā)與治理，并煤層的儲量與走勢進行科學評估，在此基礎上為礦井建設提供有效的勘探手段。在未來的工作中，我們應該在煤礦井下工作中不斷嘗試開發(fā)高精度地質導向智能鉆進系統(tǒng)，仔細的分析和研究相關檢測量元件，與鉆返渣相結合對探頭附近巖性及地質構造變化進行分析。還能在當前的技術技術上開發(fā)出更加適合的隨鉆勘探錄井軟件，與地震、電法等儀器現(xiàn)結合得到檢測結果，在此基礎上繪制出具體區(qū)域的地質構造圖?？傊?，應用定向鉆進技術不僅可以為煤礦井下地質勘探工作提供便利，同時在固體礦產井下勘探中這項技術的應用空間也非常大，為礦井建設、地質構造勘探提供精確的勘探手段。

參考文獻：

[1] 石智軍，許超，李泉新，張杰.隨鉆測量定向鉆進技術在煤礦井下地質勘探中的應用[J].煤礦安全，2014（12）：137-140.

[2] 杜利猛，石浩，姚盼盼，呂軍鋒.水平定向鉆進技術在胡底煤礦地質構造勘探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014（6）：38-43.

[3] 姚寧平，張杰，李泉新，宋昱播，劉睿全，李浩.煤礦井下定向鉆孔軌跡設計與控制技術[J].煤炭科學技術，2013（3）：7-11+46.