鉆探在煤礦防治水中的應用與研究

李 雪 峰

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

鉆探在煤礦防治水中的應用與研究

李 雪 峰

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介紹了鉆探設備的特點，從孔口際壓套封、螺旋桿鉆進、松軟層跟管鉆進等方面，對鉆探工藝進行了闡述，并對鉆探在煤礦防治水中的應用進行了研究，有利于保證煤礦開采的安全性。

鉆探，煤礦，煤層，鉆進技術

我國煤礦開采大多是在井下，開采的深度較大，涉及到的地質條件較為復雜。煤層處于不同的地質層空間。在生產過程中運用鉆探方法主要是為了對地層情況有比較清楚的了解，從而在開采過程中避開危險區域，對于部分問題能夠提前做好相應的預防措施。地下水層是存在一定規律的，開采過程中要了解并合理的利用其存在的規律，對于防治水工作進行有目的，有針對性的布置。

1 鉆探設備的特點

考慮到工作環境，對于設備要求快速，靈活，有效，機動。具體來說有以下幾個方面的要求：首先是靈活性，開采工作在地下進行，受到工作環境的限制，設備體積不能過大，最好能夠拆解，在使用的時候進行快速組裝，對于設備體積，寬度在2 m，高度在3.5 m以下為佳。其次是鉆機可以進行任何角度的旋轉鉆孔，能夠有效提升工作的效率和質量。最后對于設備自身而言要有良好的性能，具有較高的安全系數，發生故障的概率小，并且在故障發生后，能夠就地進行快速的修理，而無需借助外部的力量，為工作節約大量時間。

2 鉆探工藝

2.1 孔口際壓套封

該項工藝是在探放高壓水時采用的，一般情況下，采用的是雙層封注方法，首先進行短孔開孔，24 h后戴好護口，鉆芯管要達到一定深度，然后再進行套管工作。操作過程中應該注意到的技術關鍵是，護口需要有排氣孔，套管外壁與孔壁封死并上壓。采用人工封注方法時，用碎石將下入口底端封嚴，在管壁內涂抹水泥后開始下管工作，以旋轉方式轉送到底，由于管內的空氣被壓縮，往往能聽到一定的聲響，存在聲響則證明套管工作已經順利完成。

2.2 螺旋桿鉆進

當煤層比較松軟的時候，在鉆孔過程中容易出現塌孔現象，導致無法正常成孔，此時如果繼續使用光鉆桿進行工作就無法達到工作目標。因此要改用螺旋桿鉆進方法，該方法在使用的過程中不會利用到循環水，避免了水對孔壁的沖刷作用，導致煤層在含水量過多的情況下被泡軟而出現塌孔。同時螺旋鉆進法也有自身的優點，如工作的過程中孔壁完整，排粉干凈，排水效果良好。

2.3 松軟層跟管鉆進

煤礦存在一定松軟層，具體體現在巖石破碎，煤層較軟。在此種情況下，鉆探工作遇到的問題主要是易塌孔。在鉆進工作中一種情況是開孔就會遇到松軟層，而另一種情況則是在一定深度之后遇到松軟層，無論是哪一種情況，對于鉆探及煤礦的開采工作而言，都存在不利影響。對于開孔就遇見松軟層，開孔時，鉆頭的直徑達到了一定范圍，相應的增加了開孔的難度。常見的情況是先用一定方法將孔鉆出，如用巖芯管。然后再下套管，但是存在鉆具拉動，鉆孔易塌的現象。對于鉆進到一定的深度后遇到松軟層，在穿過松軟層之后，由于鉆具自身的震動加之循環水影響，松軟層會出現塌落現象，容易造成堵孔，卡鉆，無法繼續有效的鉆進。

對于松軟層出現的兩種情況，采用的方法通常是跟管鉆進。具體操作過程是，接觸到松軟層時，止水管前端要配置口徑合適的特制鉆頭，并且在后端也要配置，一般而言前端鉆頭為合金鉆頭，后端為螺絲頭。等到第一根套管進入到孔內，將螺絲頭解下。并啟用第二根套管，鉆進到需要的深度時，將套管內的煤巖粉進行清理，清理工作采用的是光鉆桿小鉆頭，完成清理工作的要承壓套管進行封注。

對于鉆進到一定深度之后遇到松軟層，通常的作法是對松軟層的孔壁進行一定的保護，在操作方面，先下大孔徑管，之后是巖芯管跟進，接觸到松軟層時，用管跟進技術穿過松軟層。

2.4 斜下孔鉆進

鉆孔在持續鉆進過程中會受到多方面力的影響，鉆孔通常情況下是順層鉆進，受到巖層自重作用影響下，容易形成塌孔，巖層破碎導致了鉆進工作難度增大。那么為了改變此種情況，可以采用相應的改進措施。

班前下鉆桿，鉆頭與孔底的距離達到15 m的時候就要給水下鉆桿，此時要注意到泵壓，有異常現象要立即提鉆；鉆頭與孔底相接觸，轉動鉆機進行沖水作業，作業時間10 min為宜。作業完成后繼續鉆進工作。工作過程中要有專人對水泵進行看護，避免堵塞及吸空現象出現。在不取芯的情況下，班末必須要進行沖孔作業，作業時間控制在20 min為宜，完成后提鉆，鉆桿數量保持在10根左右。鉆進過程中，遇到松軟層或者是破碎巖層要繼續鉆進，不要追尺，并對相關位置準確記錄。鉆進過程中如果遇到意外停電情況，必須要利用高壓風對孔底巖粉進行清理，在此期間工作人員不應該離開各自工作崗位，直到供電恢復正常。另外一種情況則是在鉆進的過程中如果遇到水泵損壞，也要立即進行吹孔作業，避免設備上吸附有殘渣，并將鉆桿拔出。

2.5 上仰孔鉆進

上仰孔鉆進存在的情況通常是施工位置與目標呈現垂直上下關系，為了達到工程目標就需要采用此種方法。采用此種鉆進方法，鉆孔的位置選擇要求頂板條件要好，或者作好一定的支護工作，防止在鉆進時掉落物體對人員造成的傷害。鉆進過程中禁止向孔內張望，在加桿工作完成后，要立刻離開孔口下方。為了確保鉆進過程中人員安全，還可以另外采用一定的安全措施。如孔口高度降低，降低的范圍要視具體情況而定，原則上是孔口與地表之間數值范圍在0 m～2 m區間內。采用的方法是在孔口管下好后，從孔口加接套管。無論是哪一項工作，在開展前都要搭建好腳手架，以滿足工程需要，同時為了保證開孔的精度，可以對導正器進行加長工作，將擊發的距離縮短。

此種方式體現的優點在于，首先是一項具有高難度的鉆進技術，體現了施工隊伍技術水平，同時也為后期工作在技術方面積累了寶貴經驗，為鉆孔技術的深入研究和持續發展奠定了基礎。

3 鉆探在防水工作中的應用

3.1 水害的成因及類型

煤礦在開采過程中存在透水事故的可能性，引發透水事故的水源通常有大氣降水，地表水，地下水，老空區積水，不同水源有自身的特點，并且產生的危害也各不相同。當井田范圍內存在大量地表水體后，煤層與含水層之間存在水力聯系，地表水就有可能會進入到礦井。地下水作為透水水源也是主要水源，按照不同的類型可以分為直接、間接、自身透水水源。老空區積水則是廢棄的采礦空間內積水，根據空間來劃分又可以分為老窖積水，采空區積水。當正在開采的煤層接近時，經過某些誘發因素的作用就可能會導致事故的發生。

3.2 鉆探防水的應用

對于老空區積水，鉆探工作可以從如下方面開展，首先是要選擇合適的點作為鉆孔，在對存有的積水進行排放時要將鉆孔閥門打開，對于閥門大小控制要從水泵的排水能力方面進行判斷并作分析，保證適時，安全，有效。當鉆孔沒有流水的時候要準確的判斷，一種情況是積水區已經無積水，另一種情況則是孔口已經高于水位，此時應該將水泵與鉆孔聯合。此項技術對于老空區積水效果較為良好。

三灰水：第三層石灰巖富水性中等，如果沒有一定的防水措施在施工過程中會遇到較多問題，其一是由于水量大而導致的掘進工作困難，其二則是巷道排水在含水層處在疏放狀態時難度較大。對于此種情況，在施工的過程中防水方案采用的是注漿后一次性掘進通過的形式。

斷層：斷層屬于一種特殊地質，存在斷層的情況下，開采條件就會變得更加復雜。通過鉆探并對結果分析，可以了解到斷層的具體情況，地層中含水層的情況，工程進行過程中可能會引發的相關問題等，為后期工作開展理清障礙。

水文補勘：由于地下條件較為復雜，前期的勘察工作不一定能夠對所有因素都考慮到，因此在工程進展中要及時的開展相應補勘工作。工作開展的首要步驟就是要選擇合適的位置進行鉆孔，通過鉆孔建立地質觀測系統，為排水實驗，巖樣采集，滲透性能研究提供相應的依據。

4 結語

煤礦開采屬于危險系數比較高的行業，事故的發生具有一定的偶然性。對于該行業而言，安全工作與生產效益是并重的。因此，對于常見事故要做好預防工作。井下防水鉆探已經有了一定的經驗積累，對于企業而言，在工作中應積極應用新技術，并在實踐過程中不斷總結積累經驗。安全生產的保障一方面依賴于制度，另一方面則要靠技術來實現。鉆探防水只是煤礦安全工作中的一項技術，企業在生產實際中要靈活運用多種方法，最大程度的保障生產安全。

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Theapplicationandresearchondrillingincoalminespreventionandcontrolwater

LiXuefeng

(ShanxiCoalGeologyandHydrologyExplorationInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper introduced the characteristics of drilling equipment, from the porthole pressure cover sealing, screw drilling, soft layer simultaneous casing drilling and other aspects, elaborated the drilling process, and researched the application of drilling in coal mines prevention and control water, to ensure the safety of coal mines.

drilling, coal mining, coal seam, drilling technology

1009-6825(2017)23-0085-02

2017-06-08

李雪峰(1986- ),男，助理工程師

P634

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