煤礦井下隨鉆測量定向鉆進技術與應用探究

李磊

摘 要：本文簡要闡述了隨鉆測量定向技術的應用原理，并對隨鉆測量定向鉆進工藝做出了分析，隨后進一步探討了煤礦井下隨鉆測量定向鉆進技術的應用。以期通過本文的分析與研究，能夠為煤礦井下作業技術的進一步完善提供相應的參考與借鑒。

關鍵詞：煤礦；瓦斯抽采；隨鉆測量；定向鉆進

中圖分類號：P634 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0180-02

隨著社會的發展和科技的進步以及城市化進程的不斷推進，促使對于煤炭等能源的應用數量與范疇進入到全新的階段。在煤礦井下開采環節中，隨鉆測量定向鉆進技術應用范圍也呈現出逐漸擴展的趨勢，通過應用此種技術，不僅能夠完成較硬煤層的瓦斯抽采，還能夠進行地質勘探等作業。因而對此項技術進行應用研究，便具有典型的現實價值與意義。

1 隨鉆測量定向鉆進技術原理

1.1 鉆進技術

隨鉆測量定向鉆進設備由兩部分結構構成，且鉆進設備是其中的基礎部分之一。應用于煤礦作業中的隨鉆測量定向鉆進設備，其鉆進設備中涵蓋定向鉆機、泥漿泵以及馬達等部件。在鉆進設備運行過程中，泥漿泵通過對高壓水的輸送，使馬達能夠利用高壓水來完成驅動與轉動，進而為鉆機的作業提供原動力。在此過程中，鉆進方向也由馬達進行調控。

1.2 測量技術

除了鉆進設備之外，隨鉆測量定向鉆進設備中的另一大核心技術，便是測量技術。設備中的測量探管，可對鉆孔傾斜角、方位角以及工具面向角等進行探測和接收，并由監視器生成鉆孔路徑圖形。由此便可使之與設計路徑圖形做出實時比對，以此做出更為精確的調整，確保鉆孔路徑與設計路徑相同。

2 隨鉆測量定向鉆進工藝分析

2.1 水平長鉆孔施工工藝

通常情況下，煤礦井下瓦斯抽采的技術人員，希望鉆孔作業能夠穿透更厚的煤層，并盡量確保鉆孔長度能夠最大限度的延伸，以此來確保瓦斯抽采作業的準確與高效。同時，在進行地質構造勘探過程中，若面對相對復雜的地質構造時，要盡可能的對構造障礙進行避讓，來盡量增長鉆孔長度。而隨鉆測量定向鉆進技術，便可通過分支孔的開設，以及對地質構造所進行的精確勘探等，來解決此類問題。同時，利用水平長鉆孔施工工藝，更能夠顯著提升煤層探測精度，實現鉆孔長度的進一步延伸。

2.2 分支孔施工工藝

現階段，最為常用的煤礦井分支孔施工工藝為緩慢磨削法及反復磨削法。其中，緩慢磨削法即是利用鉆進設備，進行傾斜角度的作業，并直至鉆孔的生成。而反復磨削法即是在進行緩慢磨削法的基礎上，當鉆進設備完全進入到鉆孔之內時，再由設備退出主鉆孔，并由此重復上述作業3-5次，且在后期進行鉆桿的添加與鉆進，直至全新的鉆孔生成。

3 隨鉆測量定向鉆進技術的應用

3.1 煤礦井下瓦斯的抽采

3.1.1 集束型定向鉆孔群抽采瓦斯

當普氏硬度≤1，且集中連片、構造簡易、便于成孔的煤層中，可采用此種集束型定向鉆孔群抽采技術。在實際操作中，可將多個多分支定向鉆孔，設定于統一的鉆場之中，并將主孔盡量設定在同一區域內，以此便于對其進行歸納與收集。同時，在此過程中，主鉆孔及分支孔也將呈現扇面形式，與地面做相對平行狀。直至日前，此方案在我國煤炭行業中，得到了極為廣泛的應用。據不完全統計，隨鉆測量定向鉆進技術在現階段的煤礦瓦斯抽采作業中，應用率已超出37%，并且，集束型定向鉆孔群抽采瓦斯技術所形成的鉆孔深度較深，孔徑具有較高的可控性，這也使得對于瓦斯的抽采數量，可達到普通鉆孔方式的3—5倍。

3.1.2 梳狀定向鉆孔遠距離卸壓抽采瓦斯

當普氏硬度<1，且煤層質地較為松軟時，利用水鉆在煤層上便會出現成孔難等問題，這使得定向鉆進技術的應用便成為必然。由此，便可對煤層頂板進行梳狀鉆孔，及煤層瓦斯的抽采。其實際操作內容為：將處于水平位置的長鉆孔設定于煤層頂板位置，且通過由內及外的順序以及相同的間距，將分支鉆孔設定于煤層頂板垂直向下的位置處，如此所形成的鉆孔便呈現梳狀分布，故稱其為梳狀定向鉆孔技術。在此過程中，若煤層透氣性相對較差，則可在梳狀鉆孔工藝的基礎上，實施壓裂作業，以此促使煤層具有相對較好的透氣性，以進一步提升瓦斯抽采的效率。此種梳狀定向鉆孔技術所具有的優勢較為明顯，不僅能夠擴大煤層瓦斯的抽采量，且持續的時間相對較長。如此既有效解決了煤層因松軟所引起的成孔難問題，又能對采空區瓦斯大量聚集的風險，做出有效的前期預防措施，使其成為松軟煤層瓦斯開采的上佳技術形式。

3.1.3 上下部聯合瓦斯抽采

將煤礦地表直井與地下水平定向長鉆孔相結合，由此便可構成具有立體化效果的聯合抽采體系。在此種聯合型技術形式中，不僅地下水平定向長鉆孔可充分展現出其抽采優勢，且通過與地表直井的有效結合，更能使聯合抽采技術逐步趨于完善。并且，此種聯合型技術工藝更是具備較強的安全系數及較低的成本，因而不會造成煤層結構的破壞。

3.2 煤礦井下地質勘探

在煤礦開采環節中，井下地質勘探的重要性不言而喻。井下煤層從布局、深度、厚度以及實際構造形式等，都是地質勘探作業的實際工作，也是確保煤礦順利開采的前提與基礎。通常情況下，煤礦開采前所進行的地質勘探工藝多為：地面或井下鉆孔勘探法、巷道掘進法等。但傳統工藝在實際應用中，都存在著不同程度的問題，影響或制約著地質勘探數據的精確性。例如，地面鉆孔法所勘探的范圍相對較大，但勘探信息的精確度較低，又如，井下鉆孔法所勘探的范圍較小，更是無法進行長距離的精確勘探，而巷道掘進法更是無法做出較好的煤層預測，致使其危險系數相對較高。而隨鉆測量定向鉆進技術則能夠解決井下地質勘探中所存在的諸多問題。其既能夠對煤層地質情況做出精確性的前期確定，又能獲取地質構造信息，從而將勘探范圍顯著擴展，使長距離精確勘探成為可能。

3.2.1 地質構造的勘探

隨鉆測量定向鉆進技術，可通過測量功能，在實際勘探環節中，對所涉及到的地質構造進行三維坐標的設定與記錄。隨后，利用鉆機進行地質構造點位置處分支孔的開設，當分支孔與地質構造點相遇時，再次進行三維坐標點的記錄，由此，便可對構造點進行三維坐標模型的建立，使地質構造的分布情況得到立體式呈現。

3.2.2 對煤層厚度及走向進行探測

在進行實際地質勘探過程中，在主鉆孔以相同間距設置出大量的煤層頂板或底板分支鉆孔。在鉆孔與煤層頂板或底板相遇時，便對其坐標進行記錄，并由此所記錄的坐標與地面之間的距離進行轉化，以此確定出相對標高，并依照標高測算出煤層是否存在傾斜情況，以及其實際傾斜的角度，由此對煤層的走向進行分析與研究。

3.3 煤礦井下水害的防治

在進行煤礦資源開采過程中，有時會出現滲水現象或作業中有大量廢水生成，這使得礦井采空區極易存在較多積水，不僅影響到煤礦開采的效率，更會由此產生較大的安全隱患。而通過采用隨鉆測量定向鉆進技術，便可進行采空區的定向鉆孔，以此確保積水的有效排放。

3.3.1 井下定向鉆孔探放水

此種方法是煤礦井下水害防治措施中應用最為廣泛，且效果最為明顯的一類。對于隨鉆測量定向鉆進技術而言，其能夠精確測量與控制鉆孔路徑，因此，在探放水操作中占據較為明顯的優勢，以此最大程度的將煤層底板位置處的積水有效排放。

3.3.2 煤層底板的井下定向鉆孔注漿加固

對煤層底板進行注漿加固，其根本目的在于對煤層底板進行透水或崩塌現象等的預防。其操作流程為：優先設定預定施工水平面，并采用定向鉆進技術進行造斜鉆孔的設定，且在需要進行加固的位置上方進行鉆進作業。隨后，對鉆孔采取高壓注漿作業，并將煤層底板位置處的裂紋等進行及時的填補，以此確保煤層具備良好的防水效果。通過在眾多煤礦井下水害防治工作中的應用表明，此種定向鉆孔注漿法可顯著改善煤礦水害的生成。

4 結語

隨著煤炭資源應用領域及應用數量的遞增，促使隨鉆測量定向鉆進技術在煤礦井下開采作業中得到了更為深入的應用。同時，由于隨鉆測量定向鉆進技術所具備的多種應用內容，也使其在確保井下水害得以避免的同時，大大提高了煤礦井下開采作業的生產效率，保障了煤礦開采過程中作業人員的人身安全，這也使其逐步成為現階段加速我國煤礦行業發展的技術形式之一。

參考文獻

[1]韋源生.隨鉆測量在煤礦開采中的應用[J].煤炭技術，2016，35（12）：57-59.