定向鉆孔技術在煤礦水害治理中的應用

文/何伯穩（淮北礦業<集團>有限責任公司技術中心）

近水平定向鉆孔技術是指利用鉆孔自然彎曲規律或采用專用工具使水平鉆孔軌跡按設計要求延伸鉆進至預定目標的一種鉆探方法[1]。目前隨著我國煤礦開采范圍、強度及區域的逐年增加，對于工程量、成本、工期等方面的考慮要求應用定向鉆技術。多年來各國學者從不同的角度研究解決老空水在礦井生產中的危害，其中最具代表性的成果也是采用定向鉆技術。在總結試驗結果和比對現場特征的基礎上，定向鉆孔技術已成功應用于老空水遠距離探放鉆孔、煤層底板灰巖水疏放鉆孔、精準對穿巷道疏放水鉆孔等領域，革新了傳統方式，創造了巨大的經濟與安全效益。

一、定向鉆技術理論

定向長鉆孔主要采用隨鉆測量定向鉆進技術完成，即利用具有大機身調角范圍和主軸抱緊功能的定向鉆機夾緊由螺桿馬達、下無磁鉆桿、孔內隨鉆測量儀器、上無磁鉆桿和中心通纜式鉆桿等組成的孔內定向鉆具，通過正轉孔口鉆具（鉆桿柱）來調整螺桿鉆具上造斜件的工具面向角，使其朝向預定方向，然后泥漿泵提供的高壓水通過送水器、中心通纜鉆桿進入孔底馬達內驅動馬達旋轉，帶動鉆頭旋轉切削煤巖層。鉆進過程中整個鉆桿柱不旋轉，僅孔底馬達帶動鉆頭回轉碎巖鉆進[2]。

而鉆孔軌跡控制主要通過改變孔底馬達彎角的方向（即工具面向角）來實現。系統中隨鉆測量探管將鉆孔的傾角、方位角和工具面向角等數據實時傳輸到孔口計算機內進行處理，形成鉆孔實鉆軌跡并顯示。根據設計軌跡與實鉆軌跡偏斜狀況，調整工具面向角以達到調整鉆孔軌跡的目的，保證鉆孔軌跡沿預定方向延伸[3]。

二、定向鉆技術的應用

1.楊柳煤礦103 采區總回風巷順灰巖定向探放水鉆孔

由于楊柳煤礦103 采區太灰和奧灰存在水力聯系，疏降底板太灰水進一步拉動奧灰含水層水位，所以需進一步查明、治理該區域太灰、奧灰水力聯系通道。

103 采區總回風巷順灰巖定向探放水鉆孔施工2 個鉆孔，目標層位是距10 煤底板72～80m 的三灰層位中，1 號鉆孔以-7°開孔，距巷道底板1.2m，2 號鉆孔以-5°開孔，距巷道底板1.4m。

施工鉆孔主要經過層厚分別為26m 的砂巖、7m 的泥巖、1.9m 的一灰、2.5m 的泥巖、2.9m 的二灰、4.6m 的砂巖進入層厚7.3m 的三灰，順三灰巖層施工至終孔。1 號鉆孔施工期間出現斷層情況，鉆孔在410m 處斷層，導致無法準確跟層，為防止誤穿4 灰，決定提鉆，此時鉆孔出水量約30m3/h。2 號孔施工時，由于有了1#鉆孔施工經驗以及斷層的大致走向，鉆孔施工了656m，鉆孔在550m處出水量約30m3/h，此時2 個鉆孔的出水量已達到礦方設計要求，最終鉆孔施工至656m，鉆孔出水量32m3/h。

2. 楊莊煤礦Ⅲ610 工作面底板灰巖水遠距離定向疏放鉆孔

楊莊礦Ⅲ610 工作面為采區煤柱工作面，受底板灰巖水危害巨大。為確保工作面安全回采，需要在收作線以外施工一個超長放水鉆孔對回采范圍的一灰水進行疏放。鉆孔施工難度大，工藝復雜，需要穿過采空區底板破碎帶及兩層煤線，必須嚴格控制鉆孔軌跡施工至灰巖富水區，設計護壁管和止水管超長。工作面雖已施工21 個放水孔，但是Ⅲ610 工作面太灰補給充分，水位恢復速度快，給疏干開采帶來困難。采用定向鉆孔技術，在Ⅲ610風巷工作面收作線以外施工了一個長度264m 的定向鉆孔，該孔順一灰10m，終孔位置與設計相比，左右偏差0.3m，上下偏差0.2m，精確施工到設計靶點，單孔出水量40m3/h，徹底消除了Ⅲ610 工作面底板一灰水害。

三、結語

定向鉆能夠有效地解決普通鉆孔的無法控制軌跡、鉆孔軌跡偏差大等問題，既能精準施工至靶點，又節省單

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（上接第42 頁）獨做巷道的成本，具有勞動強度小、工期短等優勢，值得進一步深入研究。定向鉆孔技術在煤礦水害治理中的成功應用，豐富和完善了煤礦水害治理的手段，延長了探放距離，效果明顯，對煤礦安全高效開采具有重大意義。