定向鉆進技術在煤礦地質(zhì)防治水中的應用探究

魏永強 張輝 王永申

摘要：為了研究定向鉆進技術在煤礦地質(zhì)防治水中的應用。本文基于筆者煤炭開采領域多年技術經(jīng)驗，在理論結合生產(chǎn)要點的前提下展開相關分析。為煤礦地質(zhì)防治水和地質(zhì)異常情況預警與消除提供建設性意見。

關鍵詞：定向鉆進;煤礦;地質(zhì);防治;物探

1引言

煤炭作為最原始及應用最廣泛的化石能源，已經(jīng)伴隨人類工業(yè)發(fā)展上百年。煤礦的易采性與普遍性，使得我國煤礦開采業(yè)經(jīng)久不衰。但是基于安全生產(chǎn)的煤礦地質(zhì)危害預控技術以及相應的設備改造升級仍需要進一步的探索研究。例如煤礦地質(zhì)防治水技術可以借助石油工程領域的定向鉆進工藝提高勘探精度。本文基于筆者煤炭開采領域多年技術經(jīng)驗，在理論結合生產(chǎn)要點的前提下展開相關分析，為煤礦地質(zhì)防治水以及地質(zhì)異常情況的預警與消威提供建設性意見。

2定向鉆進技術的具體應用分析

定向鉆進技術主要依托前期地震勘探成果，在層位識別清晰，卡層到位的基礎上進行高效精準控制。首先確保鉆孔軌跡按照預先設計在地層中穿行，當實際揭露地質(zhì)條件和設計參數(shù)差別較大時，還需要進一步分析鉆孔實測數(shù)據(jù)。定向鉆進可以在穩(wěn)定鉆進的前提下借助旋轉導向設備進行參數(shù)修訂和坐標值核準。如果遇到水文地質(zhì)條件突變和前方遭遇地質(zhì)異常體時，可以運用隨鉆儀器進行巖性識別和超前水害預控。定向鉆進根據(jù)地質(zhì)任務制定好前期設計，施工過程中在預測性指標數(shù)據(jù)共享前提下可以實現(xiàn)無磁鉆桿的精確定向測量，并在泥漿循環(huán)基礎上進行多維信號反饋，從而達到隨鉆測井式的任務交互與功能配給，確保對前方地質(zhì)構造、水文條件的靶向精準控制。

3定向鉆進技術在煤礦地質(zhì)防治水中的應用要點與案例分析

在施工準備階段，煤礦地質(zhì)防治水專業(yè)技術人員必須對礦井水文地質(zhì)概況、地下水賦存條件等進行深入細致的調(diào)查。結合調(diào)查結果，定向鉆進設計方案可以明確鉆探設備配置和套管尺寸、孔徑等鉆孔參數(shù)。勘探前還需要對鉆探過程中的施工程序和原始數(shù)據(jù)采集進行逐一說明。勘探單位結合以上內(nèi)容，對定向鉆進施工人員進行系統(tǒng)的技術說明，使施工人員掌握工藝流程和應急處置，為后續(xù)地質(zhì)水防治工作提供真實有效的原始資料。

在鉆探作業(yè)中，必須對鉆孔涌水的水量、水壓、水質(zhì)等進行實時分析。如果鉆孔水量、水壓較高，說明前方地質(zhì)體富水性較強。要盡快停止鉆進，準確記錄鉆孔深度、出水位置;同時固定鉆桿，制定科學的地下水疏放方案，及時疏放含水體中的地下水，防止水害事故的發(fā)生。定向鉆探作業(yè)完成后，工作人員需對鉆孔相關數(shù)據(jù)和施工情況進行分析研究，重點加強涌水量變化較大層段觀測分析。如果水量持續(xù)增大，需要對含水體的體積和范圍進行調(diào)查研究，并記錄詳細信息。如果定向鉆探作業(yè)已經(jīng)到達目標層位，完成了勘探任務，需要及時用預先配置好的材料填充鉆孔及孔內(nèi)裂隙，避免后期采掘過程中出現(xiàn)突水，并且要驗證封孔質(zhì)量，確保止水效果達到要求。在混凝土灌漿封孔過程中，注漿壓力必須達到設計要求，確保灌漿到位。

4井下水害物探異常區(qū)的驗證

煤礦應當查明井田范圍內(nèi)地下水的分布范圍與賦存情況，包括地下水的位置、形成時間、范圍、層位、水量、補給源等。針對老空開采不清楚，積水不明的區(qū)域，應綜合利用鉆探、物探、地球化學探礦等技術進行勘察，編制礦井水危害評價報告，根據(jù)老空水分布情況及威脅程度，制定老空水防治方案。（1）地面地球物理勘探可采用三維地震勘探等方法探測地下水分布情況。（2）井下物探可采用槽波地震勘探、瑞利波勘探、無線電波透視法（井下穿透）等探測地下水賦存情況;（3）物探及其他圈定異常應通過鉆探方法驗證;（4）通過水質(zhì)化驗等化學手段分析地下水的來源及補給情況。

煤礦應當根據(jù)勘探成果中地下水分布特點結合水害防控措施落實情況、采掘工作面受威脅程度等，編制水害普查論證報告并由煤礦企業(yè)總工程師組織審批。對于老空或其他地質(zhì)異常體積水情況明確，通過注漿加固、疏干等方式能安全管控的區(qū)域可以劃為可采區(qū);對于以現(xiàn)有技術或資料無法探查清楚的區(qū)域，無法保證安全開采，必須留設防隔水煤（巖）柱，劃為禁采區(qū)。煤礦要及時了解礦區(qū)內(nèi)相鄰礦井的開采動態(tài)和積水情況，并將其積水量、積水范圍和防隔水煤（巖）柱留設等情況在礦井充水性圖中準確繪制。在鉆探施工時，相關設計圖紙必須標明探水線、積水線、警戒線的位置。當積水區(qū)域有大量水源或有穩(wěn)定補給源時，應優(yōu)先考慮留設防隔水煤（巖）柱;當積水區(qū)域積水量少或沒有穩(wěn)定的補給水源時，應積極選擇疏干排水方式;對未積水但存在補給水源的積水區(qū)域，應采取注漿封堵補給通道或修建防水閘墻等隔離措施。疏放老空積水或其他地質(zhì)異常體積水時，定向鉆進可以準確高效的進入地下水體，通過調(diào)整鉆孔位置及深度等鉆孔參數(shù)達到控制放水量的目的，確保礦井排水能力滿足要求，在疏放水過程中，詳細記錄出水量和水壓的動態(tài)變化，并可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時在孔內(nèi)調(diào)整鉆孔軌跡，安全且高效。放水完成后，將放水量與估算的蓄積水量進行比較，同時通過定向鉆孔和地球物理方法檢查放水效果，確保已疏干。

5結語

綜上所述，運用石油工程成熟的定向鉆進技術和相應工藝能極大解決煤礦地質(zhì)防水領域遇到的多變性、復雜性問題，在工具有限運用和工時最優(yōu)前提下進行安全生產(chǎn)。而定向鉆進技術也需要依據(jù)煤礦開采行業(yè)的進步與發(fā)展進行改進升級，將現(xiàn)有設備進行簡化和小型化。通過煤炭領域不同成本配給下的定向鉆進工藝運用，可以獲取更多利潤空間，彌補定向鉆進技術發(fā)展領域的研發(fā)費用，為更多工程最優(yōu)解提供科學可行的方案。

參考文獻

[1]石智軍，李泉新，許超.煤礦井下隨鉆測量定向鉆進技術及應用[J].地質(zhì)裝備，2013，14（6）：5.

[2]張洪健，李長青，姜文浩，等.千米鉆機定向鉆進技術在礦井防治水中的應用[J].中州煤炭，2012（09）：112-114.

[3]龐乃勇.定向鉆進技術在煤礦地質(zhì)防治水工作中的應用[J].煤礦安全，2018，49（S1）：82-86.

[4]馬曉濤，王嗣酮.定向鉆進技術在煤礦地質(zhì)防治水工作中的應用[J].智能城市，2021（2020-19）：80-81.

[5]王建文.定向鉆進技術在煤礦地質(zhì)防治水中的應用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2019，No.284（15）：229+236.