煤礦防治水作業中定向鉆探技術的應用研究

牛喬南

（汾西礦業集團南關煤業有限責任公司，山西 靈石 031300）

近幾年，我國能源結構得到優化，各種不同類型的清潔能源都得到了應用，煤炭行業也得到了轉型升級，但是從實際情況來看，煤炭資源仍然是我國在長期發展過程中的主要能源，煤炭行業在我國仍然占有重要地位。從現階段我國煤炭行業整體發展情況來看，煤炭資源開采會不斷朝著更深方向發展，在開采深部煤炭資源時，經常需要面臨礦井水害問題。從我國煤礦整體防治情況來看，為了做好防治水作業，確保開采作業順利進行，要做好鉆探作業，而通過對定向鉆探技術進行應用，能夠提高防治水效果。由此可見，將定向鉆探技術應用在煤礦防治水中意義重大，需要做好相關內容探討。

1 煤礦防治水作業中采用的定向鉆探技術原理及應用優勢

1.1 定向鉆探技術原理

定向鉆探技術在具體應用時，主要就是通過對鉆用千米鉆機進行應用，從而完開展鉆探防水鉆孔作業，開展鉆孔施工中，施工人員對隨鉆探測量系統進行應用，能夠實現對鉆孔作業中，鉆孔軌跡、鉆孔方角位等各項內容進行全面測量，做好相應調整工作，保證鉆孔能夠嚴格依據指定方向施工，達到積水區域，能夠一次實現對積水的精準排放[1]。

1.2 定向鉆探技術在應用時的優勢

通過對定向鉆探技術進行應用，能夠實現對采掘作業面周圍可能存在的水體情況進行全面探查，精準掌握周圍情況。從當前定向鉆探技術的實際應用情況來看，將該項技術應用到老空水、頂板水、底板承壓水等各個方面的探查都取得了不錯效果[2]。定向鉆探鉆孔后，利用鉆孔，能夠應用加固改造、封堵水源等措施進行處理，與傳統鉆探技術相比，優勢顯著，主要體現在探測距離長、鉆孔總體長度短、精度高、施工現場布置設備數量少等多個方面[3]。

2 煤礦工程具體情況

某工作面從地質測量情況來看，煤層傾斜角度主要集中在4°～10°，煤層平均厚度在2.2～2.5 m 之間，工作面傾斜長度在248.5 m，走向長度約為1 520 m，相鄰作業面完成了開采，但是煤礦采空區發生了嚴重積水現象，這對該作業面開采中的安全性帶來了嚴重影響，如果不做好控制，可能會發生安全事故。因此，為了確保煤礦工程作業面在開采時的安全性，要對工作面采空區內進行定向鉆孔，疏放積水，避免由于存在大量積水，而對后續開采作業造成不良影響。通過對現場情況進行測算方向，如果采取傳統鉆孔工藝，難以達到鉆孔隨軌跡測量裝置抵達到指定區域。

通過對該煤礦情況進行分析可以發現，開展掘進作業時容易出現水害問題，因此，要設置探放水手段對后續施工作業開展進行輔助，核心目的就是利用鉆探技術完成對水害區域情況進行探測，實現疏壓降水。以前每次探放水只能實現30 m 超前距，只能鉆探不足220 m 探水鉆孔，實際作業開展時，掘進幾次就要探放水幾次，而且要不斷重復，直到完成掘進為止，整個過程會發生多次阻礙。造成這一現象的原因有以下幾點：第一，作業開展過于盲目，探放水效果偏低，難以達到預期；第二，巷道受鉆孔施工影響較大；第三，多數鉆孔都需要等待施工，整個施工作業開展過程較為繁瑣，巷道掘進環境安全性。因此，為了達到既定目標，針對本次工程進行定向鉆孔設計時，在工作面巷道軌道巷360 m 位置處，對采空區實施長距離定向鉆孔，從而達到疏水作業目的。

3 煤礦防治水中對定向鉆探技術的應用要點

3.1 定向鉆探疏水設計需要遵循的原則

進行定向鉆孔設計與布置時需要做好分析工作，保證與周圍巷道工程具體情況相適應，而且還要對礦井當前采用的各種鉆探設備的具體應用效果進行明確，保證每項鉆探設備作用都能夠得到充分發揮。開展定向鉆孔期間，如果情況允許，要適當提高疏放水具體水量，確保鉆孔后，能夠形成一個良好孔。進行鉆孔設置時，要在低洼位置處布置鉆孔，具體鉆孔要保持仰角。通過對本次作業面具體特點進行分析來看，作業面包含的水層有兩層，在實際設計時，要在鉆孔位置處布置頂板水疏放，以免存在積水對后續煤礦開采作業造成不良影響，降低開采效率，情況嚴重時可能會引發安全事故。除此之外，在實際施工作業開展時，要全面考慮施工現場定向鉆探設備的具體性能，工作人員綜合能力，依據施工現場情況，采取科學方式布置作業中應用的鉆孔機械，保證鉆孔間距合理。

3.2 科學設計鉆孔結構

針對本次煤礦井下定向疏水鉆孔設計時，依據煤礦井具體情況，選擇鉆孔套管方式。開展開孔作業時，采用的鉆頭設計直徑為155 mm，鉆進鉆孔期間，鉆進長度設計與煤層距離相距5.8 m 距離為標準。完成鉆孔成孔后，要進行耐壓試驗設計，具體設計時要在滿足耐壓試驗標準之后，才能在對煤礦井下的鉆孔進行應用。完成鉆孔作業后，將一個直徑為148 mm 套管安裝到其中，此時采用注漿泵開展井下注漿作業，對于作業中采用的漿液，為了保證其效果能夠達到預期，水灰質量比應當為3∶2，在水泥將作用下，完成對套管的固定，對于煤礦井下采用的水泥漿液，采用標準為孔壁周圍不會發生滲漏水為基準，如果在實際施工中，發生滲漏現象，要重新固定套管，保證其牢固性能夠達到預期[4]。開展定性鉆孔后，本次施工開展采取具有監測功能的定向鉆孔工業，通過對這一技術進行應用，能夠實現對整個施工期間的動態監控，設計鉆孔直徑為100 mm。

3.3 施工中采用的設備

在本次施工作開展時，為了能夠提高施工效果，采用全液壓鉆機，確保采用的鉆機扭矩能夠達到6 000 N·m，進行鉆進作業時，給進壓力能夠達到200 kN，進行套管固定時，采用活塞泵作為施工中的水泥泵，通過對該泵進行應用，排量能夠達到360 L/min。鉆孔設計采取的為中心通纜式鉆桿，開展定向鉆孔時，將通纜鉆桿作為整個施工作業開展時的主要工具。而開展測量作業時，對于軌跡測量系統，為了保證其作用能夠得到合理發揮，要采用礦用隔爆性計算機，動態監測整個鉆孔角度、距離、位置各項參數，保證整個施工作業能夠順利進行，避免發生意外事故[5]。

3.4 定向鉆孔疏放水

為了能夠提高工作面疏放水效果，要結合周圍巷道實際情況，以及現階段排水通道具體狀況，采空區內實施疏放水定向鉆孔，應當相對靶點高程較低區域，控制好鉆孔軌跡，這可以提高鉆孔疏放水效果，從而保證煤礦井下開采作業能夠順利進行[6]。

本次工程嚴格依據設計好的方案開展定向鉆孔施工作業，尤其是要控制好鉆孔軌跡，保證鉆孔能夠嚴格按照設計方案開展鉆進作業，保證能夠抵達靶心點，完成對采空區內大量積水的疏放。通過對煤礦井下現場具體情況進行測量，依據測量結果進行分析可以發現，1#鉆孔出水量能夠達到38 m3/h 左右，2#鉆孔出水量會超過30 m3/h；3# 出水量超過了30 m3/h。通過對三個孔的出水量進行對比可以發現，三個孔出水量差異相對較小，而且整個結構相對較為穩定，每天疏放水量在1 650 m3以下，能夠滿足煤礦礦井下開采作業要求。除此之外，針對本次煤礦工程的具體開采情況來看，在實際疏水方面采用定向鉆孔技術，精度要求高，整個過程能夠實現全面控制，而且鉆孔速度快，能夠保證整個作業面安全，生產作業順利進行，降低安全事故發生幾率。

4 結語

煤礦開采作業中要做好防治水作業，這也是現階段諸多煤礦開采中面臨的一項共性問題，通過對現階段我國煤礦開采中采用的防治水方式和具體應用取得的實際效果來看，在許多方面都具有一定提升空間。由此可見，煤礦企業在實際作業開展時，要充分認識到做好防治水作業的重要性，從煤礦井下防治水作業具體情況出發，合理應用后定向鉆探技術，做好控制，保證最終防治水效果能夠達到預期。