序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的煤礦地質(zhì)防治水中定向鉆技術(shù)的運(yùn)用樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

摘要：煤炭是經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和百姓生活中不可或缺的能源，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各界對(duì)煤炭資源的需求量增加。在外部需求的刺激下，煤礦開(kāi)采規(guī)模擴(kuò)大，但開(kāi)采期間易遇到地質(zhì)水害問(wèn)題，形成潛在安全隱患。因此，加強(qiáng)煤礦地質(zhì)防治水工作極具必要性。以某煤礦地質(zhì)防治水施工為背景，重點(diǎn)圍繞定向鉆技術(shù)在其中的應(yīng)用進(jìn)行分析，闡述關(guān)鍵的技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；防治水；定向鉆技術(shù)

0引言

煤礦開(kāi)采易受現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文條件的影響，而礦井內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，導(dǎo)致煤礦開(kāi)采頻頻遇阻[1]。其中，煤礦地質(zhì)防治水是煤礦開(kāi)采中的重點(diǎn)工作內(nèi)容，在此方面可應(yīng)用到定向鉆進(jìn)技術(shù)，以便及時(shí)排查開(kāi)采期間的水害隱患，做針對(duì)性的處治，營(yíng)造安全可靠的煤礦開(kāi)采環(huán)境。

1定向鉆進(jìn)技術(shù)概述及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1定向鉆進(jìn)技術(shù)的概述

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，為煤礦開(kāi)采提供了更多可靠的技術(shù)支持和設(shè)備支持，對(duì)煤礦開(kāi)采工作的開(kāi)展有促進(jìn)作用。具體至煤礦地質(zhì)防治水工作中，定向鉆進(jìn)技術(shù)則頗具代表性。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可更為精準(zhǔn)地定位鉆孔的軌跡，以便鉆頭準(zhǔn)確地尋找到地下目標(biāo)，獲得更加準(zhǔn)確的勘查數(shù)據(jù)，為煤礦開(kāi)采工作的開(kāi)展提供重要的參考，相關(guān)工程人員合理規(guī)劃后續(xù)的工作，在安全的前提下有效推進(jìn)煤礦開(kāi)采進(jìn)程[2]。

1.2定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在煤礦地質(zhì)防治水工作中，可根據(jù)因地制宜的原則采用定向鉆進(jìn)技術(shù)，以便提高煤礦地質(zhì)防治水工作的質(zhì)量，高效開(kāi)展工作。在煤礦工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中，若能夠合理應(yīng)用定向鉆技術(shù)，可對(duì)煤礦所在地層做相應(yīng)的分析，掌握具體情況。例如，計(jì)算地層的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，明確地層的分布特點(diǎn)，也可在構(gòu)造點(diǎn)的鉆孔內(nèi)部增設(shè)適量的分支孔。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用定向開(kāi)分支技術(shù)，經(jīng)計(jì)算后明確具體點(diǎn)位的三維坐標(biāo)。在獲得一系列坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，更有利于相關(guān)工作人員勘察煤礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，掌握實(shí)際地質(zhì)條件和水文條件，從而進(jìn)行決策，以科學(xué)的方法推進(jìn)煤礦開(kāi)采工作。此時(shí)，煤礦開(kāi)采具有針對(duì)性，不存在盲目開(kāi)采的問(wèn)題，自然有利于規(guī)避安全隱患。總體來(lái)看，在煤礦地質(zhì)防治水工作中應(yīng)用定向鉆技術(shù)后，可達(dá)到筑安全、保質(zhì)量、增效率等多重效果。

2項(xiàng)目概況

某煤業(yè)有限公司9104運(yùn)輸順槽位于井田南部一采區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1250m，斷面凈寬4.8m。綜合考慮首采區(qū)地質(zhì)報(bào)告和井下實(shí)見(jiàn)資料，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤礦開(kāi)采條件加以判斷，得知9#煤層頂板的充水現(xiàn)象主要取決于頂板砂巖及K5灰?guī)r裂隙含水層的狀態(tài)，其中裂隙含水是砂巖裂隙含水層的主要水源，雖然會(huì)對(duì)巷道掘進(jìn)造成影響，但程度有限。9#煤層上覆45m為3#煤層采空區(qū)，積水區(qū)集中在巷道870~1030m段，隨著掘進(jìn)作業(yè)的開(kāi)展，存在一定程度的應(yīng)力作用，受外力的影響，采空區(qū)積水經(jīng)由裂隙巖層發(fā)生流動(dòng)，逐步匯聚至工作面，此部分積水將對(duì)巷道掘進(jìn)造成顯著的影響。

3巷道掘進(jìn)前期探放水施工工藝及主要問(wèn)題

3.1前期探放水施工工藝

聯(lián)合應(yīng)用ZDY3700B型鉆機(jī)和中空鉆桿，以便高效完成鉆孔作業(yè)。硬件參數(shù)方面，配套鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速為72r/min，鉆機(jī)壓力30MPa；中空鉆桿直徑63mm，長(zhǎng)度1.5m。工作面四鄰無(wú)采空區(qū)和老窯水，前方水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單明確，無(wú)需在前方布設(shè)迎頭鉆孔。于工作面上鉆孔，孔深均為150m，每排5個(gè)頂板鉆孔，編號(hào)為1#-5#孔，鉆孔與頂板仰角為20°。1#、2#鉆孔在水平投影上左偏量依次為20°、40°，3#、4#鉆孔分別右偏20°、40°，5#鉆孔水平投影與巷道中線重合。根據(jù)鉆孔要求，于工作面安裝鉆機(jī)，精細(xì)調(diào)整，使鉆機(jī)準(zhǔn)確就位并維持穩(wěn)定。在確認(rèn)鉆機(jī)無(wú)異常狀況后即可開(kāi)始鉆進(jìn)，深度達(dá)11m時(shí)暫停，及時(shí)更換擴(kuò)孔鉆頭，按照11m的深度要求擴(kuò)孔施工，隨后向孔內(nèi)置入4根PVC孔口管，再做封孔處理（材料選用聚氨酯，保證嚴(yán)密性）。在完成封孔作業(yè)后，安排注水耐壓試驗(yàn)，用于檢驗(yàn)施工情況。注水壓力取積水壓力的1.5倍，耐壓時(shí)間至少達(dá)到20min，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到要求后，可按照施工進(jìn)度計(jì)劃繼續(xù)鉆進(jìn)。

3.2主要問(wèn)題

鉆孔工作量大。巷道每次超前鉆探長(zhǎng)度達(dá)到150m，巷道掘進(jìn)期施工探水鉆孔總量達(dá)到8組，共計(jì)40個(gè)鉆孔，總長(zhǎng)度達(dá)到6000m，施工量相對(duì)較大，員工需要在27d內(nèi)完成鉆孔作業(yè)，工作負(fù)荷較重。此外，鉆孔時(shí)巷道被迫停止掘進(jìn)，在此影響下，巷道掘進(jìn)效率有所降低，難以達(dá)到高效施工的目標(biāo)。無(wú)用孔數(shù)量多。探放水施工時(shí)采用超前鉆探的方法，需要施工的鉆孔數(shù)量較多，并且其中不乏有一定數(shù)量的無(wú)用孔。從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況來(lái)看，鉆孔具有盲目性，導(dǎo)致鉆孔工作成效欠佳，難以達(dá)到預(yù)期探放水效率要求。

4煤礦地質(zhì)防治水中定向鉆探技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1技術(shù)原理

定向鉆探技術(shù)在煤礦工程中取得廣泛的應(yīng)用，由螺桿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，提供動(dòng)力源，推動(dòng)鉆探作業(yè)的進(jìn)行；啟用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，以便加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握鉆進(jìn)軌跡、彎角、方位角，作業(yè)人員根據(jù)測(cè)量結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整螺桿旋轉(zhuǎn)角度，以便沿著特定的方位角高效鉆進(jìn)。根據(jù)工程要求，鉆進(jìn)準(zhǔn)確度需達(dá)到98%以上，鉆探深度超400m。

4.2設(shè)備配套

鉆探采用的是型號(hào)ZDY12000LD型，并根據(jù)此設(shè)備的性能配套泥漿泵、鉆進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)，以便定向鉆探作業(yè)的順利進(jìn)行。

4.3定向鉆探

定向鉆探時(shí)間以9104運(yùn)輸順槽掘進(jìn)情況為準(zhǔn)，達(dá)到500m時(shí)進(jìn)行。巷道上覆采空區(qū)積水集中分布區(qū)域?yàn)?70~1030m段，與巷道水平投影偏差角度為22°，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，決定設(shè)4處定向探水鉆孔，平均深度457m，編號(hào)為1#-4#孔。鉆孔統(tǒng)一布置在掘進(jìn)巷道迎頭煤壁處，與頂板距離1.8m，呈直線布置。鉆進(jìn)分階段完成，前350m以6°的傾角鉆進(jìn)，且保持相對(duì)較快的速度，此后逐步減小傾角，完成剩余部分的鉆進(jìn)作業(yè)。9104運(yùn)輸順槽直接頂分布的是炭質(zhì)泥巖，基本頂為粗砂巖，兩者的厚度分別為6.7m、17.6m，鉆孔擴(kuò)孔期間加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的分析，達(dá)到堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層時(shí)即可結(jié)束。鉆孔擴(kuò)孔采用變徑的方法，擴(kuò)孔段直徑133mm、153mm，而后向孔內(nèi)置入Φ127mm孔口管，并做封孔處理，保證嚴(yán)密性。封孔結(jié)束后，按照2.4MPa的壓力要求組織注水耐壓試驗(yàn)。實(shí)際結(jié)果達(dá)到要求后，將泄壓閥、止水閥等安裝到位，若無(wú)誤則安排導(dǎo)向鉆孔的鉆進(jìn)作業(yè)，期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，基于檢測(cè)數(shù)據(jù)生成清晰的鉆孔軌跡，用于反映鉆孔的實(shí)際情況。通過(guò)實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)鉆孔軌跡的對(duì)比分析后，判斷偏差，視實(shí)際情況靈活校正，直至偏差被控制在許可范圍內(nèi)為止。

4.4應(yīng)用效果分析

鉆孔工作量減少，工期縮短。在采取定向鉆探技術(shù)后，鉆孔總長(zhǎng)1828m，相比于常規(guī)的探放水方法而言，鉆孔量縮短4172m，而由于工作量的減少，鉆孔耗費(fèi)的時(shí)間隨之縮短，工程資源消耗量降低，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)縮短約13d，為后續(xù)工作的開(kāi)展?fàn)幦×顺渥愕臅r(shí)間。巷道掘進(jìn)效率提高。為更為直觀地判斷定向鉆探技術(shù)在提高效率方面的優(yōu)勢(shì)，與傳統(tǒng)方法做對(duì)比分析。若采用常規(guī)的探放水施工工藝，每完成100m的掘進(jìn)則需安排一次鉆孔，前期巷道平均掘進(jìn)速度為5.2m/d；而在同等施工條件下，若應(yīng)用定向鉆探技術(shù)，此時(shí)鉆孔的連續(xù)性較強(qiáng)，能夠一次鉆孔到位，且鉆孔的擾動(dòng)性較小，不會(huì)對(duì)巷道掘進(jìn)造成過(guò)多的影響，后期掘進(jìn)平均速度提升至9.6m/d，施工效率大幅提高，并且也有助于保證巷道掘進(jìn)的安全性。探放水效率較高。四個(gè)定向鉆孔均為濕孔，9104運(yùn)輸順槽上覆采空區(qū)放水量為7442m3，經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)際放水量與預(yù)計(jì)積水量相當(dāng)，施工效果符合預(yù)期要求。從巷道后期掘進(jìn)情況來(lái)看，在通過(guò)采空區(qū)積水段時(shí)存在淋水現(xiàn)象，但具有零星發(fā)生的特點(diǎn)，且實(shí)測(cè)結(jié)果顯示最大淋水量為0.2m3/h，不會(huì)對(duì)巷道的正常掘進(jìn)造成過(guò)多的干擾，基本上不存在上覆采空區(qū)水患，可達(dá)到安全施工的效果。5結(jié)語(yǔ)在煤礦工程開(kāi)采中，以何種方式做好防治水工作顯得尤為關(guān)鍵，其直接關(guān)乎煤礦開(kāi)采的安全、效率、效益等方方面面?，F(xiàn)階段的煤礦防治水方法多樣化，其中以定向鉆探技術(shù)較為主流，能夠充分反映作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，以便工程人員采取針對(duì)性的防治水措施，從源頭上消除水患，給煤礦開(kāi)采工作的開(kāi)展創(chuàng)設(shè)良好的條件，達(dá)到安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]馬智宇.煤礦井下綜合防治水技術(shù)的應(yīng)用研究[J].能源與節(jié)能,2022(1):174-175+193.

[2]馮喜珍.煤礦地質(zhì)勘查與礦井防治水技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用[J].智能城市,2021,7(9):61-62.

作者：殷自強(qiáng) 單位：山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司