定向鉆進技術在煤礦地質防治水工作中的實踐研究

劉建宇

（霍州煤電集團河津騰暉煤業有限責任公司，山西 運城 043302）

煤礦內部的礦井水文和地質條件等因素較為復雜，對實際的煤礦開采工作會形成直接影響，增加了水害問題的發生風險。開采煤礦的過程中針對煤礦生產的實際情況，要利用定向鉆井技術來排查水害隱患問題，加強對地質水害問題的防范與有效治理，發揮定向鉆進技術的優勢，保證煤礦生產安全。

1 定向鉆進技術的優勢

在我國的地下資源勘探和開發過程中，常用的技術手段有很多，其中定向鉆進技術是一種常用的技術措施，定向鉆進技術的應用可以準確定位鉆孔的軌跡，按照正確的方向，保證鉆頭可以到達地下坐標。定向鉆井技術應用是保證工作人員安全、提高地下資源勘探工作效率的一種技術手段，和其他的鉆進技術方法相比，定向鉆進技術具有明顯的優勢。因為利用定向鉆進技術時，使用到的定向鉆機可以長距離的展開鉆孔作業，提高探測有效性，在定向放水孔施工或鉆孔鋪設等方式下，采取注漿封堵的方式，將含水層處理完善，實現對地質水害問題的防治。對照常規的鉆進技術，定向鉆進技術體現出的優勢主要包括了其精準性、距離長、效率高等方面，常規回轉鉆進探放水鉆孔布置方法見圖1。

圖1 常規回轉鉆進探放水鉆孔布置示意圖

1.1 精確度高

定向鉆進技術應用的精確度水平較高，在鉆孔和層孔方面偏離率較小，因為傳統的鉆井技術生產過程中會出現串孔問題，受到地下巖層硬度、密度以及預設軌道與作業軌跡相偏離等因素的影響，施工準確性不足。應用定向鉆進技術，有效地改進了該問題，在定位時使用螺旋桿馬達，確認了鉆孔目標，鉆進時可以調整鉆孔軌跡，因此精準大大增強。

1.2 距離長

定向鉆進技術的距離長主要指的是鉆孔的可行距離長，按照常規的鉆孔技術應用，鉆進距離為150～200m 之間，施工過程中需要經過多次循環操作，確保鉆孔的精確度，工程的進度、施工的危險系數均受到負面影響。定向鉆進技術的鉆孔可行距離為500～100m，可行距離長的優勢是常規的鉆進技術無法取代的，這使得鉆孔工作的效率大幅度提高[1]。

1.3 勘探效率高

勘探工作的效率高是定向鉆進技術和常規的技術相比具有的顯著優勢，定向鉆井技術利用了人工設計的形式，對鉆孔軌跡進行確認，構建起閉合圓圈，在采掘巷道的前方，提前進行了處理?？梢蕴岣邔ΦV井水害問題的防治效果，在鉆孔成孔后，可以長時間地投入到使用中，綜合效益高，節約了經濟成本投入。

2 定向鉆進技術應用的原理

定向鉆進技術應用過程中使用到了定向鉆機，在我國的大部分煤礦工作中，定向鉆機的應用都是必不可少的，發揮了重要的功能，決定了整體的煤礦生產工作質量和工作效率。整個定向鉆機設施的構成涵蓋了多個部分，包括定向鉆機、泥漿泵、測量探管、下無磁鉆桿，在定向鉆進技術應用的過程中，泥漿泵中的高壓水直接送入至送水器，運行時馬達中有中心通纜鉆桿進入，驅動馬達發揮出了一定的旋轉作用，可以全方位地轉動鉆頭切削整個煤層。

定向鉆進技術應用的裝備在運行過程中，實施鉆孔作業時，可以將有關的數據信息體現在計算機中，供工作人員參考、分析和使用。通過對數據的分析，工作人員可以針對水害問題發生的原因進行早期的發現、治理，采取有效的措施加強防水管控，保證煤礦開采作業的穩定、正常運行，保證煤礦開采企業的高效運轉，為生產人員的安全提供保障[2]。

3 定向鉆進技術在煤礦地質防治水工作中的實踐應用策略

以泉店煤礦為例，該煤礦生產中使用定向水平鉆孔順太原組薄層灰巖展開鉆進作業，對裂隙問題進行探查，揭露裂隙或構造，采取高壓注漿的方式，對鉆進過程中揭露的鉆井液異常、漏失區域進行處理。覆蓋工作面鉆孔間距離為40～50m，實現超前治理。根據煤礦防治水細則的要求，計算安全隔水層厚度，安全隔水層厚度計算參數取值統計表見表1，使用YST-48R 泥漿脈沖隨鉆測斜儀，其中涵蓋了地面設備和井下測量儀器。

表1 安全隔水層厚度計算參數取值統計表

地面設備是由專用數據處理機、壓力傳感器、計算機、遠程數據處理器、電纜組成，井下測量儀器包括電池、定向探管、泥漿脈沖發生器、γ探管、打撈頭。本工程項目在設計和施工中利用地面定向鉆探技術，對煤層底板的灰巖損害問題進行注漿，將原來的井下斜孔治理煤層底板灰巖技術向地面轉移，將定向鉆井技術全過程貫穿到對煤礦地質防治水工作的前期、施工，以及最終的收尾階段，取得了理想的技術應用效果[3]。

3.1 施工前應用定向鉆進技術

在煤礦地質防治水工作的實踐中利用定向鉆進技術，需要在施工前期就將該技術應用的優勢發揮出來，因為施工前期的準備工作，對煤礦防水施工的整體質量和效果具有決定性的作用，影響著整體的工程防水效果，也是定向鉆進技術發揮作用的關鍵環節。因此施工設計人員需要在煤礦地質防治水工作的實踐中，加強對施工環境的分析、了解，掌握煤礦施工的具體條件，針對煤礦地下的具體情況進行勘探，了解巖層結構，獲取有關的數據信息，從而掌握實際情況，確認鉆孔大小，確保鉆孔大小的規范性、合理性，符合煤礦地質防治水工作的需求。

定向鉆進技術涵蓋了廣泛的范圍，對工作人員有著較高的專業能力要求，出現某一環節失誤，很有可能導致煤礦防水的效果大打折扣。因此施工人員需要具備豐富的實戰經驗和較強的專業知識水平，在施工前，考察施工環境，保證煤礦地下頂板支撐性能穩定、良好，營造安全的環節，展開高效率施工。施工人員需要佩戴防護設施，使用防護工具才能夠進入到生產環境中，施工人員應確認有關的參數，對目標巖層深度進行計算，獲取止水套鉆進長度參數、鉆探超前距參數等有關的數據信息，從而設計鉆孔。根據對前期煤巖層勘測數據結果的分析，確保鉆孔設計的科學性，確認對應的參數，明確施工順序，在施工前期，提高定向鉆井技術的應用效果，做好準備工作，為后續的煤礦地質防治水工作奠定基礎[4]。

3.2 施工中應用定向鉆進技術

定向鉆進技術在施工過程中的應用，對技術人員具有較高的要求，在利用定向鉆進技術進行施工時，施工單位需要指派一名專業的人員進行操作和管理，鉆進設備的周邊應保持干凈、整潔、無雜物。操作人員根據規定和施工要求進行相關操作，使用鉆進機器，如果在施工過程中出現了故障問題，需要立即停止施工，并采取有效的措施，加強對設備設施的維護，延長設備設施的使用壽命，保護機器的運行安全和其穩定的性能。鉆進人員要將有關的數據信息記錄下來，包括每一次鉆進的深度、距離等，如果在鉆進過程中出現了較多水量的情況，或是煤層中出現了較高的失壓問題，需要立即停止鉆進生產，記錄鉆進深度使用鉆桿，做好固定處理，將相關的數據信息上報給上級部門，采取正確的處理方法進行后續的防治水工作。

結合煤礦井的排水能力，對水倉容量進行分析，控制放水孔流量，調整排水能力，采取多種方法排除定向鉆進中所出現的水，在施工過程中，操作人員需要注意儀器入井之前對鉆具的角差進行測量后，再將儀器放入，與方鉆桿連接。對序列進行正確的解讀，對波形顯示幅度進行調整，查看脈沖檢測門限，記錄單根打完后的有關數據信息。值得一提的是，在施工中利用定向鉆進技術時，對泥漿具有一定的要求，泥漿循環系統負責傳遞信號，信號的傳遞過程中，主要是以壓力波的形式傳遞，因此介質應具備不可壓制的信號傳輸準確性。對泥漿具有較高要求，應保持泥漿泵、過濾器、清潔鉆桿濾子達到一定的清潔標準，不能出現泥漿循環系統泄漏問題，保持泵系統上水運行順暢，泥漿池液面切忌過低，防止出現空氣被抽進等問題[5]。

3.3 施工后監測排查

加強后期的監測和故障隱患問題的排查，確保定向鉆進技術應用取得理想的效果，完成了鉆孔之后，將儀器從井底取出，拆下連接線，使用抹布，將設備擦拭干凈，盤好線纜，將遠程數據處理儀和壓力傳感器等設備清潔干凈并收回。使用清水沖洗儀器上的泥漿，連接測試線，對儀器的運行狀態進行檢測分析，將儀器拆開，擦拭密封圈和螺扣上的潤滑油，完成了定向鉆進工作之后，工作人員需要做好后續的監測和風險排查，實時地觀察鉆孔后出現的現象。

針對漏水問題進行早期治理，如果發現完成定向鉆進工作之后出現了漏水的問題，工作人員要將鉆孔的水量和氣體等有關的參數詳細地記錄下來，立刻封鎖鉆孔，避免其他物體進入鉆孔對鉆孔后續的使用效果產生負面影響。為了防止出現工作面底板與斷層破碎導致的脫水現象，在定向鉆進抵達目標巖層后，需要及時進行加固處理，使用注漿加固的方法處理斷層破碎帶，強化整體的阻水性能，提高隔水層厚度，保證隔水層具有一定的完整性。在注漿加固處理環節，根據具體的施工方案的要求，需要對每個注漿點距離大小進行確認，利用地面注漿站、井筒、輸漿管，向井下注漿鉆孔，打入粘土水泥，隨后再按照逐段加固的處理方式對底板進行處理[6]。

4 結論

綜上所述，煤礦地質防治水的實踐研究中，以保證生產安全、生產效率為目標，利用定向鉆井技術，是一種有效的技術手段，煤炭開采作業之前，勘測人員要加強對地質勘測方法的掌握，明確水文條件、地質條件。在綜合性的分析和技術應用中，發揮定向鉆進技術的優勢，提高地質勘察工作的效率，為煤礦生產活動的順利實施奠定基礎，促進煤礦行業的穩定、健康發展。