煤矿井下随钻测量定向钻进技术与应用探究

李磊

摘 要：本文简要阐述了随钻测量定向技术的应用原理，并对随钻测量定向钻进工艺做出了分析，随后进一步探讨了煤矿井下随钻测量定向钻进技术的应用。以期通过本文的分析与研究，能够为煤矿井下作业技术的进一步完善提供相应的参考与借鉴。

关键词：煤矿；瓦斯抽采；随钻测量；定向钻进

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0180-02

随着社会的发展和科技的进步以及城市化进程的不断推进，促使对于煤炭等能源的应用数量与范畴进入到全新的阶段。在煤矿井下开采环节中，随钻测量定向钻进技术应用范围也呈现出逐渐扩展的趋势，通过应用此种技术，不仅能够完成较硬煤层的瓦斯抽采，还能够进行地质勘探等作业。因而对此项技术进行应用研究，便具有典型的现实价值与意义。

1 随钻测量定向钻进技术原理

1.1 钻进技术

随钻测量定向钻进设备由两部分结构构成，且钻进设备是其中的基础部分之一。应用于煤矿作业中的随钻测量定向钻进设备，其钻进设备中涵盖定向钻机、泥浆泵以及马达等部件。在钻进设备运行过程中，泥浆泵通过对高压水的输送，使马达能够利用高压水来完成驱动与转动，进而为钻机的作业提供原动力。在此过程中，钻进方向也由马达进行调控。

1.2 测量技术

除了钻进设备之外，随钻测量定向钻进设备中的另一大核心技术，便是测量技术。设备中的测量探管，可对钻孔倾斜角、方位角以及工具面向角等进行探测和接收，并由监视器生成钻孔路径图形。由此便可使之与设计路径图形做出实时比对，以此做出更为精确的调整，确保钻孔路径与设计路径相同。

2 随钻测量定向钻进工艺分析

2.1 水平长钻孔施工工艺

通常情况下，煤矿井下瓦斯抽采的技术人员，希望钻孔作业能够穿透更厚的煤层，并尽量确保钻孔长度能够最大限度的延伸，以此来确保瓦斯抽采作业的准确与高效。同时，在进行地质构造勘探过程中，若面对相对复杂的地质构造时，要尽可能的对构造障碍进行避让，来尽量增长钻孔长度。而随钻测量定向钻进技术，便可通过分支孔的开设，以及对地质构造所进行的精确勘探等，来解决此类问题。同时，利用水平长钻孔施工工艺，更能够显著提升煤层探测精度，实现钻孔长度的进一步延伸。

2.2 分支孔施工工艺

现阶段，最为常用的煤矿井分支孔施工工艺为缓慢磨削法及反复磨削法。其中，缓慢磨削法即是利用钻进设备，进行倾斜角度的作业，并直至钻孔的生成。而反复磨削法即是在进行缓慢磨削法的基础上，当钻进设备完全进入到钻孔之内时，再由设备退出主钻孔，并由此重复上述作业3-5次，且在后期进行钻杆的添加与钻进，直至全新的钻孔生成。

3 随钻测量定向钻进技术的应用

3.1 煤矿井下瓦斯的抽采

3.1.1 集束型定向钻孔群抽采瓦斯

当普氏硬度≤1，且集中连片、构造简易、便于成孔的煤层中，可采用此种集束型定向钻孔群抽采技术。在实际操作中，可将多个多分支定向钻孔，设定于统一的钻场之中，并将主孔尽量设定在同一区域内，以此便于对其进行归纳与收集。同时，在此过程中，主钻孔及分支孔也将呈现扇面形式，与地面做相对平行状。直至日前，此方案在我國煤炭行业中，得到了极为广泛的应用。据不完全统计，随钻测量定向钻进技术在现阶段的煤矿瓦斯抽采作业中，应用率已超出37%，并且，集束型定向钻孔群抽采瓦斯技术所形成的钻孔深度较深，孔径具有较高的可控性，这也使得对于瓦斯的抽采数量，可达到普通钻孔方式的3—5倍。

3.1.2 梳状定向钻孔远距离卸压抽采瓦斯

当普氏硬度<1，且煤层质地较为松软时，利用水钻在煤层上便会出现成孔难等问题，这使得定向钻进技术的应用便成为必然。由此，便可对煤层顶板进行梳状钻孔，及煤层瓦斯的抽采。其实际操作内容为：将处于水平位置的长钻孔设定于煤层顶板位置，且通过由内及外的顺序以及相同的间距，将分支钻孔设定于煤层顶板垂直向下的位置处，如此所形成的钻孔便呈现梳状分布，故称其为梳状定向钻孔技术。在此过程中，若煤层透气性相对较差，则可在梳状钻孔工艺的基础上，实施压裂作业，以此促使煤层具有相对较好的透气性，以进一步提升瓦斯抽采的效率。此种梳状定向钻孔技术所具有的优势较为明显，不仅能够扩大煤层瓦斯的抽采量，且持续的时间相对较长。如此既有效解决了煤层因松软所引起的成孔难问题，又能对采空区瓦斯大量聚集的风险，做出有效的前期预防措施，使其成为松软煤层瓦斯开采的上佳技术形式。

3.1.3 上下部联合瓦斯抽采

将煤矿地表直井与地下水平定向长钻孔相结合，由此便可构成具有立体化效果的联合抽采体系。在此种联合型技术形式中，不仅地下水平定向长钻孔可充分展现出其抽采优势，且通过与地表直井的有效结合，更能使联合抽采技术逐步趋于完善。并且，此种联合型技术工艺更是具备较强的安全系数及较低的成本，因而不会造成煤层结构的破坏。

3.2 煤矿井下地质勘探

在煤矿开采环节中，井下地质勘探的重要性不言而喻。井下煤层从布局、深度、厚度以及实际构造形式等，都是地质勘探作业的实际工作，也是确保煤矿顺利开采的前提与基础。通常情况下，煤矿开采前所进行的地质勘探工艺多为：地面或井下钻孔勘探法、巷道掘进法等。但传统工艺在实际应用中，都存在着不同程度的问题，影响或制约着地质勘探数据的精确性。例如，地面钻孔法所勘探的范围相对较大，但勘探信息的精确度较低，又如，井下钻孔法所勘探的范围较小，更是无法进行长距离的精确勘探，而巷道掘进法更是无法做出较好的煤层预测，致使其危险系数相对较高。而随钻测量定向钻进技术则能够解决井下地质勘探中所存在的诸多问题。其既能够对煤层地质情况做出精确性的前期确定，又能获取地质构造信息，从而将勘探范围显著扩展，使长距离精确勘探成为可能。

3.2.1 地质构造的勘探

随钻测量定向钻进技术，可通过测量功能，在实际勘探环节中，对所涉及到的地质构造进行三维坐标的设定与记录。随后，利用钻机进行地质构造点位置处分支孔的开设，当分支孔与地质构造点相遇时，再次进行三维坐标点的记录，由此，便可对构造点进行三维坐标模型的建立，使地质构造的分布情况得到立体式呈现。

3.2.2 对煤层厚度及走向进行探测

在进行实际地质勘探过程中，在主钻孔以相同间距设置出大量的煤层顶板或底板分支钻孔。在钻孔与煤层顶板或底板相遇时，便对其坐标进行记录，并由此所记录的坐标与地面之间的距离进行转化，以此确定出相对标高，并依照标高测算出煤层是否存在倾斜情况，以及其实际倾斜的角度，由此对煤层的走向进行分析与研究。

3.3 煤矿井下水害的防治

在进行煤矿资源开采过程中，有时会出现渗水现象或作业中有大量废水生成，这使得矿井采空区极易存在较多积水，不仅影响到煤矿开采的效率，更会由此产生较大的安全隐患。而通过采用随钻测量定向钻进技术，便可进行采空区的定向钻孔，以此确保积水的有效排放。

3.3.1 井下定向钻孔探放水

此种方法是煤矿井下水害防治措施中应用最为广泛，且效果最为明显的一类。对于随钻测量定向钻进技术而言，其能够精确测量与控制钻孔路径，因此，在探放水操作中占据较为明显的优势，以此最大程度的将煤层底板位置处的积水有效排放。

3.3.2 煤层底板的井下定向钻孔注浆加固

对煤层底板进行注浆加固，其根本目的在于对煤层底板进行透水或崩塌现象等的预防。其操作流程为：优先设定预定施工水平面，并采用定向钻进技术进行造斜钻孔的设定，且在需要进行加固的位置上方进行钻进作业。随后，对钻孔采取高压注浆作业，并将煤层底板位置处的裂纹等进行及时的填补，以此确保煤层具備良好的防水效果。通过在众多煤矿井下水害防治工作中的应用表明，此种定向钻孔注浆法可显著改善煤矿水害的生成。

4 结语

随着煤炭资源应用领域及应用数量的递增，促使随钻测量定向钻进技术在煤矿井下开采作业中得到了更为深入的应用。同时，由于随钻测量定向钻进技术所具备的多种应用内容，也使其在确保井下水害得以避免的同时，大大提高了煤矿井下开采作业的生产效率，保障了煤矿开采过程中作业人员的人身安全，这也使其逐步成为现阶段加速我国煤矿行业发展的技术形式之一。

参考文献

[1]韦源生.随钻测量在煤矿开采中的应用[J].煤炭技术，2016，35（12）：57-59.