定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用

张 磊，刘 斌，刘宝振，许 博

(1.陕西华彬雅店煤业有限公司，陕西 咸阳 713500；2.彬县煤炭有限责任公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

随着我国经济社会的不断发展，煤炭需求越来越多，煤炭开采事故时有发生。从煤炭开采本身出发进行分析，引起煤炭事故之一的水害主要原因有：水文因素和操作因素。水文因素属于自然因素，随着降水量的不断增加，环境发生着改变，造成地下含水量越来越多，直接影响煤矿开采的效率和进度；操作因素属于人为因素，在实际工程开展过程中，施工人员的操作方法不当，导致安全事故发生的概率大大增加，明确事故发生的原因之后，就要采取相应的解决办法。相关研究人员提出使用定向钻探注浆技术可以有效地解决煤矿水害问题，高效预防煤矿水害发生的可能，文中针对定向钻探注浆技术展开分析，帮助施工单位精准定位施工技术，为提高整体开采质量提供支持。

1 定向钻探技术

1.1 技术理论

定向孔主要使用定向孔的测量技术来执行，需要使用螺丝刀、孔中的非磁性钻头、顶端的非磁性钻头和中心导管组成的大型主轴定向中心钻头，以使用正孔工具(孔主轴)来调整在攻牙器上创建斜导杆的刀尖定向角度。在钻孔的过程中，主要利用钻头上部的刀具，让刀具与岩石相接触，不断切割岩石，达到良好的钻进效果。另外，为了提高钻进的准确性和效率，还可以通过计算器与钻孔刀具相连接的方式，实现对钻头的实施监控，确定最基本的钻头位置和钻头方向，保证钻头方向没有出现较大的偏差，如果出现偏差，需要立即停止钻孔，利用相应的技术，调整钻头方向。

1.2 技术特点

注浆技术的发展历史较长，但是前期的研究都处于初级阶段，为定向钻探注浆技术做了良好的铺垫作用。注浆技术的使用只涉及煤矿开采的其中一个方面，为了可以提高注浆技术的安全性和质量性，现阶段提出将注浆技术与定向技术相结合，加强注浆效果。定向钻探注浆技术的特点体现在：将制备好的泥浆通过定向管道技术，将泥浆输送到相应的岩体内，提高岩体层底部的坚固性和稳定性。这种主要是通过物力的方法加强岩体层的硬度，使岩体层的密实性良好，起到很好的阻水作用。

2 煤矿水害分类

2.1 断层及陷落柱水害

明确水害发生的主要原因和区域，是有效预防水害的首要条件。如果在煤矿开采过程中，发现顶风板破裂的情况，那么需要让专业的技术人员完成相应的支护建设工作，便于提高顶风板的稳固性，避免引起塌陷。如果在煤矿的含水层与导水层之间出现裂缝，就会导致水体不断地渗漏，在渗漏的过程中会直接加重坍塌发生的可能。以上2种情况都属于支撑岩层出现破碎，主要原因是随着时间的流逝，岩层的内部结构中出现部分裂纹，而这些裂纹会导致缺口越来越大。在实际施工过程中，如果出现以上的情况，需要让专业人员制定详细的解决方案，避免问题扩大化，给施工人员带来安全威胁。

2.2 顶板水害

顶板水害的主要表现形式为岩层水害，岩层经过长时间的水质腐蚀之后，水流会冲击岩层，使岩层与岩层之间的结合能力降低。其主要可以划分为顶板间接充水型水害、顶板充水型水害。如果在施工过程中，施工人员不能准确地定位充水层的具体位置，一旦影响充水层的正常结构，就会导致水害的发生。因此，为了能够提高煤矿开采的安全性，需要在煤矿开采前确定该区域的富水层，对富水层的位置重点标记，让施工人员准确掌握富水层的施工技术，进而确保煤矿开采的正常进度。

2.3 底板水害

底板水害主要发生在施工过程中，施工人员不注意或者操作行为不当，造成井下矿体岩层发生破裂，出现水害。底板水害没有办法做到全面的规划和处理，但是可以对水害位置进行判断，在开采的过程中，可以根据充水岩层与矿体之间的关系，确定水害的主要位置，根据位置判断该区域是否可以加深挖掘。如果水害位置与矿藏底部的连接较为紧密，不仅会影响煤矿开采数量，而且还会影响煤矿开采效率。

3 定向钻探注浆技术的应用

3.1 保证钻进救援的及时性

定向钻探注浆技术的应用优势体现在：保证钻进救援的及时性。在实际钻进工程开展的过程中，一旦发生水害，需要在较短时间内做出相应的反应和措施，避免问题扩大化、严重化，就需要在施工过程中，时刻与工人保持联系，确定地下煤矿的开采情况，掌握施工人员信息，保障施工人员的生命安全。通常情况下，在钻进过程中便于开展救援，一方面可以加快救援速度，另一方面可以保障人员呼吸安全和生命安全，第一时间为施工人员源源不断地供气。

3.2 水下冲洗

水下冲洗即水下钻孔，需要根据相应的施工技术、施工环境和整体煤矿构造确定水下钻井的具体设备和技术。对施工周围的环境进行合理地计算，按照相应的位置尺寸，确定钻孔的具体位置和方向，确保最基本的位置准确。

3.3 井下探放水

在进行井下探放水钻探的过程中，需要利用定向钻进技术，根据相关数据，精准定位钻头钻进的主要位置。定向钻井技术可以提高钻进效率，但是该技术却不能对靶点进行精准定位，需要利用其他技术，完成对靶点精准度的控制。

3.4 大口径直排水井中的应用

通常情况下，煤矿井管的内径要达到350～500 mm之间，内径较大，为整个煤矿开采钻进工程带来较大的难度系数，内径的长度也是整个煤矿开采过程中较为重要的问题。随着我国科学技术的不断发展，钻进直径已经取得了相应的成效，在技术操作方面也有一定的进步，但是想要实现更加安全的钻进和发展，还需要继续努力，加强研究。解决大直径问题主要利用气动潜孔钻进技术，该技术的利用可以大大提高钻井效率。

3.5 大直径流量连接结构中的应用

一般情况下，大直径在350～500 mm，代表煤层开采的内径。这种大直径流量一方面便于煤矿开采排水系统的建立，另一方面可以加深钻井深度。随着相关研究人员和企业的投入和努力，可以利用气动钻井技术完成工程实施，而且实施质量有所保障，为了能够加快该技术的普及运用，需要进一步增加对该技术的资金投入，使该技术的使用更加系统、全面，提高整体开采技术水平。

3.6 应用钻孔

我国西北地区煤矿数量较多，开采区生态破坏较大，及时处理这些灾害，关系到西北地区的环境发展问题。对于煤矿开采不当的井眼，需要及时封闭，一旦发生较为严重的缺水问题，可以得到合理地利用；对于一些不规范的钻井工程，可以进行检测监管，如果确定该区域有含煤地层，可以利用定向钻井注入技术开展相应的钻井工作，缓解煤矿资源缺少的现状。

3.7 底板注浆改造

在进行煤矿开采的过程中，可以利用定向钻探技术在煤矿的底板层内注入浆液，适当填充底板层，提高底板层厚度，相当于在底板层和水层之间建立良好的隔水层，可以降低水害发生的概率。

3.8 不同地质勘探

定向钻进技术主要可以使用在稳定性良好的煤层，实现对煤层开采的控制。该技术的使用优势是可以通过人工力量合理地控制钻头方向和钻头旋转速度，如果发生较为严重的水害，该技术也可以为安全施工提供保障。

4 定向钻探注浆技术水害防治

从煤矿开采形式来看，如果在煤层上方出现有湿地，那么发生水害的概率会大大增加，导致煤层开采质量和周期受到影响。将定向钻探注浆技术运用在井下，不仅可以有效阻断来水通道，而且还可以完成材料的运输，降低底板内的涌水量，增强顶风板的防水性，避免水体随着岩石渗漏在巷道中。另外，一般井下地质条件较为复杂，岩石层和矿石层很容易受外界来水的影响，而定向钻井技术可以加固煤层气底层的胶合板水位锁定，有效地加强底板厚度，防止底板出现渗漏，减少水害发生。在一定程度上，定向钻探注浆技术也契合环境发展理念，可以有效治理环境污染，解决在煤矿开采过程中遇到的各种环境问题，保护煤矿开采区域的环境质量。

5 结语

总而言之，煤炭开采行业作为国家的主要能源支柱和经济支柱，必须要加强对煤炭开采的技术管理和安全管理，一方面可以提高煤矿开采的质量，另一方面能够保障施工人员的安全，为煤矿开采行业健康发展奠定基础。水害是影响煤矿开采效率的主要原因之一，需要加强对定向钻探注浆技术的应用研究，从实际需求出发，寻找水害发生的规律，降低水害发生的概率，为保障煤炭开采行业可持续发展提供有力支持。