煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用研究

牛乔南

（汾西矿业集团南关煤业有限责任公司，山西 灵石 031300）

近几年，我国能源结构得到优化，各种不同类型的清洁能源都得到了应用，煤炭行业也得到了转型升级，但是从实际情况来看，煤炭资源仍然是我国在长期发展过程中的主要能源，煤炭行业在我国仍然占有重要地位。从现阶段我国煤炭行业整体发展情况来看，煤炭资源开采会不断朝着更深方向发展，在开采深部煤炭资源时，经常需要面临矿井水害问题。从我国煤矿整体防治情况来看，为了做好防治水作业，确保开采作业顺利进行，要做好钻探作业，而通过对定向钻探技术进行应用，能够提高防治水效果。由此可见，将定向钻探技术应用在煤矿防治水中意义重大，需要做好相关内容探讨。

1 煤矿防治水作业中采用的定向钻探技术原理及应用优势

1.1 定向钻探技术原理

定向钻探技术在具体应用时，主要就是通过对钻用千米钻机进行应用，从而完开展钻探防水钻孔作业，开展钻孔施工中，施工人员对随钻探测量系统进行应用，能够实现对钻孔作业中，钻孔轨迹、钻孔方角位等各项内容进行全面测量，做好相应调整工作，保证钻孔能够严格依据指定方向施工，达到积水区域，能够一次实现对积水的精准排放[1]。

1.2 定向钻探技术在应用时的优势

通过对定向钻探技术进行应用，能够实现对采掘作业面周围可能存在的水体情况进行全面探查，精准掌握周围情况。从当前定向钻探技术的实际应用情况来看，将该项技术应用到老空水、顶板水、底板承压水等各个方面的探查都取得了不错效果[2]。定向钻探钻孔后，利用钻孔，能够应用加固改造、封堵水源等措施进行处理，与传统钻探技术相比，优势显著，主要体现在探测距离长、钻孔总体长度短、精度高、施工现场布置设备数量少等多个方面[3]。

2 煤矿工程具体情况

某工作面从地质测量情况来看，煤层倾斜角度主要集中在4°～10°，煤层平均厚度在2.2～2.5 m 之间，工作面倾斜长度在248.5 m，走向长度约为1 520 m，相邻作业面完成了开采，但是煤矿采空区发生了严重积水现象，这对该作业面开采中的安全性带来了严重影响，如果不做好控制，可能会发生安全事故。因此，为了确保煤矿工程作业面在开采时的安全性，要对工作面采空区内进行定向钻孔，疏放积水，避免由于存在大量积水，而对后续开采作业造成不良影响。通过对现场情况进行测算方向，如果采取传统钻孔工艺，难以达到钻孔随轨迹测量装置抵达到指定区域。

通过对该煤矿情况进行分析可以发现，开展掘进作业时容易出现水害问题，因此，要设置探放水手段对后续施工作业开展进行辅助，核心目的就是利用钻探技术完成对水害区域情况进行探测，实现疏压降水。以前每次探放水只能实现30 m 超前距，只能钻探不足220 m 探水钻孔，实际作业开展时，掘进几次就要探放水几次，而且要不断重复，直到完成掘进为止，整个过程会发生多次阻碍。造成这一现象的原因有以下几点：第一，作业开展过于盲目，探放水效果偏低，难以达到预期；第二，巷道受钻孔施工影响较大；第三，多数钻孔都需要等待施工，整个施工作业开展过程较为繁琐，巷道掘进环境安全性。因此，为了达到既定目标，针对本次工程进行定向钻孔设计时，在工作面巷道轨道巷360 m 位置处，对采空区实施长距离定向钻孔，从而达到疏水作业目的。

3 煤矿防治水中对定向钻探技术的应用要点

3.1 定向钻探疏水设计需要遵循的原则

进行定向钻孔设计与布置时需要做好分析工作，保证与周围巷道工程具体情况相适应，而且还要对矿井当前采用的各种钻探设备的具体应用效果进行明确，保证每项钻探设备作用都能够得到充分发挥。开展定向钻孔期间，如果情况允许，要适当提高疏放水具体水量，确保钻孔后，能够形成一个良好孔。进行钻孔设置时，要在低洼位置处布置钻孔，具体钻孔要保持仰角。通过对本次作业面具体特点进行分析来看，作业面包含的水层有两层，在实际设计时，要在钻孔位置处布置顶板水疏放，以免存在积水对后续煤矿开采作业造成不良影响，降低开采效率，情况严重时可能会引发安全事故。除此之外，在实际施工作业开展时，要全面考虑施工现场定向钻探设备的具体性能，工作人员综合能力，依据施工现场情况，采取科学方式布置作业中应用的钻孔机械，保证钻孔间距合理。

3.2 科学设计钻孔结构

针对本次煤矿井下定向疏水钻孔设计时，依据煤矿井具体情况，选择钻孔套管方式。开展开孔作业时，采用的钻头设计直径为155 mm，钻进钻孔期间，钻进长度设计与煤层距离相距5.8 m 距离为标准。完成钻孔成孔后，要进行耐压试验设计，具体设计时要在满足耐压试验标准之后，才能在对煤矿井下的钻孔进行应用。完成钻孔作业后，将一个直径为148 mm 套管安装到其中，此时采用注浆泵开展井下注浆作业，对于作业中采用的浆液，为了保证其效果能够达到预期，水灰质量比应当为3∶2，在水泥将作用下，完成对套管的固定，对于煤矿井下采用的水泥浆液，采用标准为孔壁周围不会发生渗漏水为基准，如果在实际施工中，发生渗漏现象，要重新固定套管，保证其牢固性能够达到预期[4]。开展定性钻孔后，本次施工开展采取具有监测功能的定向钻孔工业，通过对这一技术进行应用，能够实现对整个施工期间的动态监控，设计钻孔直径为100 mm。

3.3 施工中采用的设备

在本次施工作开展时，为了能够提高施工效果，采用全液压钻机，确保采用的钻机扭矩能够达到6 000 N·m，进行钻进作业时，给进压力能够达到200 kN，进行套管固定时，采用活塞泵作为施工中的水泥泵，通过对该泵进行应用，排量能够达到360 L/min。钻孔设计采取的为中心通缆式钻杆，开展定向钻孔时，将通缆钻杆作为整个施工作业开展时的主要工具。而开展测量作业时，对于轨迹测量系统，为了保证其作用能够得到合理发挥，要采用矿用隔爆性计算机，动态监测整个钻孔角度、距离、位置各项参数，保证整个施工作业能够顺利进行，避免发生意外事故[5]。

3.4 定向钻孔疏放水

为了能够提高工作面疏放水效果，要结合周围巷道实际情况，以及现阶段排水通道具体状况，采空区内实施疏放水定向钻孔，应当相对靶点高程较低区域，控制好钻孔轨迹，这可以提高钻孔疏放水效果，从而保证煤矿井下开采作业能够顺利进行[6]。

本次工程严格依据设计好的方案开展定向钻孔施工作业，尤其是要控制好钻孔轨迹，保证钻孔能够严格按照设计方案开展钻进作业，保证能够抵达靶心点，完成对采空区内大量积水的疏放。通过对煤矿井下现场具体情况进行测量，依据测量结果进行分析可以发现，1#钻孔出水量能够达到38 m3/h 左右，2#钻孔出水量会超过30 m3/h；3# 出水量超过了30 m3/h。通过对三个孔的出水量进行对比可以发现，三个孔出水量差异相对较小，而且整个结构相对较为稳定，每天疏放水量在1 650 m3以下，能够满足煤矿矿井下开采作业要求。除此之外，针对本次煤矿工程的具体开采情况来看，在实际疏水方面采用定向钻孔技术，精度要求高，整个过程能够实现全面控制，而且钻孔速度快，能够保证整个作业面安全，生产作业顺利进行，降低安全事故发生几率。

4 结语

煤矿开采作业中要做好防治水作业，这也是现阶段诸多煤矿开采中面临的一项共性问题，通过对现阶段我国煤矿开采中采用的防治水方式和具体应用取得的实际效果来看，在许多方面都具有一定提升空间。由此可见，煤矿企业在实际作业开展时，要充分认识到做好防治水作业的重要性，从煤矿井下防治水作业具体情况出发，合理应用后定向钻探技术，做好控制，保证最终防治水效果能够达到预期。