定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的实践研究

刘建宇

（霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司，山西 运城 043302）

煤矿内部的矿井水文和地质条件等因素较为复杂，对实际的煤矿开采工作会形成直接影响，增加了水害问题的发生风险。开采煤矿的过程中针对煤矿生产的实际情况，要利用定向钻井技术来排查水害隐患问题，加强对地质水害问题的防范与有效治理，发挥定向钻进技术的优势，保证煤矿生产安全。

1 定向钻进技术的优势

在我国的地下资源勘探和开发过程中，常用的技术手段有很多，其中定向钻进技术是一种常用的技术措施，定向钻进技术的应用可以准确定位钻孔的轨迹，按照正确的方向，保证钻头可以到达地下坐标。定向钻井技术应用是保证工作人员安全、提高地下资源勘探工作效率的一种技术手段，和其他的钻进技术方法相比，定向钻进技术具有明显的优势。因为利用定向钻进技术时，使用到的定向钻机可以长距离的展开钻孔作业，提高探测有效性，在定向放水孔施工或钻孔铺设等方式下，采取注浆封堵的方式，将含水层处理完善，实现对地质水害问题的防治。对照常规的钻进技术，定向钻进技术体现出的优势主要包括了其精准性、距离长、效率高等方面，常规回转钻进探放水钻孔布置方法见图1。

图1 常规回转钻进探放水钻孔布置示意图

1.1 精确度高

定向钻进技术应用的精确度水平较高，在钻孔和层孔方面偏离率较小，因为传统的钻井技术生产过程中会出现串孔问题，受到地下岩层硬度、密度以及预设轨道与作业轨迹相偏离等因素的影响，施工准确性不足。应用定向钻进技术，有效地改进了该问题，在定位时使用螺旋杆马达，确认了钻孔目标，钻进时可以调整钻孔轨迹，因此精准大大增强。

1.2 距离长

定向钻进技术的距离长主要指的是钻孔的可行距离长，按照常规的钻孔技术应用，钻进距离为150～200m 之间，施工过程中需要经过多次循环操作，确保钻孔的精确度，工程的进度、施工的危险系数均受到负面影响。定向钻进技术的钻孔可行距离为500～100m，可行距离长的优势是常规的钻进技术无法取代的，这使得钻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钻进技术和常规的技术相比具有的显著优势，定向钻井技术利用了人工设计的形式，对钻孔轨迹进行确认，构建起闭合圆圈，在采掘巷道的前方，提前进行了处理。可以提高对矿井水害问题的防治效果，在钻孔成孔后，可以长时间地投入到使用中，综合效益高，节约了经济成本投入。

2 定向钻进技术应用的原理

定向钻进技术应用过程中使用到了定向钻机，在我国的大部分煤矿工作中，定向钻机的应用都是必不可少的，发挥了重要的功能，决定了整体的煤矿生产工作质量和工作效率。整个定向钻机设施的构成涵盖了多个部分，包括定向钻机、泥浆泵、测量探管、下无磁钻杆，在定向钻进技术应用的过程中，泥浆泵中的高压水直接送入至送水器，运行时马达中有中心通缆钻杆进入，驱动马达发挥出了一定的旋转作用，可以全方位地转动钻头切削整个煤层。

定向钻进技术应用的装备在运行过程中，实施钻孔作业时，可以将有关的数据信息体现在计算机中，供工作人员参考、分析和使用。通过对数据的分析，工作人员可以针对水害问题发生的原因进行早期的发现、治理，采取有效的措施加强防水管控，保证煤矿开采作业的稳定、正常运行，保证煤矿开采企业的高效运转，为生产人员的安全提供保障[2]。

3 定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的实践应用策略

以泉店煤矿为例，该煤矿生产中使用定向水平钻孔顺太原组薄层灰岩展开钻进作业，对裂隙问题进行探查，揭露裂隙或构造，采取高压注浆的方式，对钻进过程中揭露的钻井液异常、漏失区域进行处理。覆盖工作面钻孔间距离为40～50m，实现超前治理。根据煤矿防治水细则的要求，计算安全隔水层厚度，安全隔水层厚度计算参数取值统计表见表1，使用YST-48R 泥浆脉冲随钻测斜仪，其中涵盖了地面设备和井下测量仪器。

表1 安全隔水层厚度计算参数取值统计表

地面设备是由专用数据处理机、压力传感器、计算机、远程数据处理器、电缆组成，井下测量仪器包括电池、定向探管、泥浆脉冲发生器、γ探管、打捞头。本工程项目在设计和施工中利用地面定向钻探技术，对煤层底板的灰岩损害问题进行注浆，将原来的井下斜孔治理煤层底板灰岩技术向地面转移，将定向钻井技术全过程贯穿到对煤矿地质防治水工作的前期、施工，以及最终的收尾阶段，取得了理想的技术应用效果[3]。

3.1 施工前应用定向钻进技术

在煤矿地质防治水工作的实践中利用定向钻进技术，需要在施工前期就将该技术应用的优势发挥出来，因为施工前期的准备工作，对煤矿防水施工的整体质量和效果具有决定性的作用，影响着整体的工程防水效果，也是定向钻进技术发挥作用的关键环节。因此施工设计人员需要在煤矿地质防治水工作的实践中，加强对施工环境的分析、了解，掌握煤矿施工的具体条件，针对煤矿地下的具体情况进行勘探，了解岩层结构，获取有关的数据信息，从而掌握实际情况，确认钻孔大小，确保钻孔大小的规范性、合理性，符合煤矿地质防治水工作的需求。

定向钻进技术涵盖了广泛的范围，对工作人员有着较高的专业能力要求，出现某一环节失误，很有可能导致煤矿防水的效果大打折扣。因此施工人员需要具备丰富的实战经验和较强的专业知识水平，在施工前，考察施工环境，保证煤矿地下顶板支撑性能稳定、良好，营造安全的环节，展开高效率施工。施工人员需要佩戴防护设施，使用防护工具才能够进入到生产环境中，施工人员应确认有关的参数，对目标岩层深度进行计算，获取止水套钻进长度参数、钻探超前距参数等有关的数据信息，从而设计钻孔。根据对前期煤岩层勘测数据结果的分析，确保钻孔设计的科学性，确认对应的参数，明确施工顺序，在施工前期，提高定向钻井技术的应用效果，做好准备工作，为后续的煤矿地质防治水工作奠定基础[4]。

3.2 施工中应用定向钻进技术

定向钻进技术在施工过程中的应用，对技术人员具有较高的要求，在利用定向钻进技术进行施工时，施工单位需要指派一名专业的人员进行操作和管理，钻进设备的周边应保持干净、整洁、无杂物。操作人员根据规定和施工要求进行相关操作，使用钻进机器，如果在施工过程中出现了故障问题，需要立即停止施工，并采取有效的措施，加强对设备设施的维护，延长设备设施的使用寿命，保护机器的运行安全和其稳定的性能。钻进人员要将有关的数据信息记录下来，包括每一次钻进的深度、距离等，如果在钻进过程中出现了较多水量的情况，或是煤层中出现了较高的失压问题，需要立即停止钻进生产，记录钻进深度使用钻杆，做好固定处理，将相关的数据信息上报给上级部门，采取正确的处理方法进行后续的防治水工作。

结合煤矿井的排水能力，对水仓容量进行分析，控制放水孔流量，调整排水能力，采取多种方法排除定向钻进中所出现的水，在施工过程中，操作人员需要注意仪器入井之前对钻具的角差进行测量后，再将仪器放入，与方钻杆连接。对序列进行正确的解读，对波形显示幅度进行调整，查看脉冲检测门限，记录单根打完后的有关数据信息。值得一提的是，在施工中利用定向钻进技术时，对泥浆具有一定的要求，泥浆循环系统负责传递信号，信号的传递过程中，主要是以压力波的形式传递，因此介质应具备不可压制的信号传输准确性。对泥浆具有较高要求，应保持泥浆泵、过滤器、清洁钻杆滤子达到一定的清洁标准，不能出现泥浆循环系统泄漏问题，保持泵系统上水运行顺畅，泥浆池液面切忌过低，防止出现空气被抽进等问题[5]。

3.3 施工后监测排查

加强后期的监测和故障隐患问题的排查，确保定向钻进技术应用取得理想的效果，完成了钻孔之后，将仪器从井底取出，拆下连接线，使用抹布，将设备擦拭干净，盘好线缆，将远程数据处理仪和压力传感器等设备清洁干净并收回。使用清水冲洗仪器上的泥浆，连接测试线，对仪器的运行状态进行检测分析，将仪器拆开，擦拭密封圈和螺扣上的润滑油，完成了定向钻进工作之后，工作人员需要做好后续的监测和风险排查，实时地观察钻孔后出现的现象。

针对漏水问题进行早期治理，如果发现完成定向钻进工作之后出现了漏水的问题，工作人员要将钻孔的水量和气体等有关的参数详细地记录下来，立刻封锁钻孔，避免其他物体进入钻孔对钻孔后续的使用效果产生负面影响。为了防止出现工作面底板与断层破碎导致的脱水现象，在定向钻进抵达目标岩层后，需要及时进行加固处理，使用注浆加固的方法处理断层破碎带，强化整体的阻水性能，提高隔水层厚度，保证隔水层具有一定的完整性。在注浆加固处理环节，根据具体的施工方案的要求，需要对每个注浆点距离大小进行确认，利用地面注浆站、井筒、输浆管，向井下注浆钻孔，打入粘土水泥，随后再按照逐段加固的处理方式对底板进行处理[6]。

4 结论

综上所述，煤矿地质防治水的实践研究中，以保证生产安全、生产效率为目标，利用定向钻井技术，是一种有效的技术手段，煤炭开采作业之前，勘测人员要加强对地质勘测方法的掌握，明确水文条件、地质条件。在综合性的分析和技术应用中，发挥定向钻进技术的优势，提高地质勘察工作的效率，为煤矿生产活动的顺利实施奠定基础，促进煤矿行业的稳定、健康发展。