基于定向钻进技术的随钻测量系统应用研究

基于定向钻进技术的随钻测量系统应用研究

钱龙

山西金鼎高宝钻探有限责任公司 048000

摘要：伴随着我国对于矿井开采力度的不断加大，相关的技术研究也在不断地不断地进展。为了能够针对煤矿井进行更加精确的开采，定向钻进技术的随钻测量系统开始广泛地应用于各个煤矿井的开采工作中，使得煤矿井的开采工作效率大幅度提升，对于我国的能源行业的发展提供了先进的技术。本文章基于定向钻进技术进行研究，研究分析随钻测量系统在煤矿井下开采过程中的应用效果。并且针对随钻测量定向钻进技术的三个应用进行了阐述，希望能够有更多相关技术人员了解到该技术的应用，推动我国煤矿井下开采的发展。

关键词：定向钻进技术；随钻测量系统；煤矿井

前言

我国煤矿开采技术在不断地改革创新，矿井安全生产方面上得到了更加广泛的关注。当前的煤矿开采要逐步实现智能化开采的工作方式，确保煤矿开采生产过程变得更加安全，保障煤矿工人的生命财产安全。当前煤矿开采工作对于矿井勘测、瓦斯抽放等相关业务的要求也在不断地提高，只有针对技术方面上进行创新才能够满足前阶段的要求。随钻测量定向钻进技术是当前较为常用的一种煤矿井下施工技术，能够有目的地将钻孔轴线由弯曲变直，尽可能地确保在井下工作的过程中逼近目标要求，确保煤矿井下的开采工作能够顺利完成。很多相应的煤矿开采企业开始针对随钻测量系统进行研究并且应用在实际开采工作中，取得了良好的效果。

一、随钻测量定向钻进技术概述及原理

（一）随钻测量技术概述

随钻测量技术指的是矿井在施工的过程中，施工技术人员在钻头钻进的过程中实现各种参数连续测量的技术，这些参数主要包括矿井的倾角、方位角等等，伴随着参数的测量调整钻头地钻进状态，更好地完成矿井的探测开采工作。该项技术主要是完成煤矿井下复杂的工作情况探测，确保工作人员在进行开采的过程中能够避免出现意外事故和安全隐患，并且了解煤矿井下的实际情况提高自身的开采工作效率。传统的随钻测量系统主要用石英加速剂和磁通门磁强计完成传感任务，在整体精确性方面上已经不足以满足当前高精度的需求。伴随着现代电子机械技术的迅猛发展，该项技术在20世纪末时就针对速度传感器和磁强计进行进一步的优化，具有体积小、实用性强、精准度高等各种优点，能够很好地满足当前煤矿井下的开采工作需求。

（二）钻进技术

随钻测量定向钻进设备主要由钻进设备组成，钻进设备能够在实际工作的过程中发挥出重要的作用。其主要由定向钻机、泥浆泵、机械马达等零部件组成，定向钻机能够煤矿井下的开采工作。工作人员在开展工作的过程中，主要依靠马达的弯角控制定向钻机的工作方向，这也是工作人员在开采时的主要控制手段。

二、随钻测量定向钻进技术的应用

（一）定向钻孔群抽采瓦斯

随钻测量定向钻进技术能够实现群抽采瓦斯的工作，工作人员在同一区域打多个分支的定向钻孔，然后针对瓦斯等资源较多的区域集中在同一个区域方便钻孔设备进行收集，提高煤矿开采的工作效率。主钻孔和分支钻孔应该呈现扇形分散，或者是确保相对平行的状态，这样能够更好地提升瓦斯抽取的效率。该项技术的应用已经较为成熟，很多大型的煤矿企业都采用该项技术进行瓦斯抽取的工作，并且取得了一定的成效。根据相应的调查数据显示，采用该项技术进行瓦斯的抽取，与传统的技术相比整体的工作效率能够提升增进三倍左右。

（二）普通钻孔和定向钻孔联合抽采瓦斯

伴随着定向钻孔技术的广泛应用，当前大多数山西煤矿井还是采用普通转孔和定向钻孔联合抽采瓦斯的方式，以此来提升当前煤矿井区域挖掘的速度。如果只是普通钻孔进行瓦斯的抽采，进行短时间瓦斯抽采能够有很好的效果，煤层内部的瓦斯压力下降明显，证明前期的瓦斯抽取速度能够维持一个较为良好的状态。但是当时间大于60d时，煤层瓦斯压力下降速率减缓，普通钻孔抽取瓦斯的速率受到一定的影响。下图表示的就是普通单钻孔在抽采时间延长时所能够进行的有效抽采半径，伴随着抽采时间的延长，有效抽采半径也会逐步增大，但是后期整体提升的效果并不大。当前在进行煤矿井抽采瓦斯的过程中，抽取时间大多数预定在40d到120d之间，属于普通钻孔抽取瓦斯难以保证整个过程中的高效率工作，所以当前主要采用普通钻孔和定向钻孔抽采瓦斯的方式。

   进行普通钻孔和定向钻孔的联合运用时，1到10号钻孔采用普通钻孔的方式，11到17号钻孔采用定向钻孔，在监测过程中能够发现各时间段抽采瓦斯的总量较为稳定，整体平均值可以达到20×10³ m³，有效抽采半径的范围一直在稳步提升，当抽采时间达到100d时，有效抽采半径已经达到了5.00m，能够实现煤矿井的深度抽采瓦斯工程。采用普通钻孔和定向钻孔联合运用的方式，在前期抽采瓦斯时整体而波动幅度较大，但整体的速度相对较快；抽采时间到达中期是逐渐趋于稳定，能够以一种较高的速率进行瓦斯的抽采；抽采后期速率有所下降，瓦斯抽采纯流量平均值能够达到1.90/min。在达到预定抽取时间之后，针对煤矿井内部进行残余瓦斯含量的检测，检测标准达到了瓦斯抽采的标准，且整体效率较高。

（三）定向钻孔的应用效果

在定向钻孔实际应用的过程中，已经取得了十分良好的效果。不同的煤矿井在钻孔分支方面上也会存在一定的差异，浓度较高的矿井瓦斯浓度均可以达到80%以上，大多数深度可以达到500米至600米左右。随着定向钻孔深度的加深和分支孔技术的应用，钻孔瓦斯抽采深度得到了明显的提升，内部瓦斯浓度降低速率比其他时期要更快。例如，再进行山西某煤矿井瓦斯抽取的过程中采用了相应的技术，1号、3号、4号、6号、7号、8号、10号、13号、14号、15号都采用定向钻孔进行瓦斯抽采，在抽采一定时间之后，钻孔最低瓦斯浓度全部降低至30%以下，整体降幅达到了40%。大多数定向钻孔瓦斯浓度已经下降至30%，整体的瓦斯含量已经相对较低，瓦斯抽采工程工作效率提升三倍左右，在进行定向钻孔抽采瓦斯的过程中纯瓦斯流量较高，整体速率得到了很大的提升，能够很好的推动当前煤矿井的开采工作。

三、结语

总的来说，随钻测量定向钻进系统在实际使用的过程中有着很多的优势，在瓦斯抽放、地下勘测、水害防治等各项工作方面上都有着很好的效果。伴随着相关技术人员的不断研究，该定向随钻测量系统已经变得越发完善，在系统测量性能方面上较为稳定，能够很好地符合当前煤矿井下开采工作，很好的根据实际地形设计煤矿开采轨迹，提升我国在煤矿开采行业方面上的工作质量，促进我国煤矿开采企业的可持续发展。

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