煤矿勘查中深孔钻探成孔工艺研究

煤矿勘查中深孔钻探成孔工艺研究

邓雪峰

新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队  新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市  830000   

摘要：深孔钻探施工过程中主要的故障类型为折断、刀具寿命短、施工精度低、切屑堵塞缠屑等。研究分析深孔钻探成孔工艺，并重点介绍高压内排屑技术，旨在为深部煤矿勘察工作提供技术准备。

关键词：煤矿勘查；深孔钻探；施工工艺

引言

目前我国深部钻探存在技术难点，主要表现为煤矿勘查中深孔钻探成孔施工工艺中因钻杆振动强、刚性差等特点造成的施工精度低，以及排屑困难、切削热能散热慢、无法直接查看到切削的情况等。

1钻探技术的原理及类型

1.1定向钻探技术的原理

针对目前煤矿开采中常用的定向钻探技术而言，从本质上讲是以地质勘探为基础，再结合钻孔自然弯曲的特点和人工倾斜工具后，保障钻孔可以到达预期的位置。在实际应用该技术时，需要辅助检测设备对钻孔的变化进行了解，进而推进钻探可以到达指定位置。从目前很多煤矿企业在定向钻探技术的应用情况看，定向钻探有着极高的效率，同时在钻进距离和轨迹的可控性上也有着重要价值，可以很好的应用在煤矿防治水作业中。

1.2定向钻探技术的类型

第一，结合施工技术方法的不同可以分为人工弯曲定向孔和自然弯曲定向孔。人工弯曲定向孔属于可控制的定向孔施工，其中钻孔的方向和位置受到其他因素的影响较小。自然弯曲定向孔可以被称为主定向孔，钻孔的轴线具体以钻孔自然弯曲的规律为基础，进而实现钻孔位置和方向角的变化。第二，结合井眼轴线的不同可以分为两维定向孔和三维定向孔。两维定向孔主要涉及到同一水平面上的变化在倾斜角上较大，同时在缺乏三维变化下，无法对方位角进行控制。三维定向孔既存在方位角的变化，又存在倾角的变化，结合钻孔的最终轨迹看，有直线、曲线和折线等方面现状。第三，结合钻孔孔底的结构不同可以分为单底定向孔和多底定向孔。单底定向孔只有一个主干孔，多底定向孔可以在进行主干孔的钻进作业下，还有着其他不同类型的分支孔。

2杂地质条件下的钻探技术与装备展望

2.1碎软煤层双管护孔定向钻进技术与装备

在碎软煤层长钻孔过程中，非常容易出现塌孔问题，致使瓦斯抽采效果不够理想。针对这一问题，可以尝试运用双管护孔定向钻进方式予以解决。这需要在今后的创新研究中，研发出具有定向功能的双动力头钻机，利用其中一个动力头负责驱动外管总成旋转钻进，发挥护孔作用;另一个动力头则负责驱动内管总成当中的气动螺杆马达和随钻测量系统，由此完成定向钻进轨迹控制。即通过外管和内管在独立旋转和同步给进之间的相互切换，不仅可以确保钻孔质量达标，还可以完成贯穿于碎软煤层回采工作面的定向钻孔。

2.2碎软煤层挠性内控旋转定向钻进技术与装备运用

现有的碎软煤层定向钻进技术，需要在钻进过程中采用滑动定向钻进和复合定向钻进相互交替的方式完成钻孔任务。这个过程中，容易出现钻杆不旋转、孔内大量煤渣聚集等问题，引发卡埋钻、定向困难等后果，很大程度上降低了钻进施工效率。针对此问题，建议今后的技术研发朝着碎软煤层挠性内控旋转双动力头定向钻进方向努力。此项技术一旦研发成功，其中一个动力头可以实现钻孔轨迹的定向控制;另一个动力头可实现煤粉扰动，并且将煤渣顺利排出孔外，确保钻具在旋转且内芯杆制动状态下依然可以定向钻进。运用这种钻进技术，还可以实现碎软煤层定向孔轨迹的连续随钻控制，使排渣效率和钻进效率同步提升。

2.3定向斜下孔钻进技术的应用

在具体的施工中，需要在预定的方向上明确斜向器的位置，同时在钻进之前及时测量好斜向器在空地上的实际坐标位置，并做好方位的对比工作，及时对相关的参数进行调整，从而提升施工的准确性。在施工测斜仪时，需要在底部引流斜缺口位置后，借助监视屏对施工进行观察，屏幕中会显示钻孔工具面向角与顶角的方位角，这样整个可视化的施工就变得更加直观。还应该做好实际夹角与设计工具面向角的比较工作，在调整误差之后，及时进行钻进处理，保证施工的精准性。需要注意的是，在斜下孔钻进的过程中，如果是顺层钻进，需要充分考虑岩层重力作用的影响，及时对成孔情况进行观察，采用相应的措施做好渗水的防护工作。

2.4钻孔布局钻孔布局

需要根据多种影响因素确定，如范围、开采顺序、地质构造等，以近几年在施工中所用方法为依据，在钻孔中可采用以下布局方式：（1）利用扇形布孔实施整体布局，先选择合适钻场设置主孔，在主孔中进行多级开分支，最后把钻孔覆盖到整个煤层。（2）利用羽状布孔实施整体布局，在煤层中先进行主孔钻进，然后基于主孔实时分支孔的设置，确保钻孔可以覆盖相对较大的煤层。（3）针对成孔难度相对较大的松软煤层，可利用梳状布孔实施整体布局，先选择相对稳定的岩层进行定向成孔，再以实际情况为依据，采用梳状分支孔来布局。（4）如果煤层中存在障碍物，可采用让避的方法来布孔。先钻出主孔，再以瓦斯地质资料为依据，结合钻机参数及其异常情况对异常地质体进行判断，最后选择适宜的分支孔位置，对钻孔的轨迹进行适当调整。

3提高煤矿井下钻探防治水质量的措施

3.1加强对安全工作的钻探防治水指挥

在煤矿，安全生产一直是被关注的焦点内容，因此为了提升煤矿的质量，需要将安全生产工作放在首位。而煤矿钻探防治水工作的一个重点内容就是对煤矿事故的抢救、宣传等做出合理的调整规划，并制定详细的处理措施，一方面可以迅速控制事态的发展，降低影响，另一方面还能积累一定的经验，为之后的预防工作应急预案的制定提供有效的而依据。

3.2引进先进设备与技术

对于煤矿的钻探防治水工作而言，设备的稳定性对于生产的安全具有直接影响。因此在钻探防治水之前，需要收集一线的工作信息，钻探防治水工作人员需要根据信息的具体情况作出相应的判断，并及时进行处理。一旦设备存在老化或者损坏的问题，需要及时根据企业的规定进行保修或者报废处理。由于技术的进步和工作模式的变化，当前，在煤矿生产中，需要积极引进新的技术和设备，尤其是在危险作业的情况下，利用机械设备完成有关操作，可以降低人员参与，从而消除安全隐患，提升安全作业水平。

3.3提升钻探防治水工作人员的业务能力

对于从事煤矿钻探防治水的工作人员而言，需要将员工的生命财产安全放在第一位，从业人员应该结合煤矿生产的实际情况，明确各个部门的工作职责与特点，从实际出发，不断学习专业的知识和技能，及时将专业知识应用到日常的工作中。作为钻探防治水工作人员，还需要具备社会公德和职业道德，将责任意识落实到日常的工作中，不仅敢于创新，还应该大胆细致，具备一定的安全生产意识。

结束语

在当前的煤矿井下开采作业过程中，遇到复杂地质条件的概率大幅度提升。这种情况下，现有的钻探技术和装备种类虽然较为丰富，功能也比较完善，但在应对复杂地质条件的钻探任务时，暴露出诸多亟待改进之处。对此，在今后的技术研发过程中，需要朝着智能化发展，从根本上避免各类安全事故的发生。在各项技术中，以智能钻孔机器人为代表的先进技术与装备可以有效解决复杂地质条件下的钼探难题，促进施工过程中安全生产水平的大幅度提升，还可以减少人员数量，甚至可实现无人化施工，促进我国煤矿领域的健康平稳发展。

参考文献

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