定向钻进技术在煤矿地质防治水中的探析

定向钻进技术在煤矿地质防治水中的探析

王友清

新疆润田科技发展有限公司润田煤矿 新疆托克逊县 830000

摘要：煤炭工业在我国许多行业中都占有重要的地位，煤炭资源不仅与人们的日常生活息息相关，对国家各方面的发展都有着重要影响。煤炭开采过程中常会因地质水害问题，对整个开采过程带来不利影响。煤矿的井下定向钻进技术具有高效、高精度的特点，在煤矿地质防水工作中其应用非常重要。本文简要分析煤矿定向钻进技术的优点及实际应用，为煤矿井内水害防护、完善煤矿地质勘查工作、提高煤矿井下的安全性提供思路。

关键词：定向钻进技术；煤矿地质；防水应用

引言：

我国煤矿的开采区分布十分广泛，地质环境差异性较大，其危险性也较高。煤炭矿井地质环境的多样化导致了煤矿工人在开采作业中面临诸多的水害问题。因此需要有关部门和相关企业积极采取有效的防水措施，在煤矿井下应用定向钻进技术，实施对水害威胁的调查，提高煤矿稳定运行和安全生产水平。

1定向钻进技术的概述

1.1定向钻进技术的概念

当今各行各业对于先进科学技术与先进设备的应用越来越广泛，其所发挥出的效果也愈加明显。定向钻井技术是我国地下资源勘探开发过程中应用最广泛的技术之一。该技术主要由井下特种作业、精密测量及相关采矿设备组成。在实际应用过程中，其能够科学、准确地对钻孔轨迹进行定位，使钻头能够按正确的方向实现井下目标的作业，既能提高矿井勘探效率，又能大大保证井下相关开采工作的安全。

1.2定向钻进技术的优势

定向钻进技术是利用定向钻机进行长距离钻孔作业，对矿区前方或周围的水体进行有效的探测，并采用铺设钻孔的方式进行注浆封堵，从而达到地质水害防治的目的。与常规的钻进技术相比，其具有以下显著优点:其一，该技术钻孔与成孔的精准度高，偏率极小。常规钻井技术的作业轨迹往往大于预设计轨迹，容易出现串孔现象，而定向钻进技术可以利用螺旋杆马达的实时定位功能，在钻进施工过程中对钻孔轨迹加以实时的调整，有效提高效率；其二，定向钻进技术探水钻孔的探查距离相对常规钻探技术，其可行距离较长，常规钻探技术一般局限于200~300m之间。在施工过程中为确保开采作业的安全，需多轮循环施工。定向钻进技术一次的钻探距离可超过1000m，从而大大提升矿井开采的效率；其三，定向钻进技术采用人工设计钻孔轨迹，勘探效率相对更高，可在采掘巷道前方形成圈闭，以此可实现对矿井水害的有效消除。

1.3定向钻进技术设备及工作原理

1.3.1定向钻进技术设备

就我国当前的生产应用实际来看，定向钻机的应用在我国大部分煤矿中占有重要地位，直接影响着煤矿的整体工作效率。我国当前整个定向钻进技术设备主要是由定向钻机、泥浆泵、下部无磁钻杆与测量检测管组成。

1.3.2定向钻进技术的工作原理

定向钻进技术的工作原理是:工作的过程所使用的高压水均是存在于泥浆泵当中，并且可以直接送入送水器之中。在这个过程中还会有中心通缆钻杆进入马达当中，在驱动马达的旋转作用下使定向钻进的钻头进行全方位的转动，这样就实现了对整个煤层的科学切削。定向钻进技术的使用可以实现在规定地区进行精确钻孔。在钻孔的过程中所涉及的信息与数据，可以在计算机当中直接反映。而相关工作人员通过数据能够进行科学分析，找到井下水害出现的原因，并及时制订和采取有效措施进行水害防治。该技术的实施能有效提高工作的安全性，对企业的整体效益、对相关工作人员的生命安全做到有效的保障。

2定向钻进技术在煤矿地质防水工程中的实际应用

2.1地质构造勘探

传统的地面钻探技术，虽然能及时获取煤矿的地质构造及开采条件，为后续决策提供基础支撑，但与此同时也存在一定的缺陷。对于煤矿具备构造，无法提前开展探测工作。但定向钻进技术的应用，就将此难题彻底解决，对局部地质构造的超前探测成为了可能。

2.2施工前定向钻进技术的应用

在施工前期准备阶段，也影响着煤矿防水施工的整体效果，也是应用定向钻进技术的关键阶段。作为施工设计人员，必须充分了解煤矿开采施工的实际环境，对煤矿附近的地质构造、煤矿井下的岩石结构等，都必须做到心中有数，根据煤矿的实际情况，设定合理的钻孔尺寸，开展定向钻进作业。由于定向钻进技术具有一定的复杂性，操作人员需要具备强大的专业技能以及相关知识储备，对煤矿施工的现场环境足够了解，在施工过程中确保煤矿支护板能够发挥出应有的支护效果，才能确保施工有序推进，保障相关人员的安全。此外，作为施工人员，在定向钻进作业环节也必须做好防护，佩戴好相应的防护设施。

2.3施工中定向钻进技术的应用

在实施定向钻进技术时，需要相关操作人员站在定向钻机的侧面，确保施工的顺序和流程，也要保障定向钻机的操作环境，避免周围出现杂物。作为操作人员需要根据施工规定与要求，严格开展作业。如若发现定向钻机出现施工问题，需要立即停机进行检查，在发现问题的第一时间开展维修处理。作为钻井人员，需要记录好钻进的位置、深度等详细信息，在遇到大水量、高水压等情况时，需要立刻停止作业，使用钻杆固定好定向钻进设备，记录好相应数据信息。决策部门在收到数据信息的第一时间，迅速给出可行的解决措施。通过放水孔流量控制、排水能力调整等方式，排除定向钻进环节容易出现的水流。

2.4定向钻进完成后

在煤矿整个定向钻进工作完成之后，相关的工作人员应对钻进情况进行实时观察。如有泄漏，应及时记录钻井过程中的水、气情况。钻孔完成后还应立即封堵钻孔，防止其他物质进入钻孔影响到最终的钻孔效果。另外，当定向到达目的岩层后，工作面底板及断层破碎带会出现突水问题。此时可以采取注浆加固的方法对断层破碎带进行紧急的处理，在增加含水层厚度的情况下，有效提高隔水层的抗水性能。可通过地面灌浆站、泥浆管沟、井筒和地下高压灌浆管道将黏土水泥浆打入地下灌浆孔内，然后对底板进行分段加固。

2.5煤矿积水问题探讨

目前，我国煤矿的主要水害是采空积水与老空积水。因此需要相关的工作人员给予高度的重视，在针对定向钻进技术的勘探和排水工作时要精益求精，切实的加强对煤矿水害的防治。以国家能源石圪台煤矿为例，该煤矿的周边小煤矿较多，其两侧存在着严重的煤矿越界开采现象，这导致了煤矿的日常开采工作无法正常开展。而采用定向钻进技术进行圈闭勘探，可以大大提高开采效率。首先，工作人员需要在相邻煤矿的跨界采空区，布设一个定向的探水孔；其次，当大巷临近煤矿越界采空区时，在运输巷与回风巷两侧布设1个定向钻孔，形成圈闭，以此来实现对井下水害的防治；再次，通过探放勘测对大巷采掘阶段进行科学预测，排除其老空积水问题的可能性，将大巷转移至第二轮探水点位置；最后，采用定向钻进技术，提高巷道掘进安全性，减少探水工作量，节约资金投入。

结语：

综上所述，将定向钻进技术用于煤矿地质防治水工作中，能够有效避免水害情况的出现，效果十分显著。后续工作中，可对定向钻进技术广泛应用，从而提升开采煤炭资源的安全性和产量。并且定向钻进技术应用在煤矿地质防治水工作中还有些地方待改进，需要结合最新煤层地质勘察技术和钻井技术，优化改善定向钻进技术，提升后续勘察工作质量，提升开采工作的安全性、效率与质量。

参考文献：

[1]史海江.定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用J.石化技术,2020,27(01):252+254.

[2]张晓明,王凯.定向钻进技术在千米深井水害防治中的应用[J].山东煤炭科技,2019,226(06):176-178.

[3]孙晓宇,田乐,安许良,等.定向钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用[J].建井技术,2019,40(02):17-21.