鉆探在煤礦防治水中的應(yīng)用與研究

李 雪 峰

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

鉆探在煤礦防治水中的應(yīng)用與研究

李 雪 峰

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介紹了鉆探設(shè)備的特點(diǎn)，從孔口際壓套封、螺旋桿鉆進(jìn)、松軟層跟管鉆進(jìn)等方面，對(duì)鉆探工藝進(jìn)行了闡述，并對(duì)鉆探在煤礦防治水中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，有利于保證煤礦開(kāi)采的安全性。

鉆探，煤礦，煤層，鉆進(jìn)技術(shù)

我國(guó)煤礦開(kāi)采大多是在井下，開(kāi)采的深度較大，涉及到的地質(zhì)條件較為復(fù)雜。煤層處于不同的地質(zhì)層空間。在生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用鉆探方法主要是為了對(duì)地層情況有比較清楚的了解，從而在開(kāi)采過(guò)程中避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域，對(duì)于部分問(wèn)題能夠提前做好相應(yīng)的預(yù)防措施。地下水層是存在一定規(guī)律的，開(kāi)采過(guò)程中要了解并合理的利用其存在的規(guī)律，對(duì)于防治水工作進(jìn)行有目的，有針對(duì)性的布置。

1 鉆探設(shè)備的特點(diǎn)

考慮到工作環(huán)境，對(duì)于設(shè)備要求快速，靈活，有效，機(jī)動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面的要求：首先是靈活性，開(kāi)采工作在地下進(jìn)行，受到工作環(huán)境的限制，設(shè)備體積不能過(guò)大，最好能夠拆解，在使用的時(shí)候進(jìn)行快速組裝，對(duì)于設(shè)備體積，寬度在2 m，高度在3.5 m以下為佳。其次是鉆機(jī)可以進(jìn)行任何角度的旋轉(zhuǎn)鉆孔，能夠有效提升工作的效率和質(zhì)量。最后對(duì)于設(shè)備自身而言要有良好的性能，具有較高的安全系數(shù)，發(fā)生故障的概率小，并且在故障發(fā)生后，能夠就地進(jìn)行快速的修理，而無(wú)需借助外部的力量，為工作節(jié)約大量時(shí)間。

2 鉆探工藝

2.1 孔口際壓套封

該項(xiàng)工藝是在探放高壓水時(shí)采用的，一般情況下，采用的是雙層封注方法，首先進(jìn)行短孔開(kāi)孔，24 h后戴好護(hù)口，鉆芯管要達(dá)到一定深度，然后再進(jìn)行套管工作。操作過(guò)程中應(yīng)該注意到的技術(shù)關(guān)鍵是，護(hù)口需要有排氣孔，套管外壁與孔壁封死并上壓。采用人工封注方法時(shí)，用碎石將下入口底端封嚴(yán)，在管壁內(nèi)涂抹水泥后開(kāi)始下管工作，以旋轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)送到底，由于管內(nèi)的空氣被壓縮，往往能聽(tīng)到一定的聲響，存在聲響則證明套管工作已經(jīng)順利完成。

2.2 螺旋桿鉆進(jìn)

當(dāng)煤層比較松軟的時(shí)候，在鉆孔過(guò)程中容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法正常成孔，此時(shí)如果繼續(xù)使用光鉆桿進(jìn)行工作就無(wú)法達(dá)到工作目標(biāo)。因此要改用螺旋桿鉆進(jìn)方法，該方法在使用的過(guò)程中不會(huì)利用到循環(huán)水，避免了水對(duì)孔壁的沖刷作用，導(dǎo)致煤層在含水量過(guò)多的情況下被泡軟而出現(xiàn)塌孔。同時(shí)螺旋鉆進(jìn)法也有自身的優(yōu)點(diǎn)，如工作的過(guò)程中孔壁完整，排粉干凈，排水效果良好。

2.3 松軟層跟管鉆進(jìn)

煤礦存在一定松軟層，具體體現(xiàn)在巖石破碎，煤層較軟。在此種情況下，鉆探工作遇到的問(wèn)題主要是易塌孔。在鉆進(jìn)工作中一種情況是開(kāi)孔就會(huì)遇到松軟層，而另一種情況則是在一定深度之后遇到松軟層，無(wú)論是哪一種情況，對(duì)于鉆探及煤礦的開(kāi)采工作而言，都存在不利影響。對(duì)于開(kāi)孔就遇見(jiàn)松軟層，開(kāi)孔時(shí)，鉆頭的直徑達(dá)到了一定范圍，相應(yīng)的增加了開(kāi)孔的難度。常見(jiàn)的情況是先用一定方法將孔鉆出，如用巖芯管。然后再下套管，但是存在鉆具拉動(dòng)，鉆孔易塌的現(xiàn)象。對(duì)于鉆進(jìn)到一定的深度后遇到松軟層，在穿過(guò)松軟層之后，由于鉆具自身的震動(dòng)加之循環(huán)水影響，松軟層會(huì)出現(xiàn)塌落現(xiàn)象，容易造成堵孔，卡鉆，無(wú)法繼續(xù)有效的鉆進(jìn)。

對(duì)于松軟層出現(xiàn)的兩種情況，采用的方法通常是跟管鉆進(jìn)。具體操作過(guò)程是，接觸到松軟層時(shí)，止水管前端要配置口徑合適的特制鉆頭，并且在后端也要配置，一般而言前端鉆頭為合金鉆頭，后端為螺絲頭。等到第一根套管進(jìn)入到孔內(nèi)，將螺絲頭解下。并啟用第二根套管，鉆進(jìn)到需要的深度時(shí)，將套管內(nèi)的煤巖粉進(jìn)行清理，清理工作采用的是光鉆桿小鉆頭，完成清理工作的要承壓套管進(jìn)行封注。

對(duì)于鉆進(jìn)到一定深度之后遇到松軟層，通常的作法是對(duì)松軟層的孔壁進(jìn)行一定的保護(hù)，在操作方面，先下大孔徑管，之后是巖芯管跟進(jìn)，接觸到松軟層時(shí)，用管跟進(jìn)技術(shù)穿過(guò)松軟層。

2.4 斜下孔鉆進(jìn)

鉆孔在持續(xù)鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)受到多方面力的影響，鉆孔通常情況下是順層鉆進(jìn)，受到巖層自重作用影響下，容易形成塌孔，巖層破碎導(dǎo)致了鉆進(jìn)工作難度增大。那么為了改變此種情況，可以采用相應(yīng)的改進(jìn)措施。

班前下鉆桿，鉆頭與孔底的距離達(dá)到15 m的時(shí)候就要給水下鉆桿，此時(shí)要注意到泵壓，有異?，F(xiàn)象要立即提鉆；鉆頭與孔底相接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行沖水作業(yè)，作業(yè)時(shí)間10 min為宜。作業(yè)完成后繼續(xù)鉆進(jìn)工作。工作過(guò)程中要有專人對(duì)水泵進(jìn)行看護(hù)，避免堵塞及吸空現(xiàn)象出現(xiàn)。在不取芯的情況下，班末必須要進(jìn)行沖孔作業(yè)，作業(yè)時(shí)間控制在20 min為宜，完成后提鉆，鉆桿數(shù)量保持在10根左右。鉆進(jìn)過(guò)程中，遇到松軟層或者是破碎巖層要繼續(xù)鉆進(jìn)，不要追尺，并對(duì)相關(guān)位置準(zhǔn)確記錄。鉆進(jìn)過(guò)程中如果遇到意外停電情況，必須要利用高壓風(fēng)對(duì)孔底巖粉進(jìn)行清理，在此期間工作人員不應(yīng)該離開(kāi)各自工作崗位，直到供電恢復(fù)正常。另外一種情況則是在鉆進(jìn)的過(guò)程中如果遇到水泵損壞，也要立即進(jìn)行吹孔作業(yè)，避免設(shè)備上吸附有殘?jiān)@桿拔出。

2.5 上仰孔鉆進(jìn)

上仰孔鉆進(jìn)存在的情況通常是施工位置與目標(biāo)呈現(xiàn)垂直上下關(guān)系，為了達(dá)到工程目標(biāo)就需要采用此種方法。采用此種鉆進(jìn)方法，鉆孔的位置選擇要求頂板條件要好，或者作好一定的支護(hù)工作，防止在鉆進(jìn)時(shí)掉落物體對(duì)人員造成的傷害。鉆進(jìn)過(guò)程中禁止向孔內(nèi)張望，在加桿工作完成后，要立刻離開(kāi)孔口下方。為了確保鉆進(jìn)過(guò)程中人員安全，還可以另外采用一定的安全措施。如孔口高度降低，降低的范圍要視具體情況而定，原則上是孔口與地表之間數(shù)值范圍在0 m～2 m區(qū)間內(nèi)。采用的方法是在孔口管下好后，從孔口加接套管。無(wú)論是哪一項(xiàng)工作，在開(kāi)展前都要搭建好腳手架，以滿足工程需要，同時(shí)為了保證開(kāi)孔的精度，可以對(duì)導(dǎo)正器進(jìn)行加長(zhǎng)工作，將擊發(fā)的距離縮短。

此種方式體現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于，首先是一項(xiàng)具有高難度的鉆進(jìn)技術(shù)，體現(xiàn)了施工隊(duì)伍技術(shù)水平，同時(shí)也為后期工作在技術(shù)方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為鉆孔技術(shù)的深入研究和持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

3 鉆探在防水工作中的應(yīng)用

3.1 水害的成因及類型

煤礦在開(kāi)采過(guò)程中存在透水事故的可能性，引發(fā)透水事故的水源通常有大氣降水，地表水，地下水，老空區(qū)積水，不同水源有自身的特點(diǎn)，并且產(chǎn)生的危害也各不相同。當(dāng)井田范圍內(nèi)存在大量地表水體后，煤層與含水層之間存在水力聯(lián)系，地表水就有可能會(huì)進(jìn)入到礦井。地下水作為透水水源也是主要水源，按照不同的類型可以分為直接、間接、自身透水水源。老空區(qū)積水則是廢棄的采礦空間內(nèi)積水，根據(jù)空間來(lái)劃分又可以分為老窖積水，采空區(qū)積水。當(dāng)正在開(kāi)采的煤層接近時(shí)，經(jīng)過(guò)某些誘發(fā)因素的作用就可能會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。

3.2 鉆探防水的應(yīng)用

對(duì)于老空區(qū)積水，鉆探工作可以從如下方面開(kāi)展，首先是要選擇合適的點(diǎn)作為鉆孔，在對(duì)存有的積水進(jìn)行排放時(shí)要將鉆孔閥門(mén)打開(kāi)，對(duì)于閥門(mén)大小控制要從水泵的排水能力方面進(jìn)行判斷并作分析，保證適時(shí)，安全，有效。當(dāng)鉆孔沒(méi)有流水的時(shí)候要準(zhǔn)確的判斷，一種情況是積水區(qū)已經(jīng)無(wú)積水，另一種情況則是孔口已經(jīng)高于水位，此時(shí)應(yīng)該將水泵與鉆孔聯(lián)合。此項(xiàng)技術(shù)對(duì)于老空區(qū)積水效果較為良好。

三灰水：第三層石灰?guī)r富水性中等，如果沒(méi)有一定的防水措施在施工過(guò)程中會(huì)遇到較多問(wèn)題，其一是由于水量大而導(dǎo)致的掘進(jìn)工作困難，其二則是巷道排水在含水層處在疏放狀態(tài)時(shí)難度較大。對(duì)于此種情況，在施工的過(guò)程中防水方案采用的是注漿后一次性掘進(jìn)通過(guò)的形式。

斷層：斷層屬于一種特殊地質(zhì)，存在斷層的情況下，開(kāi)采條件就會(huì)變得更加復(fù)雜。通過(guò)鉆探并對(duì)結(jié)果分析，可以了解到斷層的具體情況，地層中含水層的情況，工程進(jìn)行過(guò)程中可能會(huì)引發(fā)的相關(guān)問(wèn)題等，為后期工作開(kāi)展理清障礙。

水文補(bǔ)勘：由于地下條件較為復(fù)雜，前期的勘察工作不一定能夠?qū)λ幸蛩囟伎紤]到，因此在工程進(jìn)展中要及時(shí)的開(kāi)展相應(yīng)補(bǔ)勘工作。工作開(kāi)展的首要步驟就是要選擇合適的位置進(jìn)行鉆孔，通過(guò)鉆孔建立地質(zhì)觀測(cè)系統(tǒng)，為排水實(shí)驗(yàn)，巖樣采集，滲透性能研究提供相應(yīng)的依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦開(kāi)采屬于危險(xiǎn)系數(shù)比較高的行業(yè)，事故的發(fā)生具有一定的偶然性。對(duì)于該行業(yè)而言，安全工作與生產(chǎn)效益是并重的。因此，對(duì)于常見(jiàn)事故要做好預(yù)防工作。井下防水鉆探已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)于企業(yè)而言，在工作中應(yīng)積極應(yīng)用新技術(shù)，并在實(shí)踐過(guò)程中不斷總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。安全生產(chǎn)的保障一方面依賴于制度，另一方面則要靠技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆探防水只是煤礦安全工作中的一項(xiàng)技術(shù)，企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)際中要靈活運(yùn)用多種方法，最大程度的保障生產(chǎn)安全。

[1] 牛春雨,翟 濤,張建民.物探、鉆探結(jié)合法在井下煤礦防治水中的應(yīng)用——以中煤平朔集團(tuán)某工作面為例[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2014(7)：67-68.

[2] 李 濤,許大會(huì).鉆孔探放水技術(shù)在道清煤礦北斜井復(fù)采區(qū)防治水中的應(yīng)用[J].化工管理,2016(36)：123-125.

[3] 李賢忠.鉆探在煤礦防治水中的應(yīng)用與研究[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2016(3)：56-57.

[4] 蔡利學(xué),閆相賓,李 娜,等.鉆探目標(biāo)評(píng)價(jià)優(yōu)選決策系統(tǒng)[J].中石油與天然氣地質(zhì),2014(5)：21-23.

Theapplicationandresearchondrillingincoalminespreventionandcontrolwater

LiXuefeng

(ShanxiCoalGeologyandHydrologyExplorationInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper introduced the characteristics of drilling equipment, from the porthole pressure cover sealing, screw drilling, soft layer simultaneous casing drilling and other aspects, elaborated the drilling process, and researched the application of drilling in coal mines prevention and control water, to ensure the safety of coal mines.

drilling, coal mining, coal seam, drilling technology

1009-6825(2017)23-0085-02

2017-06-08

李雪峰(1986- ),男，助理工程師

P634

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