探討鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

張珂++徐延軍++趙建明

【摘 要】文章先對常見的煤礦井下防治水鉆探工藝進(jìn)行了分析，然后對具體鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用作了詳細(xì)的闡述與研究。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用；鉆探技術(shù)；地質(zhì)；水文；防止水透

一、比較常見的煤礦井下防治水鉆探工藝

目前我們比較常見的煤礦井下的防治水鉆探的工藝有：全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)、高角度的上仰孔鉆進(jìn)、斜下孔鉆進(jìn)、松軟層跟管鉆進(jìn)這幾種。但是我們要清晰的認(rèn)識到，如何把以上幾種鉆探技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)對不同地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境中，這是需要根據(jù)具體的實踐環(huán)境而定的。下面，就會以上這幾種鉆探技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與研究。

二、具體鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

（一）全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)技術(shù)的具體應(yīng)用和說明

全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)技術(shù)指的是全孔在煤層內(nèi)鉆進(jìn)的情況下，進(jìn)行充分鉆進(jìn)。在這種地質(zhì)條件下煤層相當(dāng)程度上比較松軟，如果采取另外一種方式來進(jìn)行鉆孔必然會造成難度加大的問題，而且由于地質(zhì)和水文環(huán)境復(fù)雜，鉆頭無法探測到內(nèi)部環(huán)境的具體情況，這樣不但加快完成了鉆孔，在這種復(fù)雜的環(huán)境下，還能保證勘探人員的安全。全煤層鉆進(jìn)是一種干鉆技術(shù)，它主要是利用了鉆機(jī)所產(chǎn)生的強(qiáng)大動力來巧妙的將能量進(jìn)行完整傳遞，這樣做的好處在于用一種不會將鉆屑留在孔內(nèi)的形式很方便的完成鉆孔，而不會出現(xiàn)任何的故障問題。也在這種運(yùn)作過程中形成了類似于螺旋機(jī)的運(yùn)行方式。在過去我們主要應(yīng)用的老式的鉆孔技術(shù)，這些老式鉆孔技術(shù)不但會加劇孔本身的垮塌可能性，還有可能對鉆機(jī)造成損傷，減少鉆機(jī)的使用壽命。傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)都會產(chǎn)生很大噪音和振動，在鉆孔過程中對孔壁造成極其不利的影響，而這種技術(shù)減少了這種干擾。

（二）高角度上仰孔鉆進(jìn)

高角度上仰孔鉆進(jìn)技術(shù)指的是當(dāng)目標(biāo)與施工位置處在一種比較垂直上下的鉆進(jìn)技術(shù)，但是這種方法的使用有比較限制的一點是：高角度上仰孔鉆進(jìn)用來鉆孔的同時應(yīng)該選擇頂板條件較好的位置，如果選擇條件較差，有可能會造成任務(wù)失敗，從而引起整個鉆孔任務(wù)功虧一簣。另外由于這種技術(shù)的使用是處于一種比較危險的境地，所以應(yīng)該提前做好準(zhǔn)備工作，例如要提前做好各個頂板的防護(hù)，固定好腳手架以避免石塊墜落傷人的情況發(fā)生。高角度上仰孔鉆進(jìn)技術(shù)本身就是一項比較高難度的鉆進(jìn)技術(shù)，必須要求嚴(yán)格才能保障所有工作人員的安全和任務(wù)的完成度。這樣做的原因在于，如果不遠(yuǎn)離，會加大鉆孔的風(fēng)險，高度的威脅下將會造成人身安全的隱患。整個過程中需要加入一個達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)長度的導(dǎo)正器達(dá)到預(yù)期效果。這樣做一根套管到下方將會做到降低孔口高度的良好效果。筆者對于這項技術(shù)的優(yōu)點評價有幾點：第一，這項技術(shù)實現(xiàn)了在高難度下的鉆進(jìn)技術(shù)，積累了實踐經(jīng)驗，更加方便了以后的鉆孔研究。第二，這項技術(shù)所完成的鉆孔，將會是其他技術(shù)所不能比擬的，主要是因為高角度下的精細(xì)將會做得更好，實現(xiàn)了難度與效果的雙向結(jié)合。

（三）定向斜下孔鉆進(jìn)技術(shù)的具體應(yīng)用和說明

所謂定向斜下孔鉆進(jìn)技術(shù)就是需要在預(yù)定的方位上設(shè)置斜向機(jī)器的位置，這樣方便提前預(yù)知作業(yè)的具體方位，然后再根據(jù)實際方位測試出斜向機(jī)器的孔底位置，兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行比較就可以知道兩者誤差，然后再對其進(jìn)行更正。通過對定向斜下孔鉆進(jìn)技術(shù)的概念認(rèn)知我們應(yīng)該清楚了，當(dāng)鉆機(jī)到達(dá)相應(yīng)位置后，需要有線隨鉆斜測儀才能探測出真實數(shù)據(jù)，直到兩者的坐標(biāo)合二為一，也就是完全符合以后就可以開始真正的鉆孔工作，螺旋鉆到達(dá)不定向接頭的位置之后進(jìn)行有線斜測儀的定位，在監(jiān)控這邊就會顯示出鉆孔的工具和三維坐標(biāo)方位角。這里需要說明的，即便是鉆孔設(shè)備和技術(shù)做到最好還是會有誤差的存在，為什么，因為地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜導(dǎo)致的，特別的還有地下的水文環(huán)境，地下暗河、水道、水源等等情況，就算是提前做過相應(yīng)的地質(zhì)情況調(diào)查，但實際操作中還是有可能出現(xiàn)這些情況。斜下鉆孔鉆進(jìn)時由于是通過順層的方式鉆進(jìn)加上地質(zhì)層中的巖層自重作用，很有可能大幅度降低成孔率，而且更大的危險是，還有可能引發(fā)水透，對設(shè)備和探查人員造成安全威脅。為了防止這種情況的發(fā)生，我們可以采取以下措施來防止：首先，萬一由于機(jī)器本身故障發(fā)生意外問題，這樣我們就必須馬上接通高壓電來啟動強(qiáng)風(fēng)吹散孔底的殘渣粉末，等到設(shè)備恢復(fù)工作，就可以將鉆桿拔出，解除危機(jī)。

（四）松軟層跟管鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和具體說明

松軟層跟管鉆進(jìn)技術(shù)是一種比較特殊的跟管鉆進(jìn)技術(shù)，他講究的在鉆進(jìn)的同時壓入或者旋轉(zhuǎn)下入套管，這種無論是對輔助設(shè)備還是技術(shù)人員的要求都比較高。但是在實際操作中又有一些不同之處，實際操作中會遇到松軟層，在這種情況下，又必須要分成兩種形式來討論：一般鉆孔都不會遇到特別復(fù)雜的地質(zhì)層，而且在清楚的調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)層之后，但是地下情況復(fù)雜時，調(diào)查結(jié)果有可能就會失真，比如會由于當(dāng)?shù)貧庀笤蛟斐赏恋睾窟^大，這樣就給鉆進(jìn)帶來了一定的難度。第一種就是鉆孔的時候突然就遇到松軟層，這種情況特別罕見，不禁加大了開孔的難度，而且會拖延開孔的最佳時機(jī)，這時候需要做的就是使用松軟層的跟管鉆進(jìn)技術(shù)，使用這種技術(shù)需要注意的就是，一邊鉆進(jìn)一邊下套管，這里要特別注意，不能將兩者交接在一起，因為鉆機(jī)是不能夠與套管連接過于緊密，這樣就會很容易讓套管隨著鉆機(jī)深陷鉆孔，這樣不僅會對設(shè)備造成損壞，還會破壞原有完好的鉆孔。所以只要一邊鉆進(jìn)一邊下套管，等到這一口徑的完成馬上換成下一口徑繼續(xù)進(jìn)行。第二，要是遇到一開鉆就碰到松軟層，那就要配置相應(yīng)的筒狀合金鉆頭，按照標(biāo)準(zhǔn)要求鉆進(jìn)，更替口徑交替鉆進(jìn)，通過鉆進(jìn)之后的松解螺旋頭的操作來達(dá)到鉆孔要求即可。

（五）鉆探設(shè)備選定

為提高礦井超前探功效，采用井下深孔定向鉆機(jī)實施超前探工程。定向鉆機(jī)由鉆機(jī)機(jī)身、移動泵站與隨鉆測量系統(tǒng)三部分組成，鉆機(jī)機(jī)身由廠家提供，為礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)，最大額定轉(zhuǎn)矩12000N·m、額定轉(zhuǎn)速50～150r/min，適用于鉆進(jìn)大直徑近水平長鉆孔及1500m以上超長定向鉆孔。移動泵站由礦井已有的噴霧泵改造而成，最大輸出泵量560L/min。隨鉆測量裝置由防爆計算機(jī)、防爆鍵盤、防爆數(shù)據(jù)存儲器和探管四部分組成，在孔底馬達(dá)鉆進(jìn)過程中，將探管連接在孔底馬達(dá)后，在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時，防爆計算機(jī)通過通纜鉆桿和通纜水便向孔內(nèi)探管供電并下工作指令，探管啟動工作并采集鉆孔傾角、方位角、工具面向角等數(shù)據(jù)通過通纜鉆桿和水便傳送到防爆計算機(jī)，通過裝置軟件的分析處理，在防爆計算機(jī)顯示器上顯示鉆孔參數(shù)、設(shè)計軌跡、實鉆軌跡等信息，通過系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)裝置分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)測量并以數(shù)字量形式進(jìn)行顯示、存貯、通信、處理分析成圖等功能。數(shù)據(jù)測量結(jié)束后，防爆計算機(jī)停止為孔內(nèi)探管供電，探管停止工作。

三、結(jié)語

綜上所述，所有的煤礦井下防治水所應(yīng)用的鉆探技術(shù)都是探查人員安全的生命保障，無論如何，都應(yīng)該加大研究這方面的專業(yè)技術(shù)，只有技術(shù)上不斷跟進(jìn)，操作上不斷縮小誤差，遵循客觀規(guī)律才能從根本上保障勘探人員生命安全，鉆探企業(yè)的財產(chǎn)安全，以及鉆孔技術(shù)的圓滿完成。最后做到最大程度的防止煤礦井下的水透現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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