鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

[摘 要]因井下環(huán)境的特殊性，井下鉆探比地面鉆探更復(fù)雜，施工難度更大，尤其是在軟巖層鉆進(jìn)時(shí)。怎樣通過(guò)改良設(shè)備， 改進(jìn)施工工藝，來(lái)達(dá)到提高鉆探效率、治水提效的目的，是煤礦井下防治水鉆探的研究方向。

[關(guān)鍵詞]鉆探技術(shù)；煤礦井下；防治水

中圖分類號(hào)：TD74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）47-0283-01

煤礦井下防水作業(yè)的開展離不開鉆探技術(shù)的應(yīng)用，全方位、多角度探測(cè)工作面的富水區(qū)域，有利于保障探查人員的生命安全，提高工作效率。在遵循客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上提高技術(shù)，減小操作上的失誤，能夠有效地解決根本問(wèn)題，繼而防止意外事故的發(fā)生。積累經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真的總結(jié)工作中的失誤，根據(jù)地形地貌、水文特征進(jìn)行勘察，有利于實(shí)際工作的順利開展。

1 防水鉆探設(shè)備的特點(diǎn)

鉆探設(shè)備是為生產(chǎn)一線服務(wù)的，快速、靈活、有效是對(duì)鉆機(jī)的基本要求，且應(yīng)具備以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，即機(jī)身輕便，可拆卸，方便運(yùn)輸；占用的空間范圍小，且寬度控制在2米以內(nèi)，高度在3.5以內(nèi)；鉆機(jī)可完成任意角度的鉆孔工作；鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便有維修和操作。此外，應(yīng)有較高的安全性，減少自身所引發(fā)的安全問(wèn)題。與此同時(shí)，煤礦井下鉆探技術(shù)需要根據(jù)水文條件和地質(zhì)條件進(jìn)行判斷，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。

2 防治水主要鉆探工藝

在井下探放水時(shí)，必須封注孔口管、承壓套管。如何高效快速的注好套管，既關(guān)系到施工的效率，更關(guān)系到防治水工程的安全性。而在松軟層封注套管或鉆孔，一直是井下鉆孔施工的難題。

2.1 孔口承壓止水套管封注

探放高壓水時(shí)必須封注承壓套管，一般采用雙層套管封注法：先用Φ108開孔短開孔，注Φ108孔口管兩米；等干24小時(shí)后戴好Φ108護(hù)口，改用Φ89巖芯管鉆進(jìn)至要求深度，然后下Φ89套管。

技術(shù)關(guān)鍵：①Φ108護(hù)口必須留排氣孔，用于在封注Φ89套管時(shí)排氣，保證Φ89套管外壁與孔壁間完全被封死并上壓。②Φ108孔口管人工封注方法：下入孔底一端必須用矸石塊堵嚴(yán)，下管前先拌水泥成面團(tuán)狀（注2米孔口管需用1袋半水泥），然后往孔內(nèi)投漿（俗稱拽灰），管壁抹上水泥，開始下管。下管時(shí)需手扶套管，旋轉(zhuǎn)著慢慢往孔底送，保證管壁水泥均勻分布，必要時(shí)用鉆機(jī)壓入孔底?？卓诠芟氯肟椎讜r(shí)由于孔內(nèi)空氣被壓縮后從管內(nèi)沖出，往往都能聽“噗”的一聲響，證明管壁與孔壁間已完全被封死，管已下好。③下、斜孔Φ89套管封注方法：必須先用Φ89鉆頭鉆至設(shè)計(jì)套管長(zhǎng)度以下2米深度，保證沖盡孔內(nèi)巖粉。下管前需準(zhǔn)備好平輪、麻繩、卡纜、提引器、簡(jiǎn)易螺絲頭。下管時(shí)先在孔口上方固定好平輪，下入第一根套管，用卡纜將套管末端固定住后卡在孔口，連接第二桿套管，在第二根套管末端上簡(jiǎn)易螺絲頭，用準(zhǔn)備好的麻繩穿過(guò)提引器和平輪，提引器和簡(jiǎn)易螺絲頭連好，松卡纜，松麻繩將第二根套管下入孔內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)直到將套管下到孔底。下好后戴上Φ89護(hù)口，上好注漿盤開始注漿。注漿開始前必須將Φ108護(hù)口上的排氣孔瓦路打開，當(dāng)注漿至排氣孔往外返漿時(shí)，關(guān)閉排氣孔瓦路，繼續(xù)注漿至設(shè)計(jì)壓力，承壓套管封注結(jié)束。

2.2 全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)

當(dāng)需要全孔在煤層內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，如使用光鉆桿水循環(huán)鉆進(jìn)，由于煤層松軟，容易塌孔而無(wú)法成孔。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，螺旋鉆桿在煤層內(nèi)鉆進(jìn)成孔率較高。在煤層中利用螺旋鉆桿不用循環(huán)水的特點(diǎn)，避免了循環(huán)水沖刷孔壁、泡軟煤層后塌孔；因螺旋鉆桿自動(dòng)排粉，排粉干凈，孔壁完整，放水效果也較好。

2.3 松軟層跟管鉆進(jìn)

松軟層指破碎的巖石、軟煤、軟巖（如鋁釩土巖）等等。鉆進(jìn)時(shí)分兩種情況：一是開孔即遇松軟層；二是鉆進(jìn)到一定深度后遇松軟層。

①開孔即遇松軟層

由于探放水孔必須封注孔口承壓止水套管，開孔時(shí)鉆頭直徑必須在Φ89mm以上，大大增加了松軟層開孔的難度。常規(guī)鉆進(jìn)先用開孔短或巖芯管將孔鉆出，再下套管，但松軟層鉆好后一拉鉆具，孔內(nèi)馬上又塌嚴(yán)，無(wú)法下管。

②鉆進(jìn)到一定深度后遇松軟層

此類情況主要是穿層鉆孔，如鉆孔先在12煤底板開孔，探9煤，就必須穿11煤及11煤底呂礬土巖（白砂矸）。當(dāng)鉆頭穿過(guò)松軟層后，在循環(huán)水及鉆具的擾動(dòng)下，松軟層開始塌落，俗稱“抄后路”，形成堵孔、卡鉆等事故，導(dǎo)致無(wú)法鉆進(jìn)。根據(jù)以上兩種情況，我們采用了跟管鉆進(jìn)技術(shù)，并取得了一定的成效。即：當(dāng)開孔即遇松軟層時(shí)，止水套管前端戴相應(yīng)口徑的特制筒狀合金鉆頭，后端上螺絲頭，當(dāng)?shù)谝桓坠茔@進(jìn)到孔內(nèi)后，解下螺絲頭，上第二根套管，再鉆進(jìn)，直到鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，然后用光鉆桿小鉆頭清理出套管內(nèi)的煤巖粉，直接上注漿盤封注承壓套管。當(dāng)鉆進(jìn)到一定深度遇松軟層時(shí)，先下好大一徑孔口管，然后用比鉆頭大一徑的巖芯管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)到松軟層時(shí)拉鉆，再采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)鉆過(guò)松軟層并甩入孔內(nèi)，起到保護(hù)松軟層孔壁的作用。

2.4 斜下孔鉆進(jìn)

斜下孔鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆孔往往順層鉆進(jìn)，再加上巖層自重的作用，很容易塌孔，破碎巖層鉆進(jìn)則難度成倍增大。

我們采用以下措施，取得了較好效果：①班前下鉆桿，鉆頭距孔底15米時(shí)必須給水下鉆桿，同時(shí)掌握好泵壓，有憋泵現(xiàn)象立即提鉆。②鉆頭下到孔底，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆機(jī)沖水10分鐘后方可鉆進(jìn)。③安排專人看管水泵吸水管，水龍頭不準(zhǔn)有堵塞，不準(zhǔn)吸空。④鉆孔不取芯時(shí)，班末必須沖孔20分鐘后再提鉆，至少提出10根鉆桿（15米）。⑤鉆進(jìn)時(shí)遇軟或破碎巖層，不準(zhǔn)追尺，正常鉆進(jìn)，并準(zhǔn)確記錄位置。⑥鉆進(jìn)中如果停電，必須立刻接通高壓風(fēng)吹孔底巖粉，直到來(lái)電，期間人員不準(zhǔn)離開。⑦鉆進(jìn)中如果水泵損壞，必須立刻接通高壓風(fēng)吹孔底巖粉，拔出鉆桿。

2.5 高角度上仰孔鉆進(jìn)

當(dāng)目標(biāo)與施工位置成垂直上下關(guān)系時(shí)，需要施工高角度上仰孔來(lái)達(dá)到工程目的。高角度上仰孔鉆進(jìn)時(shí)必須選在頂板條件較好處，或做好頂板支護(hù)，防止掉落矸石塊傷人，鉆進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)禁張望孔內(nèi)，操作人員加完桿后必須及時(shí)離開孔口下方。為保證施工安全，可采取以下措施：①下好孔口管后再?gòu)目卓诩咏右桓坠?，降低孔口高度，以方便上護(hù)口及瓦路，原則上孔口距地表不宜超過(guò)2米。②為保證開孔時(shí)難度及準(zhǔn)確度，可在鉆機(jī)導(dǎo)正器前加接加長(zhǎng)導(dǎo)正器，縮短擊發(fā)距離。③根據(jù)工程需要提前搭好牢固的腳手架。

3 結(jié)合物探技術(shù)，采取“物探先行，鉆探驗(yàn)證”的模式

瞬變電磁探測(cè)技術(shù)是頻率域探測(cè)的一種形式，即借助探測(cè)物的頻率范圍確定是否有物質(zhì)的存在，該技術(shù)在我國(guó)起步較晚，在探測(cè)精度上仍有待提高。而礦井具有半空間的特點(diǎn)和全空間的環(huán)境，因此可以應(yīng)用瞬變電磁探測(cè)技術(shù)，在水防止的過(guò)程中具有較好的效果。其探測(cè)原理主要是利用接地線源或者不接地回線發(fā)送一次脈沖磁場(chǎng)向地下，并借助物理場(chǎng)值空間分布的特征和規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而探測(cè)一定范圍的水分分布情況，通過(guò)線圈對(duì)二次渦流場(chǎng)加以觀測(cè)。但是該技術(shù)的探測(cè)準(zhǔn)確度也會(huì)受到下述因素的影響，包括：地板積水、頂板淋雨等，將減弱信號(hào)的強(qiáng)度，信噪比下降；此外，復(fù)雜的地質(zhì)條件會(huì)影響到該技術(shù)對(duì)真實(shí)情況的反映。故而，該技術(shù)的使用仍需理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而對(duì)巷道內(nèi)不同位置的異物進(jìn)行探測(cè)，更好地服務(wù)于煤礦井下防止工作。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，礦井下防水工程突發(fā)的水淹事故受到了社會(huì)的高度關(guān)注，且呈現(xiàn)出多發(fā)的事態(tài)，防治水工作存在技術(shù)上的缺陷，亟待解決。煤礦井下防治水所應(yīng)用的鉆探技術(shù)不僅要高質(zhì)量的完成勘測(cè)需求，同時(shí)要保障工作人員生命安全，避免由于操作失誤、判斷失誤引發(fā)的事故。根據(jù)不同的礦井條件，做好排查、準(zhǔn)備工作，選擇適應(yīng)于本礦井的鉆探技術(shù)，有利于工程的順利進(jìn)行。

作者簡(jiǎn)介

姜濤（1986.03-），2007年7月畢業(yè)于淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院地質(zhì)測(cè)量專業(yè)，研究方向主要為井下鉆探方面。