基于定向鉆探技術(shù)在礦井防治水中的應(yīng)用

[摘 要]隨著定向鉆機的開發(fā)和應(yīng)用，一種高效率、高精度的鉆探技術(shù)逐步被應(yīng)用于礦井探放水工程中，并解決了諸多水害探查難題。因此，定向鉆探探查水害隱患是今后探放水的趨勢之一，該技術(shù)的推廣對礦井防治水工作具有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]定向鉆探技術(shù)；礦井；防治水；

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）38-0320-01

隨著近年來礦區(qū)各礦開采范圍和深度的增加，礦區(qū)內(nèi)所面臨的水害問題日益突出。為防止水害事故的發(fā)生，需實施相應(yīng)的防治水工程和措施，以保證礦井的采掘安全，井下探放水即為礦井防治水的重要手段之一。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》的要求，結(jié)合礦區(qū)各類型水害特征，采用普通常規(guī)鉆探技術(shù)探查水害隱患存在一些弊端，如探查范圍有限、存在盲區(qū)、鉆孔數(shù)量多、精確性差等。隨著定向鉆機的開發(fā)和應(yīng)用，一種高效率、高精度的鉆探技術(shù)逐步被應(yīng)用于礦井探放水工程中，并解決了諸多水害探查難題。因此，定向鉆探探查水害隱患是今后礦井探放水的趨勢之一，該技術(shù)的推廣對礦井防治水工作具有重要的意義。

1 定向鉆探使用的專用工具

1.1 非磁鉆鋌

非磁鉆鋌是由一種低碳高鉻錳合金鋼制成的，經(jīng)過嚴格的配比控制，最終具有高強度的機械性能、良好的低磁導(dǎo)率、優(yōu)異的耐磨性以及極好的精簡耐腐蝕開裂性能。

1.2 彎接頭

在定向鉆井中進行扭方位、定向造斜的專用井下工具就是彎接頭，它可以使造斜鉆具產(chǎn)生足夠的側(cè)向力，以實現(xiàn)鉆向的改變。當前使用的彎接頭殼體上都劃有彎曲方向的標線、內(nèi)部安裝循環(huán)套，可以用來進行有線或者單點隨鉆測斜儀工具面方向的確定。

1.3 井下馬達

井下馬達分為三大類，分別是電動鉆具、容積式馬達以及渦輪鉆具等。其中容積式馬達所鉆井眼尺寸與原井眼尺寸保持一致，并且由于其工作轉(zhuǎn)速與空轉(zhuǎn)速幅度相差較小，有利于進行鉆頭選型。其中以螺桿鉆具和迪那鉆具最為常用，螺桿鉆具由傳動軸、旁通閥、萬向軸以及馬達組成，在壓力一定時，鉆井液會進入到馬達內(nèi)部使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，在經(jīng)過萬向軸將動力傳送到鉆頭和傳動軸上；迪那鉆具則是由傳動軸、定子、轉(zhuǎn)子、維納鉆具以及軸承總成等幾部分組成。

2 定向鉆進工藝

（1）測斜。用JJX-3型測斜儀，為定向造斜設(shè)計提供鉆孔頂角、總方位、點方位分量與合成的水平距等數(shù)據(jù)。

（2）確定造斜技術(shù)參數(shù)。根據(jù)測斜資料及靶域情況確定造斜主要技術(shù)參數(shù)：鉆頭高邊指向、工具、安裝角。

（3）做好定向前的準備工作。先將孔內(nèi)巖粉沖凈，其次檢查螺桿鉆并開泵試驗轉(zhuǎn)動隋況，然后檢查定向儀、鉆孔鎖定裝置和泥漿泵。

（4）下鉆。操作要謹慎、下鉆要慢，防止跑鉆和“嗆死”螺桿鉆。

（5）定向。先進行孔口定向，此時定向儀地面板輸出基準方向作為初始方位。然后將定向儀下放直到定向接頭，使定向儀上定向靴與定向節(jié)頭內(nèi)定向鍵吻合，測出定向鍵初始狀態(tài)，最后根據(jù)設(shè)計要求轉(zhuǎn)動鉆具，達到工具安裝角為止。將定向儀再下人重復(fù)幾次確認此值無誤，將定向儀提出后驗證陀螺的漂移。

（6）將鉆柱鎖定，開泵啟動螺桿鉆，進行鉆進。

（7）提鉆：機上余尺鉆完，即可提鉆。

（8）檢查螺桿鉆：在地面上打開接頭，取出旁通閥，然后邊轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸邊沖洗，將巖粉、沙子除凈。

（9）測斜檢查定向?qū)毙Ч?，為下次定向鉆進提供資料。

3 定向鉆探技術(shù)與常規(guī)鉆探技術(shù)比較分析

3.1 鉆探作業(yè)可與掘進同步進行

常規(guī)鉆探方式在探水作業(yè)期間，要求將鉆機穩(wěn)固在掘進工作面，掘進設(shè)備必須退后10m范圍，并且在探水作業(yè)期間，掘進作業(yè)無法正常施工、只能停工，這極大的束縛了高產(chǎn)高效掘進設(shè)備的生產(chǎn)能力。

千米定向鉆探的鉆場布置在掘進工作面?zhèn)群蠓剑捎阢@探軌跡可控，在掘進工作面后方開孔后，可控制鉆頭繞行到掘進工作面前方探水區(qū)域，再繼續(xù)前行探水，探水作業(yè)與掘進作業(yè)同步平行進行、互不影響，保證了快速掘進，釋放了高產(chǎn)高效掘進設(shè)備的生產(chǎn)能力。

3.2 單孔成孔距離長

目前常用的常規(guī)鉆探技術(shù)單孔成孔距離一般為130m，超前距30m，有效超前探距離僅為100m，每掘進1000m則需要搬遷鉆機10次，頻繁的搬遷增加了作業(yè)人員的勞動強度，降低綜合作業(yè)效率。

千米定向鉆探單孔平均成孔距離為500m（最低鉆進深度），平均每掘進1000m只需要搬家2次，增加了綜合作業(yè)效率。

3.3 提高功效降低成本

常規(guī)鉆機和千米定向鉆機每次鉆探均要根據(jù)水頭壓力、巖性情況施工相同長度的孔口管，消耗的管材、注漿固管材料、每次鉆探后留設(shè)的超前距都是一樣的，這樣常規(guī)鉆機鉆探距離短，搬家、固管的次數(shù)多，正常鉆探前的準備時間多，造成了施工成本高，耗費時間長，不利于快速高效掘進設(shè)備潛能發(fā)揮。

3.4 鉆探軌跡可控性高

常規(guī)鉆探技術(shù)因為沒有準確的定向系統(tǒng)，而無法準確控制鉆孔軌跡，實際軌跡與預(yù)想軌跡偏差較大，產(chǎn)生了比較多的無效鉆探距離，甚至可能出現(xiàn)鉆孔導(dǎo)通含水層的現(xiàn)象。

千米定向技術(shù)在進行探水鉆孔施工時，利用鉆機的定向造斜糾偏功能，通過測量系統(tǒng)精確測量，利用電腦軟件的分析處理，可及時控制鉆頭及鉆進軌跡。并且可對物探探測的異常區(qū)域進行精確靶區(qū)探測。

3.5 探測有效區(qū)域大

常規(guī)鉆探技術(shù)由于軌跡不可控，探測區(qū)域可能不都在影響巷道安全掘進的范圍，造成大量無效探測。千米定向鉆探技術(shù)由于鉆探軌跡精確控制，可對影響巷道安全掘進的所有范圍進行準確探測，不會超出目標探測范圍，所有探測區(qū)域均有效。

3.6 補充精確的地質(zhì)資料

常規(guī)鉆探技術(shù)也可以提前揭露地質(zhì)構(gòu)造，補充地質(zhì)資料，但由于鉆探軌跡位置不可知，所以不能精確說明揭露的地質(zhì)資料的準確位置。千米定向鉆探技術(shù)，鉆探軌跡的每一點坐標都可準確測得，對于揭露的地質(zhì)情況，可以進行精確描述，詳細地補充了地質(zhì)資料。

3.7 鉆探作業(yè)安全性高

常規(guī)鉆探技術(shù)若發(fā)生孔底壓力，則會造成突然退鉆，容易給作業(yè)人員和設(shè)備帶來傷害。千米定向鉆探技術(shù)在鉆進過程中，始終保持夾持器夾緊狀態(tài)，當發(fā)生孔底壓力時，避免發(fā)生突然退鉆事故，提高了鉆探作業(yè)的安全性。

4 定向鉆探探水技術(shù)及其優(yōu)勢

定向鉆探探水技術(shù)即采用定向鉆機施工長距離鉆孔，探查采掘工作面前、下、上方或周邊可能存在的水體，如老空水、頂板水或底板承壓水等，通過施工的鉆孔也可進行注漿封堵水源或加固改造等。與常規(guī)鉆探相比，定向鉆探探水技術(shù)存在如下優(yōu)勢：

1）鉆孔成孔精度高，偏斜較小。根據(jù)常規(guī)鉆機的特點以及多年的井下探放水施工經(jīng)驗，常規(guī)鉆機施工過程中鉆孔的實際軌跡與設(shè)計軌跡偏斜較大，且在同一地點多次施工時容易產(chǎn)生串孔現(xiàn)象，往往達不到設(shè)計探查范圍或?qū)游?。而定向鉆機施工時，利用其螺桿馬達實時定向功能，能準確控制鉆孔鉆進軌跡，保證終孔位置準確，誤差較小。

2）探水鉆孔一次性探查距離遠。常規(guī)鉆機探查距離短，普遍在200～300m內(nèi)，采掘過程中為保障安全需要循環(huán)施工探放水鉆孔，其數(shù)量多，施工周期長，影響采掘接續(xù)。定向鉆機的鉆進能力強，成孔距離長，如礦區(qū)內(nèi)使用的ZDY6000LD型定向鉆機，一次性鉆進深度可達千米以上，大大減少了探水循環(huán)次數(shù)，保障了采掘效率。

3）鉆孔軌跡可人為控制，探查效率高。常規(guī)鉆機只能施工直線鉆孔，如當工作面掘進巷道前方存在老空水體時，需扇形或半扇形布置探水鉆孔進行探查，其鉆孔施工孔數(shù)較多，且存在一定的盲區(qū)不能完全排除水害隱患。而定向鉆機通過螺桿馬達定向功能，可施工弧形軌跡鉆孔，在掘進巷道前方形成圈閉，以排除水害隱患。

5 結(jié)語

由于定向鉆井技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣闊，并且未來發(fā)展趨勢異常良好，因此我們應(yīng)對其應(yīng)用于發(fā)展予以足夠的重視，通過加大技術(shù)投入力度的方式，對出現(xiàn)的問題迅速予以解決，并不斷攻克壽命短、造價高等難題，使其能夠真正為我國的能源工業(yè)發(fā)展起到強力的推進作用。

作者簡介

岳文波（1986.01-），安徽風(fēng)臺人，2009年7月畢業(yè)于淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦山地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)供職于中煤新集地勘公司劉莊礦項目部。endprint