煤礦井下隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用探究

李磊

摘 要：本文簡要闡述了隨鉆測量定向技術(shù)的應(yīng)用原理，并對隨鉆測量定向鉆進(jìn)工藝做出了分析，隨后進(jìn)一步探討了煤礦井下隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。以期通過本文的分析與研究，能夠?yàn)槊旱V井下作業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步完善提供相應(yīng)的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：煤礦；瓦斯抽采；隨鉆測量；定向鉆進(jìn)

中圖分類號：P634 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0180-02

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，促使對于煤炭等能源的應(yīng)用數(shù)量與范疇進(jìn)入到全新的階段。在煤礦井下開采環(huán)節(jié)中，隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用范圍也呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)展的趨勢，通過應(yīng)用此種技術(shù)，不僅能夠完成較硬煤層的瓦斯抽采，還能夠進(jìn)行地質(zhì)勘探等作業(yè)。因而對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究，便具有典型的現(xiàn)實(shí)價(jià)值與意義。

1 隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)原理

1.1 鉆進(jìn)技術(shù)

隨鉆測量定向鉆進(jìn)設(shè)備由兩部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且鉆進(jìn)設(shè)備是其中的基礎(chǔ)部分之一。應(yīng)用于煤礦作業(yè)中的隨鉆測量定向鉆進(jìn)設(shè)備，其鉆進(jìn)設(shè)備中涵蓋定向鉆機(jī)、泥漿泵以及馬達(dá)等部件。在鉆進(jìn)設(shè)備運(yùn)行過程中，泥漿泵通過對高壓水的輸送，使馬達(dá)能夠利用高壓水來完成驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而為鉆機(jī)的作業(yè)提供原動(dòng)力。在此過程中，鉆進(jìn)方向也由馬達(dá)進(jìn)行調(diào)控。

1.2 測量技術(shù)

除了鉆進(jìn)設(shè)備之外，隨鉆測量定向鉆進(jìn)設(shè)備中的另一大核心技術(shù)，便是測量技術(shù)。設(shè)備中的測量探管，可對鉆孔傾斜角、方位角以及工具面向角等進(jìn)行探測和接收，并由監(jiān)視器生成鉆孔路徑圖形。由此便可使之與設(shè)計(jì)路徑圖形做出實(shí)時(shí)比對，以此做出更為精確的調(diào)整，確保鉆孔路徑與設(shè)計(jì)路徑相同。

2 隨鉆測量定向鉆進(jìn)工藝分析

2.1 水平長鉆孔施工工藝

通常情況下，煤礦井下瓦斯抽采的技術(shù)人員，希望鉆孔作業(yè)能夠穿透更厚的煤層，并盡量確保鉆孔長度能夠最大限度的延伸，以此來確保瓦斯抽采作業(yè)的準(zhǔn)確與高效。同時(shí)，在進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造勘探過程中，若面對相對復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，要盡可能的對構(gòu)造障礙進(jìn)行避讓，來盡量增長鉆孔長度。而隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)，便可通過分支孔的開設(shè)，以及對地質(zhì)構(gòu)造所進(jìn)行的精確勘探等，來解決此類問題。同時(shí)，利用水平長鉆孔施工工藝，更能夠顯著提升煤層探測精度，實(shí)現(xiàn)鉆孔長度的進(jìn)一步延伸。

2.2 分支孔施工工藝

現(xiàn)階段，最為常用的煤礦井分支孔施工工藝為緩慢磨削法及反復(fù)磨削法。其中，緩慢磨削法即是利用鉆進(jìn)設(shè)備，進(jìn)行傾斜角度的作業(yè)，并直至鉆孔的生成。而反復(fù)磨削法即是在進(jìn)行緩慢磨削法的基礎(chǔ)上，當(dāng)鉆進(jìn)設(shè)備完全進(jìn)入到鉆孔之內(nèi)時(shí)，再由設(shè)備退出主鉆孔，并由此重復(fù)上述作業(yè)3-5次，且在后期進(jìn)行鉆桿的添加與鉆進(jìn)，直至全新的鉆孔生成。

3 隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 煤礦井下瓦斯的抽采

3.1.1 集束型定向鉆孔群抽采瓦斯

當(dāng)普氏硬度≤1，且集中連片、構(gòu)造簡易、便于成孔的煤層中，可采用此種集束型定向鉆孔群抽采技術(shù)。在實(shí)際操作中，可將多個(gè)多分支定向鉆孔，設(shè)定于統(tǒng)一的鉆場之中，并將主孔盡量設(shè)定在同一區(qū)域內(nèi)，以此便于對其進(jìn)行歸納與收集。同時(shí)，在此過程中，主鉆孔及分支孔也將呈現(xiàn)扇面形式，與地面做相對平行狀。直至日前，此方案在我國煤炭行業(yè)中，得到了極為廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)在現(xiàn)階段的煤礦瓦斯抽采作業(yè)中，應(yīng)用率已超出37%，并且，集束型定向鉆孔群抽采瓦斯技術(shù)所形成的鉆孔深度較深，孔徑具有較高的可控性，這也使得對于瓦斯的抽采數(shù)量，可達(dá)到普通鉆孔方式的3—5倍。

3.1.2 梳狀定向鉆孔遠(yuǎn)距離卸壓抽采瓦斯

當(dāng)普氏硬度<1，且煤層質(zhì)地較為松軟時(shí)，利用水鉆在煤層上便會(huì)出現(xiàn)成孔難等問題，這使得定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用便成為必然。由此，便可對煤層頂板進(jìn)行梳狀鉆孔，及煤層瓦斯的抽采。其實(shí)際操作內(nèi)容為：將處于水平位置的長鉆孔設(shè)定于煤層頂板位置，且通過由內(nèi)及外的順序以及相同的間距，將分支鉆孔設(shè)定于煤層頂板垂直向下的位置處，如此所形成的鉆孔便呈現(xiàn)梳狀分布，故稱其為梳狀定向鉆孔技術(shù)。在此過程中，若煤層透氣性相對較差，則可在梳狀鉆孔工藝的基礎(chǔ)上，實(shí)施壓裂作業(yè)，以此促使煤層具有相對較好的透氣性，以進(jìn)一步提升瓦斯抽采的效率。此種梳狀定向鉆孔技術(shù)所具有的優(yōu)勢較為明顯，不僅能夠擴(kuò)大煤層瓦斯的抽采量，且持續(xù)的時(shí)間相對較長。如此既有效解決了煤層因松軟所引起的成孔難問題，又能對采空區(qū)瓦斯大量聚集的風(fēng)險(xiǎn)，做出有效的前期預(yù)防措施，使其成為松軟煤層瓦斯開采的上佳技術(shù)形式。

3.1.3 上下部聯(lián)合瓦斯抽采

將煤礦地表直井與地下水平定向長鉆孔相結(jié)合，由此便可構(gòu)成具有立體化效果的聯(lián)合抽采體系。在此種聯(lián)合型技術(shù)形式中，不僅地下水平定向長鉆孔可充分展現(xiàn)出其抽采優(yōu)勢，且通過與地表直井的有效結(jié)合，更能使聯(lián)合抽采技術(shù)逐步趨于完善。并且，此種聯(lián)合型技術(shù)工藝更是具備較強(qiáng)的安全系數(shù)及較低的成本，因而不會(huì)造成煤層結(jié)構(gòu)的破壞。

3.2 煤礦井下地質(zhì)勘探

在煤礦開采環(huán)節(jié)中，井下地質(zhì)勘探的重要性不言而喻。井下煤層從布局、深度、厚度以及實(shí)際構(gòu)造形式等，都是地質(zhì)勘探作業(yè)的實(shí)際工作，也是確保煤礦順利開采的前提與基礎(chǔ)。通常情況下，煤礦開采前所進(jìn)行的地質(zhì)勘探工藝多為：地面或井下鉆孔勘探法、巷道掘進(jìn)法等。但傳統(tǒng)工藝在實(shí)際應(yīng)用中，都存在著不同程度的問題，影響或制約著地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的精確性。例如，地面鉆孔法所勘探的范圍相對較大，但勘探信息的精確度較低，又如，井下鉆孔法所勘探的范圍較小，更是無法進(jìn)行長距離的精確勘探，而巷道掘進(jìn)法更是無法做出較好的煤層預(yù)測，致使其危險(xiǎn)系數(shù)相對較高。而隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)則能夠解決井下地質(zhì)勘探中所存在的諸多問題。其既能夠?qū)γ簩拥刭|(zhì)情況做出精確性的前期確定，又能獲取地質(zhì)構(gòu)造信息，從而將勘探范圍顯著擴(kuò)展，使長距離精確勘探成為可能。

3.2.1 地質(zhì)構(gòu)造的勘探

隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)，可通過測量功能，在實(shí)際勘探環(huán)節(jié)中，對所涉及到的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行三維坐標(biāo)的設(shè)定與記錄。隨后，利用鉆機(jī)進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造點(diǎn)位置處分支孔的開設(shè)，當(dāng)分支孔與地質(zhì)構(gòu)造點(diǎn)相遇時(shí)，再次進(jìn)行三維坐標(biāo)點(diǎn)的記錄，由此，便可對構(gòu)造點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)模型的建立，使地質(zhì)構(gòu)造的分布情況得到立體式呈現(xiàn)。

3.2.2 對煤層厚度及走向進(jìn)行探測

在進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)勘探過程中，在主鉆孔以相同間距設(shè)置出大量的煤層頂板或底板分支鉆孔。在鉆孔與煤層頂板或底板相遇時(shí)，便對其坐標(biāo)進(jìn)行記錄，并由此所記錄的坐標(biāo)與地面之間的距離進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以此確定出相對標(biāo)高，并依照標(biāo)高測算出煤層是否存在傾斜情況，以及其實(shí)際傾斜的角度，由此對煤層的走向進(jìn)行分析與研究。

3.3 煤礦井下水害的防治

在進(jìn)行煤礦資源開采過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象或作業(yè)中有大量廢水生成，這使得礦井采空區(qū)極易存在較多積水，不僅影響到煤礦開采的效率，更會(huì)由此產(chǎn)生較大的安全隱患。而通過采用隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)，便可進(jìn)行采空區(qū)的定向鉆孔，以此確保積水的有效排放。

3.3.1 井下定向鉆孔探放水

此種方法是煤礦井下水害防治措施中應(yīng)用最為廣泛，且效果最為明顯的一類。對于隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)而言，其能夠精確測量與控制鉆孔路徑，因此，在探放水操作中占據(jù)較為明顯的優(yōu)勢，以此最大程度的將煤層底板位置處的積水有效排放。

3.3.2 煤層底板的井下定向鉆孔注漿加固

對煤層底板進(jìn)行注漿加固，其根本目的在于對煤層底板進(jìn)行透水或崩塌現(xiàn)象等的預(yù)防。其操作流程為：優(yōu)先設(shè)定預(yù)定施工水平面，并采用定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行造斜鉆孔的設(shè)定，且在需要進(jìn)行加固的位置上方進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。隨后，對鉆孔采取高壓注漿作業(yè)，并將煤層底板位置處的裂紋等進(jìn)行及時(shí)的填補(bǔ)，以此確保煤層具備良好的防水效果。通過在眾多煤礦井下水害防治工作中的應(yīng)用表明，此種定向鉆孔注漿法可顯著改善煤礦水害的生成。

4 結(jié)語

隨著煤炭資源應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用數(shù)量的遞增，促使隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下開采作業(yè)中得到了更為深入的應(yīng)用。同時(shí)，由于隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)所具備的多種應(yīng)用內(nèi)容，也使其在確保井下水害得以避免的同時(shí)，大大提高了煤礦井下開采作業(yè)的生產(chǎn)效率，保障了煤礦開采過程中作業(yè)人員的人身安全，這也使其逐步成為現(xiàn)階段加速我國煤礦行業(yè)發(fā)展的技術(shù)形式之一。

參考文獻(xiàn)

[1]韋源生.隨鉆測量在煤礦開采中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2016，35（12）：57-59.