淺談水平定向鉆進技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探中的應(yīng)用

摘 要：定向鉆孔技術(shù)具有著對鉆孔軌跡進行精確控制的作用。從煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探工作的實際情況來看，水平定向鉆孔技術(shù)可以有效滿足煤礦對探明地質(zhì)構(gòu)造的要求。本文主要對水平定向鉆進技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探領(lǐng)域的應(yīng)用形式和應(yīng)用實踐等問題進行了探究。

關(guān)鍵詞：水平定向鉆進技術(shù)；地質(zhì)構(gòu)造勘探；定向鉆孔數(shù)據(jù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.096

0 前言

煤礦井下高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的全面推廣，讓煤礦井下煤層地質(zhì)構(gòu)造勘探工作成為了煤礦安全高效開采的主要影響因素?，F(xiàn)階段三維地震法和地質(zhì)雷達等物探手段已經(jīng)在斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)的勘探過程中得到了運用。為了給礦方施工提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)，相關(guān)人員也可以將水平定向鉆進技術(shù)應(yīng)用于煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探工作之中。

1 水平定向鉆進技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探領(lǐng)域的應(yīng)用形式

從煤礦井下定向鉆進技術(shù)的工作原理來看，彎外管孔底螺桿馬達的應(yīng)用，可以讓高壓水成為驅(qū)動孔底馬達帶動鉆頭回轉(zhuǎn)的工具。與之相關(guān)的有線隨鉆測量技術(shù)發(fā)揮著傳輸孔底信息的作用。在借助孔口監(jiān)控設(shè)備檢測鉆孔軌跡的同時，人們可以通過對螺桿馬達工具面向角進行調(diào)整的方式，改變鉆孔傾角和方位角的數(shù)值，進而對鉆孔的軌跡變化進行控制。根據(jù)不同煤礦在地層條件方面的差異性，定向鉆進技術(shù)主要應(yīng)用在了地質(zhì)構(gòu)造勘探、煤層及高位瓦斯抽采工作之中。

（1）地質(zhì)構(gòu)造勘探定向鉆孔。在相關(guān)人員對煤礦地質(zhì)情況缺乏掌握的情況下，他們可以借助地質(zhì)構(gòu)造勘探定向鉆孔形式探測地質(zhì)情況，以便降低煤礦的開采成本?，F(xiàn)階段煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探工作主要涉及到了以下因素：一是煤層頂?shù)装遄呦虻目睖y工作；二是陷落柱的探測工作；三是斷層構(gòu)造的探測工作；四是地質(zhì)體邊界和煤層傾角的探測工作。（2）瓦斯抽采定向鉆孔。瓦斯抽采定向鉆孔主要應(yīng)用于井下煤層氣的抽采鉆孔工作。集束型瓦斯抽采定向鉆孔形式、梳狀抽采瓦斯定向鉆孔形式和頂板高位抽采鉆孔形式為瓦斯抽采過程中所常用的定向鉆孔形式。

2 水平定向鉆進技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造領(lǐng)域的應(yīng)用實踐與鉆孔設(shè)計依據(jù)

（1）煤礦地質(zhì)地層特征分析與鉆孔設(shè)計依據(jù)。以某地煤田的煤礦地質(zhì)特征勘探工作為例，該地的斷層走向為NE30°，傾向為NW，傾角為70°，落差和延伸長度分別為350m和10km。這種斷層走向?qū)γ簩託獬刹鼐哂幸欢ǖ目刂谱饔?。在這一區(qū)域中也存在有石門上向斜、蒲池背斜和蒲池西背斜等多種地質(zhì)形態(tài)。除此以外，該地煤層起伏較大的問題也給巷道開拓和煤層開采工作帶來了一些不利的影響。針對這一區(qū)域地下煤層所表現(xiàn)出來的易塌孔和易噴孔的問題，相關(guān)人員將定向鉆孔布置在了頂板之中，并在向上到煤層以后使用開分支孔重新探煤的鉆孔形式。

這一鉆場區(qū)域的地層起伏傾角較大，且為負(fù)角度，在鉆探施工工作開展過程中，相關(guān)人員需要在注重鉆探軌跡控制的基礎(chǔ)上，為排渣的順暢性提供保障，在鉆進至探煤點以前，相關(guān)人員需要及時在這一區(qū)域預(yù)留分支點。

（2）定向鉆孔施工工藝的應(yīng)用實踐。從這一區(qū)域的實際情況來看，為滿足鉆探施工的要求，相關(guān)人員采用的定向鉆機為ZDY6000LD型定向鉆機。此類鉆機的額定轉(zhuǎn)矩的最大值為6000至1600N·m，定向鉆進轉(zhuǎn)矩為3000-800N·m。由于該區(qū)域煤層起伏相對較大，因而鉆孔設(shè)計可以為探測主運和輔運巷道掘進方向的煤層趨勢提供保障，也可以為抽掘采銜接工作的開展提供一定的依據(jù)。這一區(qū)域煤層瓦斯壓力較大，且易于破碎，本煤層的施工難度相對較大，因而在勘測階段，相關(guān)人員采用的是前進式開分支的絕緣方法。根據(jù)鉆孔開孔設(shè)計的設(shè)計參數(shù)，回轉(zhuǎn)鉆進工藝鉆進12m開孔成為了勘測階段所使用的主要施工方式。調(diào)整工作面的措施如下所示：首先，在鉆機每鉆6m以后進行一次停泵測量工作，這一階段相關(guān)人員需要借助軌跡控制方法完成工具面的調(diào)整，在工具面調(diào)整工作完成以后，相關(guān)人員會通過加鉆桿繼續(xù)鉆進的方式開展新一次的測量工作。

（3）定向鉆孔數(shù)據(jù)分析。在本文所涉及到的煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探案例中，相關(guān)人員共對4個定向鉆孔進行了施工，其中T5鉆孔的施工方位為90°，孔徑為96mm。T4鉆孔的施工方位角為103°；T1和T2使用的是經(jīng)過了梳狀孔前進式開分支方式，下表所示的內(nèi)容為定向鉆孔施工的施工統(tǒng)計結(jié)果：

根據(jù)表格中所反映的信息，輔運石門煤層傾角值為-19.73°。主運與輔運之間的煤層傾角值為9.72°。對此人們可以借助均角全距法等研究方法確定煤層與底板分界點之間的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，原鉆孔軌跡中的開分支探頂方法是三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)體系構(gòu)建過程中所不可忽視的內(nèi)容。

3 結(jié)論

定向鉆進技術(shù)具有著精確鉆孔軌跡的作用，從煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探工作的實際情況來看，人們可以在通過原鉆孔軌跡中開分支多次探頂?shù)姆绞酱_定煤層與底板分界點的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在鉆場區(qū)域地層起伏傾角較大的情況下，相關(guān)人員需要在注重鉆探軌跡控制的基礎(chǔ)上，為排渣的順暢性提供保障。

參考文獻：

[1]杜利猛，石浩，姚盼盼，呂軍鋒.水平定向鉆進技術(shù)在胡底煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014（06）：38-43.

[2]王躍東.復(fù)雜地質(zhì)條件礦井水平定向鉆進施工技術(shù)分析[J].山西大同大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（03）：69-71.

作者簡介：吳曉康（1986-），男，山西襄汾人，碩士，地質(zhì)測量部主任，工程師，研究方向：煤礦地質(zhì)防治水。