定向長鉆孔技術在鐵礦井下防治水鉆孔施工中的應用

于 壯，劉金濤

（河鋼集團礦業(yè)公司司家營南區(qū)礦山分公司，河北 唐山 063700）

隨著這些年各個鐵礦區(qū)礦井開采的范圍和深度的增加，礦區(qū)內部面臨的水害問題也越來越突出，為了防止這些水害事故的發(fā)生，我們需要采取一定的防水措施來保證鐵礦井的采礦安全，而定向長鉆孔技術就是防止水的措施之一。根據(jù)“鐵礦防治水規(guī)定”，再結合各個礦區(qū)的水害特征，常規(guī)的防止水措施已經無法解決問題，仍然存在一部分明顯的弊端，比如說它的探測范圍比較有限、存在視野盲區(qū)[1]、鉆孔的數(shù)量較多然而精確性較差等等。然而隨著定向長鉆孔技術的出現(xiàn)以及投入到礦井的實際應用，這種效率高、精準度高的鉆孔技術已經越來越受到鉆孔人員的認可，它在鉆孔應用的過程中取得了不少成就并解決了不少實際的水害隱患。所以，將定向長鉆孔技術投入到鐵礦井下防治水鉆孔施工的應用，將是以后鐵礦鉆孔的趨勢之一，這對推進鐵礦防治水應具有重要意義[1]。

1 定向長鉆孔技術的概念及優(yōu)勢

概念：定向長鉆孔技術就是采用定向鉆孔施工長距離鉆孔，它能探查出鉆孔施工上下四方可能會存在的水體，比如說老空水、頂板水以及底板水等等，在采用定向鉆孔技術后，它不僅能利用封漿堵住水源，還能夠進行加固改造等一系列工作。

優(yōu)勢：和傳統(tǒng)的鉆孔技術相比，有三點優(yōu)勢比較突出。

1.1 鉆孔的成孔精度較高，偏斜的程度也比較小

根據(jù)常規(guī)的鉆孔機的特點和多年來對鐵礦井探測水的作業(yè)經驗，常規(guī)式的鉆孔機在實際的鉆孔過程中很容易出現(xiàn)偏斜，和原本預計的軌道偏差較大，并且在同一處施工的地方還經常出現(xiàn)串孔的現(xiàn)象，經常不能夠達到預定的探查范圍和層次。而在采用定向長鉆孔技術之后，利用其自身的螺桿馬達實時的定位功能，能夠輕易并且準確的保持鉆孔軌跡，最終達到預期的效果，也就是位置準確，誤差較小。

1.2 探測水鉆孔的一次性探測距離較遠

常規(guī)的鉆孔機探測的距離較小，通常只有200到300的距離，在鉆孔過程中還要為了保證采掘安全需要不斷的施工探放水鉆孔，水鉆孔的數(shù)量多且雜，施工的周期也比較長，嚴重影響了采掘進度。而定向長鉆孔機的鉆孔能力較強，成孔之間的距離也比較長，比如說采取礦區(qū)內經常使用的ZDY6000LD型鉆孔機之后，它的一次性鉆孔深度能夠達到上千米，不僅保證采掘的效率，還很大程度上減小了探測循環(huán)[2]的次數(shù)。

1.3 定向長鉆孔機的探測效率較高且它的鉆孔軌跡可以認為控制

常規(guī)的鉆孔機只能進行直線鉆孔，如果在工作面掘進巷道前面有老空水存在時，需要對其進行半扇形或者扇形探水鉆孔探查，在鉆孔施工種，不僅需要的鉆孔較多，還存在著一定的視野，根本很難排除水體危害。而定向長鉆孔技術可以利用自身的螺桿馬達的定向功能，在施工過程中采取弧形軌跡，在掘進巷道前形成一個圈閉，很大程度能夠排除水體隱患[2]。

2 定向長鉆孔技術的具體應用

2.1 在探查老空水方面

老空水主要存在鐵礦周圍的窖中、礦井本身的采空區(qū)域或者在空區(qū)域相連的巷道內，存在的位置往往比較高，而且這種水體的集合形態(tài)也很不規(guī)則，在礦井的采掘過程中和這種水體空間關系也是相當復雜，由于多方面原因，缺乏對老空水方面的具體資料，很難判斷它的水體分布情況。老空水的分布較為集中，相互間的水壓傳遞相當之快，在采掘過程中一旦接近，老空水便會一觸即發(fā)，盡數(shù)崩潰而出，發(fā)生大規(guī)模的透水事故。而且這種積水不光只存在于地下水豐富的區(qū)域，在較為干旱的礦區(qū)也普遍存在，是各種礦井下很難避免的一種水害，尤其是在兼并重組的礦井中老空水尤為突出，是礦井防止水的工作重點。采用定向長鉆孔技術是避免老空水害的可靠途徑，能夠很大程度上避免這種水害。在采用定向鉆孔技術后，利用自身的實時探查功能，提前將它放入到老空水的探測區(qū)域中，然后研究關鍵技術，通過定向鉆孔機的精準探查，實現(xiàn)對老空水的預防。

2.2 在探查頂板水方面

定向鉆孔技術在探查頂板水方面具有很大的優(yōu)勢，不僅能夠擴展面積，還能夠在很長一段時間內疏放頂板水，通過采用定向鉆孔技術，將工作面上的頂板水有效的進行了疏散，在礦井的采掘過程中讓頂板水能夠得到控制[3]。

2.3 在探查底板水方面

要精確的探查底板水需要用較為成熟測控技術作為基礎，通過對定向鉆孔的軌跡來實現(xiàn)對精準度的控制，最終達到能夠探測到底板水或者有疑似底板水存在的目的。

3 定向長鉆孔技術存在的問題和解決措施

在鉆孔的施工過程中務必要和采空區(qū)巷道貫通起來，這就暴露出對鉆孔的精準度要求較高、鉆孔在和巷道貫通時容易出現(xiàn)的水體瞬間涌出而造成的卡鉆事故和水頭壓力過高而如何保障安全等問題，就這些問題，筆者采取了以下幾點措施來保證鉆孔的施工安全。

（1）在鉆孔施工過程中，施工人員遵循“鐵礦防治水規(guī)定”的要求，安裝好防噴裝置和反壓裝置，以此防止水體崩潰時對施工人員造成危害。在啟動螺桿鉆具時，如果鉆具還處在井底，就必須要向上提起0.3米到0.6米，開泵時要記下壓力表的讀數(shù)，并且要和計算的壓力值比較，如果比較結果有出入也是正?，F(xiàn)象，因為這是由鉆頭的側鉆引發(fā)的。

（2）鉆頭在鉆進時要嚴格按照要求加壓，在使用螺桿時要注意鉆進的參數(shù)要和鉆進的推薦值相同，然后螺桿鉆具逐漸加壓，增加馬達扭矩，泵壓也隨之升高，要注意升高的泵壓要和規(guī)定的馬達壓降值相同，這個壓力表增大的數(shù)值能夠反映出馬達上的負載是否正常，還能夠看出鉆壓是否適合，所以務必要把鉆壓保持穩(wěn)定，把泵壓控制在推薦的范圍以內。在鉆孔的封孔時要嚴格按照標準執(zhí)行，封孔候凝結束之后還要對其進行打壓試驗，要打壓合格了才能下鉆具繼續(xù)鉆進。

（3）為了避免鉆孔和采空區(qū)巷道相通而造成的水崩事故，在定向鉆進距離靶點10米時必須停止轉動，并采用回轉鉆具，利用回轉鉆具才能和靶點相通。在鉆進的過程中，若是循環(huán)壓力要比計算值低，那就很可能是鉆桿出現(xiàn)了損壞。若是比計算值高，則表明由于側鉆造成壓力的問題已經排除，如果仍是高于計算值，就很可能是轉動軸處出現(xiàn)了卡死，遇到這種情況，如果地面上無法排除，就要立即起鉆。

（4）鉆孔的開孔要嚴格按照之前設計的坐標進行，不能有任何偏差，而且在開孔后還需要專業(yè)人員對開孔的區(qū)域進行復查，通過復查的開孔坐標制出鉆孔的平面圖[3]和側面圖，以此來保證開孔處的準確性。在實際的定向鉆孔中，會遇到很多原因導致停鉆，如果鉆頭卡住，要采用大幅度上下活動鉆具方式取出鉆頭，而不是采用循環(huán)轉盤的方式，因為這樣會造成臺階。在活動鉆具時，為了防止鉆具卡住，接單根要快速。

（5）鉆孔的施工過程中每隔一百米就要采用兩根及以上的測量短節(jié)對鉆孔的軌道進行復查，復測的軌跡和實際的軌跡進行對比，如果對比兩者之間的差值兩次都在1%以內，就用兩次對比的平均值作為實際的坐標計算數(shù)值，如果兩次比較超過了1%，則需要查明原因后再對其進行取值。

4 總結

定向鉆孔技術現(xiàn)在廣泛運用在煤礦的瓦斯抽放以及石油鉆探等領域，在2008年五月份，螺桿鉆具配套機具及測量系統(tǒng)結合起來，完成了深度超過1千米水平定向鉆孔，這一組合起來的綜合鉆孔技術讓國產的鉆孔技術有了新的突破，之前的鉆孔機在深孔注漿以及防止水方面并不完善，然而這種定向鉆孔機的出現(xiàn)，讓它在礦井的防水方面起到了很大的作用，不僅彌補了之前的技術空白，還將鉆井技術提升到了另一個高度。本文從定向長鉆孔技術的優(yōu)勢出發(fā)，較為詳細地闡述了它在鐵礦井下的防止水應用，最后對定向鉆孔需要注意的幾點提出了一些措施，希望通過本文的闡述，能對定向鉆孔技術在鐵礦中的實際應用具有一定借鑒意義[4]。