定向鉆孔技術(shù)在煤礦水害治理中的應(yīng)用

文/何伯穩(wěn)（淮北礦業(yè)<集團(tuán)>有限責(zé)任公司技術(shù)中心）

近水平定向鉆孔技術(shù)是指利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用專用工具使水平鉆孔軌跡按設(shè)計要求延伸鉆進(jìn)至預(yù)定目標(biāo)的一種鉆探方法[1]。目前隨著我國煤礦開采范圍、強度及區(qū)域的逐年增加，對于工程量、成本、工期等方面的考慮要求應(yīng)用定向鉆技術(shù)。多年來各國學(xué)者從不同的角度研究解決老空水在礦井生產(chǎn)中的危害，其中最具代表性的成果也是采用定向鉆技術(shù)。在總結(jié)試驗結(jié)果和比對現(xiàn)場特征的基礎(chǔ)上，定向鉆孔技術(shù)已成功應(yīng)用于老空水遠(yuǎn)距離探放鉆孔、煤層底板灰?guī)r水疏放鉆孔、精準(zhǔn)對穿巷道疏放水鉆孔等領(lǐng)域，革新了傳統(tǒng)方式，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)與安全效益。

一、定向鉆技術(shù)理論

定向長鉆孔主要采用隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)完成，即利用具有大機(jī)身調(diào)角范圍和主軸抱緊功能的定向鉆機(jī)夾緊由螺桿馬達(dá)、下無磁鉆桿、孔內(nèi)隨鉆測量儀器、上無磁鉆桿和中心通纜式鉆桿等組成的孔內(nèi)定向鉆具，通過正轉(zhuǎn)孔口鉆具（鉆桿柱）來調(diào)整螺桿鉆具上造斜件的工具面向角，使其朝向預(yù)定方向，然后泥漿泵提供的高壓水通過送水器、中心通纜鉆桿進(jìn)入孔底馬達(dá)內(nèi)驅(qū)動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)切削煤巖層。鉆進(jìn)過程中整個鉆桿柱不旋轉(zhuǎn)，僅孔底馬達(dá)帶動鉆頭回轉(zhuǎn)碎巖鉆進(jìn)[2]。

而鉆孔軌跡控制主要通過改變孔底馬達(dá)彎角的方向（即工具面向角）來實現(xiàn)。系統(tǒng)中隨鉆測量探管將鉆孔的傾角、方位角和工具面向角等數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)娇卓谟嬎銠C(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，形成鉆孔實鉆軌跡并顯示。根據(jù)設(shè)計軌跡與實鉆軌跡偏斜狀況，調(diào)整工具面向角以達(dá)到調(diào)整鉆孔軌跡的目的，保證鉆孔軌跡沿預(yù)定方向延伸[3]。

二、定向鉆技術(shù)的應(yīng)用

1.楊柳煤礦103 采區(qū)總回風(fēng)巷順灰?guī)r定向探放水鉆孔

由于楊柳煤礦103 采區(qū)太灰和奧灰存在水力聯(lián)系，疏降底板太灰水進(jìn)一步拉動奧灰含水層水位，所以需進(jìn)一步查明、治理該區(qū)域太灰、奧灰水力聯(lián)系通道。

103 采區(qū)總回風(fēng)巷順灰?guī)r定向探放水鉆孔施工2 個鉆孔，目標(biāo)層位是距10 煤底板72～80m 的三灰層位中，1 號鉆孔以-7°開孔，距巷道底板1.2m，2 號鉆孔以-5°開孔，距巷道底板1.4m。

施工鉆孔主要經(jīng)過層厚分別為26m 的砂巖、7m 的泥巖、1.9m 的一灰、2.5m 的泥巖、2.9m 的二灰、4.6m 的砂巖進(jìn)入層厚7.3m 的三灰，順三灰?guī)r層施工至終孔。1 號鉆孔施工期間出現(xiàn)斷層情況，鉆孔在410m 處斷層，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確跟層，為防止誤穿4 灰，決定提鉆，此時鉆孔出水量約30m3/h。2 號孔施工時，由于有了1#鉆孔施工經(jīng)驗以及斷層的大致走向，鉆孔施工了656m，鉆孔在550m處出水量約30m3/h，此時2 個鉆孔的出水量已達(dá)到礦方設(shè)計要求，最終鉆孔施工至656m，鉆孔出水量32m3/h。

2. 楊莊煤礦Ⅲ610 工作面底板灰?guī)r水遠(yuǎn)距離定向疏放鉆孔

楊莊礦Ⅲ610 工作面為采區(qū)煤柱工作面，受底板灰?guī)r水危害巨大。為確保工作面安全回采，需要在收作線以外施工一個超長放水鉆孔對回采范圍的一灰水進(jìn)行疏放。鉆孔施工難度大，工藝復(fù)雜，需要穿過采空區(qū)底板破碎帶及兩層煤線，必須嚴(yán)格控制鉆孔軌跡施工至灰?guī)r富水區(qū)，設(shè)計護(hù)壁管和止水管超長。工作面雖已施工21 個放水孔，但是Ⅲ610 工作面太灰補給充分，水位恢復(fù)速度快，給疏干開采帶來困難。采用定向鉆孔技術(shù)，在Ⅲ610風(fēng)巷工作面收作線以外施工了一個長度264m 的定向鉆孔，該孔順一灰10m，終孔位置與設(shè)計相比，左右偏差0.3m，上下偏差0.2m，精確施工到設(shè)計靶點，單孔出水量40m3/h，徹底消除了Ⅲ610 工作面底板一灰水害。

三、結(jié)語

定向鉆能夠有效地解決普通鉆孔的無法控制軌跡、鉆孔軌跡偏差大等問題，既能精準(zhǔn)施工至靶點，又節(jié)省單

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（上接第42 頁）獨做巷道的成本，具有勞動強度小、工期短等優(yōu)勢，值得進(jìn)一步深入研究。定向鉆孔技術(shù)在煤礦水害治理中的成功應(yīng)用，豐富和完善了煤礦水害治理的手段，延長了探放距離，效果明顯，對煤礦安全高效開采具有重大意義。