坑道鉆探技術(shù)發(fā)展及存在的問題

蓋曉松

摘 要：和地面煤田鉆探相比較，坑道鉆探在國內(nèi)起步較為遲緩，但在先進科技的驅(qū)動下，近些年該項鉆探技術(shù)在鉆探行業(yè)中的應(yīng)用范圍不斷拓展，成為煤炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。筆者通過回顧既往實踐歷程，查閱相關(guān)文獻資料，重點探究了幾種常用坑道鉆探技術(shù)的發(fā)展歷程，指出技術(shù)應(yīng)用階段暴露出的不足，并提出幾點可行的完善措施，以期對促進坑道鉆探推廣過程有一定助益。

關(guān)鍵詞：坑道鉆探技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;問題分析;措施探究

施工硐探、地質(zhì)補勘等是過往于礦井復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中找煤、采煤的常用手段，盡管以上技術(shù)應(yīng)用階段取得一定成效，但暴露出資金投入量高、周期漫長等不足，噬待改進。對礦井地質(zhì)、采礦工程設(shè)計要求及維持過程安全等視角分析，開展井下鉆探作業(yè)時推動采煤工作持續(xù)發(fā)展的重要支撐。因井下鉆探和地面鉆探在本質(zhì)上存在差異，需要特殊鉆探設(shè)施的輔助，故而促成了坑道鉆井技術(shù)。伴隨綜采工作面的建設(shè)，坑道鉆探應(yīng)用范疇逐漸拓展，且技術(shù)日益成熟，在促進國內(nèi)煤礦產(chǎn)業(yè)健康、長效發(fā)展方面發(fā)揮重大作用。

1 坑道鉆機

坑道鉆探操作空間窄小、設(shè)備設(shè)施移運難度大，通常在近乎水平向或斜行鉆孔，以上特征對坑道鉆機構(gòu)造形式形成較大影響。在該方面上，世界不同國家發(fā)展進度盡管參差不齊，但歷經(jīng)的流程大體一致，早期多用立軸式鉆機鉆井，逐漸被被動力頭式鉆機取代。我國在上個世紀(jì)80年代初期自主研發(fā)了全液壓動力頭式坑道鉆機[1]，發(fā)展至本年代末期已構(gòu)建了系列化生產(chǎn)模式，有MK、MYZ等諸多產(chǎn)品。90年代又有很大突破，品種類型增長，生產(chǎn)質(zhì)量顯著提升。

全液壓動力頭式鉆機持有的很多優(yōu)勢是立軸式鉆機無法毗鄰的，故而其有很大的推廣空間。但我們應(yīng)清晰認識到，為全面提升該類鉆機的應(yīng)用效率，需解除多種現(xiàn)實問題。首先，

立軸式鉆機在購置成本上占據(jù)優(yōu)勢，且維修技術(shù)要點易于掌握，故而當(dāng)下國內(nèi)很多企業(yè)依然持續(xù)使用該種鉆機。為推廣全液壓動力頭式鉆機，就一定要強化宣傳力度，引導(dǎo)企業(yè)不應(yīng)單純關(guān)注不同鉆機設(shè)備在成本上存在的差異，也要考慮優(yōu)化作業(yè)條件、提升鉆探整體效益等問題。其次，保證設(shè)備售后服務(wù)質(zhì)量，協(xié)助現(xiàn)場人員掌握準(zhǔn)確操作鉆機及常見故障的解除方法，并保證配件供應(yīng)的時效性。對該類鉆機自身整體分析后，我們發(fā)現(xiàn)盡管品種規(guī)格充實度有增加，但在齊全性方面始終占劣勢。

國內(nèi)大部分設(shè)備制造廠家為滿足市場需求而加大新產(chǎn)品的研發(fā)力度，規(guī)格品種不全的現(xiàn)狀逐漸被改善[2]。和國外同類產(chǎn)品相比，國產(chǎn)設(shè)備在運行安穩(wěn)性及自重方面不占優(yōu)勢，受主客觀多種因素的制約，以上這種差距短期內(nèi)無法整體解除，但我們詳細在多個專業(yè)技術(shù)人員的協(xié)同努力下，差距將會日益減縮。從宏觀層面上分析，國產(chǎn)鉆機整體構(gòu)造、液壓系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)成熟度已抵達很高層面上，后續(xù)工作的側(cè)重點是完善零部件的設(shè)計水平及生產(chǎn)工藝流程。創(chuàng)設(shè)相配套制造廠要完善坑道鉆機產(chǎn)品質(zhì)檢機構(gòu)，嚴格依照相關(guān)規(guī)范，做好各生產(chǎn)商鉆機設(shè)備品質(zhì)的檢測、驗收工作。

2 定向鉆進工藝

過往，國內(nèi)坑道鉆探施工工法在很長時間內(nèi)更新進度遲緩。比如，在70年代中期才陸續(xù)將金剛石鉆進、繩索取心發(fā)用于地面鉆探領(lǐng)域內(nèi)，到80年代末期，北京礦務(wù)局才率先使用坑道鉆探。定向鉆進、坑道鉆探兩種技術(shù)的發(fā)展路線很很大相似點，70年代末就有機構(gòu)開展了300m“水平鉆”相關(guān)的準(zhǔn)備工作，在后續(xù)十年中付出很多努力，但并沒有得到相關(guān)部門的肯定與支持，定向鉆進施工作業(yè)運行可謂是步履艱難。直至90年代初期，綜采技術(shù)推行階段對作業(yè)面及開采區(qū)中構(gòu)造物探測準(zhǔn)確度提出嚴格要求，水平長鉆孔技術(shù)逐漸被用于高瓦斯礦井生產(chǎn)進程中，這是坑道定向鉆進法被應(yīng)用的最強大動力。

90年代初期，撫順分院創(chuàng)建和鉆頭徑向破煤機制、鉆進軌跡調(diào)控相關(guān)的項目，該項目推進階段，以三彎矩方程法為支撐，測求出孔底鉆具的受力于變形狀況，構(gòu)建了徑向切削模型，參照過往實際鉆進材料，科學(xué)預(yù)估了鉆孔軌跡，使國內(nèi)坑道定向鉆進理論專研抵達了更高層面[3]。

近些年，國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)在定向鉆進工藝研究方面取得的成績是可喜可賀的，但我們應(yīng)認識到定向鉆進相關(guān)理論的研究力度應(yīng)持續(xù)被強化，并且促進理論研究與鉆探實踐整合過程，進而確保取得的研究成效能準(zhǔn)確指導(dǎo)鉆探實踐活動。定向鉆進工藝研究階段，相關(guān)人員應(yīng)予以孔壁穩(wěn)定性問題一定重視，特別是順沿煤層鉆進階段，一旦孔壁塌落，則將會直接擾亂鉆進計劃實施過程。針對地質(zhì)勘探鉆孔，推薦采用泥漿護壁與優(yōu)化排粉情況;針對瓦斯抽吸鉆孔工況，一方面要保證成孔的完整度，還需確保滲透率處于較高層面上。

3 鉆具

3.1 鉆桿

針對坑道鉆探施工階段，依照銜接形式的差異性，可以將鉆桿細化為兩種類型，一是接頭內(nèi)徑顯著大于鉆桿內(nèi)徑的裝置;二是接頭內(nèi)徑與鉆桿等同或偏大，即被叫做“外平”鉆桿?，F(xiàn)階段，全液壓動力頭式鉆機推廣力度不斷強化，后種鉆桿應(yīng)用頻率更高。對鉆桿規(guī)格大小加以分析，過往礦井生產(chǎn)階段多選用小內(nèi)徑淺鉆孔，φ42、φ50規(guī)格鉆桿就能順利完成鉆進作業(yè)。而現(xiàn)如今，鉆孔內(nèi)徑與深度指標(biāo)均有擴增，取芯形式也表現(xiàn)出多樣化特征，與之相對應(yīng)的是大內(nèi)徑常規(guī)鉆桿、繩索式取芯鉆桿陸續(xù)被用于礦井生產(chǎn)領(lǐng)域。

當(dāng)下，國內(nèi)對大內(nèi)徑重型繩索式取芯鉆桿的研發(fā)力度不足。因為在臨近水平孔鉆進階段，鉆桿和孔壁兩者形成了較大摩擦阻力，促進了鉆桿結(jié)構(gòu)的磨損過程，鉆桿的回轉(zhuǎn)阻力相應(yīng)上升，為保證采區(qū)地質(zhì)勘探工作順利、有效推進，就應(yīng)強化壁厚偏大、聯(lián)接強度高的大內(nèi)徑重型繩索式取芯鉆桿開發(fā)力度。

3.2 鉆頭

回顧過往數(shù)十年的坑道鉆探作業(yè)歷程，普遍采用的是硬質(zhì)合金鉆頭[4]。80年代末期，在繩索取芯技術(shù)的帶動下，金剛石鉆頭逐漸由地上推廣至井下。很多礦務(wù)局在瓦斯抽吸鉆孔實踐中，以金剛石鉆頭為支撐，攻堅了硬巖形成的阻礙。現(xiàn)如今，鉆頭型號呈多樣化特征，為坑道鉆探技藝及鉆進效率提升做出強大鋪墊。

硬質(zhì)合金鉆頭用于鉆井實踐中滯留的問題豬油有兩個：一是鉆頭構(gòu)件生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性不足;二是操作者技術(shù)水平偏低。位解除如上兩個問題，要求生產(chǎn)單位應(yīng)自覺完善內(nèi)部管理模式，健全相關(guān)技術(shù)方案，循序漸進強化產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。也要大力普及鉆探知識，整體提升操作人員的技術(shù)水平。

3.3 專用鉆具

比如，為保證鉆孔方向調(diào)控的精準(zhǔn)度，建議聯(lián)合選用穩(wěn)定組合鉆具、螺桿鉆具等;為大幅度提升鉆進于硬巖內(nèi)的作業(yè)效率，推薦使用液動沖擊器或風(fēng)動潛孔錘等。推廣新工藝技術(shù)階段，相關(guān)部門不能“拿來就用”，要結(jié)合具體工況做出調(diào)整，以從根本上保證專用鉆具使用過程安全性，為礦下鉆進、規(guī)范成孔。

4 結(jié)束語

歷經(jīng)40余年的發(fā)展歷程，國內(nèi)坑道鉆探工藝技術(shù)在發(fā)展進程中取得很大突破，但是我們還是要認識到技術(shù)應(yīng)用階段依然暴露出一定不足，應(yīng)持續(xù)強化新型鉆機的宣傳力度，促進坑道鉆機產(chǎn)品更新?lián)Q代進程，保證設(shè)備售后服務(wù)工作質(zhì)量，加強相關(guān)技術(shù)人員技術(shù)培訓(xùn);立足于市場需求，加大鉆探儀器新品種的研發(fā)力度。

參考文獻：

[1]張帥帥.鉆探物探一體化技術(shù)在煤礦水害探測中的應(yīng)用[J].礦業(yè)裝備，2019，41（06）：26-27.

[2]陳偉武.介休鑫峪溝煤礦地面2號注漿孔鉆探施工技術(shù)[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2019，46（09）：63-68.

[3]王江平.基于超前鉆探技術(shù)的煤礦防治水應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2019，42（15）：26-27.

[4]楊金亮.地質(zhì)勘查和深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬，2019，22（06）：106-107.

作者簡介：

李志鵬（1990- ），男，漢族，籍貫：河南省鞏義市，同煤集團地質(zhì)勘測處，本科，助理工程師。