煤礦井下定向鉆井技術(shù)在礦井地質(zhì)勘察中的運(yùn)用

鐘霄

摘要：近年來，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦的發(fā)展越來越迫切。因此，要加強(qiáng)定向鉆探技術(shù)的研究，合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，促進(jìn)我國煤炭工業(yè)綠色環(huán)保的發(fā)展，首先必須根據(jù)煤炭工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，改進(jìn)和優(yōu)化煤炭開采工作。在采礦工作中，技術(shù)人員要了解現(xiàn)場環(huán)境的特點(diǎn)，切實(shí)把定向鉆井技術(shù)與采礦工作結(jié)合起來，提高鉆井工作效率，提高煤炭工業(yè)的工作效率。

關(guān)鍵詞：定向鉆井技術(shù);煤礦開發(fā)及利用;地質(zhì)勘察;運(yùn)用

煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)主要用于礦山文地質(zhì)情況的探測(cè)和瓦斯抽放的檢測(cè)。當(dāng)它被用來探測(cè)礦井的地質(zhì)異常時(shí)，目標(biāo)的準(zhǔn)確性和井眼的鉆孔深度較高，但相對(duì)要求相對(duì)較低。定向鉆井設(shè)備由兩個(gè)部分組成，其中一個(gè)是鉆井設(shè)備。鉆井設(shè)備主要包括定向鉆機(jī)、泥漿泵、電機(jī)等部件。鉆井設(shè)備，將泥漿泵輸送到高壓電機(jī)，水驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)的鉆井方向由電機(jī)控制，通過改變電機(jī)的角度可以改變鉆頭的工作方向。測(cè)量技術(shù)是定向鉆井技術(shù)的關(guān)鍵部分。系統(tǒng)在測(cè)量系統(tǒng)中的傾斜角度、方位角和刀具角度等信息，通過通信電纜返回監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)生成的鉆井路徑。然后比較了實(shí)際的路徑圖和設(shè)計(jì)路徑圖，調(diào)整刀具面角，保證鉆孔路徑和路徑設(shè)計(jì)的一致。

一、定向鉆井技術(shù)的具體分析

定向鉆井技術(shù)是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的方向和軌跡鉆達(dá)目的層的鉆井工藝方法。該技術(shù)可以實(shí)時(shí)獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)，尤其是位置延伸和高密度鉆井更需要該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用;定向鉆井技術(shù)更加注重井眼質(zhì)量，該技術(shù)的進(jìn)步使得鉆井工作幅度越來越大，井眼軌跡越來越復(fù)雜的問題得到有效解決;定向鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了井下工具的一體化設(shè)計(jì)，在復(fù)雜鉆井工作、大斜度鉆井工作中可起到主導(dǎo)作用;定向鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息化設(shè)計(jì)，通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)的分析，控制鉆頭的方向、速率和力度，優(yōu)化了井下鉆頭工作，有效避免了井下事故的發(fā)生。定向鉆井技術(shù)有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，還可以靈活調(diào)整工作進(jìn)度，解決了煤礦開采行業(yè)的許多技術(shù)問題。定向鉆井技術(shù)的應(yīng)用不但提高了開采工作的工作效率，還實(shí)現(xiàn)了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少外界環(huán)境因素對(duì)開采工作造成的影響。做好定向鉆井技術(shù)的普及，可以促進(jìn)煤礦行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，也可以帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。近年來，我國社會(huì)進(jìn)展速度加快，科技水平得到了極大提升，煤礦行業(yè)的市場競爭逐步激烈，定向鉆井技術(shù)也得到了業(yè)界認(rèn)可，在國內(nèi)外的相關(guān)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。這一技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展，促進(jìn)了煤礦開采工作的有力進(jìn)行，減少了不必要的施工成本，提高了開采工作的效率，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)效益的提升。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，定向鉆井技術(shù)發(fā)揮了其有效作用，在較為復(fù)雜的環(huán)境情況下也能完成工作任務(wù)，同時(shí)操作方式簡單便捷，受到了技術(shù)人員的廣泛使用。

二、礦井井下定向鉆進(jìn)技術(shù)概述

2.1定向鉆進(jìn)技術(shù)工作原理

定向鉆進(jìn)主要由特殊的井下鉆孔工具、測(cè)量工具和工藝設(shè)備組合而成。定向鉆進(jìn)技術(shù)目前應(yīng)用于地質(zhì)勘探孔施工工作。定向鉆進(jìn)應(yīng)用的設(shè)備主要由定向鉆機(jī)、送水器、通信電纜、孔口計(jì)算機(jī)、下水磁鉆桿等部件組成。其工作原理主要利用孔底馬達(dá)旋轉(zhuǎn)等帶動(dòng)鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆頭對(duì)礦層的切削工作。鉆桿柱始終處于不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，只有馬達(dá)帶動(dòng)鉆頭鉆進(jìn)碎巖。利用測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)孔底信息的傳輸，再利用孔口的監(jiān)視器監(jiān)測(cè)鉆孔軌跡”。隨鉆測(cè)量技術(shù)直接把信息傳輸?shù)娇椎?，利用螺桿馬達(dá)對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行控制，通過改變鉆孔的方位角、傾角等確保鉆孔軌跡準(zhǔn)確鉆入靶點(diǎn)中網(wǎng)。設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡始終會(huì)與實(shí)際的鉆孔產(chǎn)生一定的偏差，所以就需要工作人員不斷的關(guān)注鉆孔情況，及時(shí)對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行調(diào)整，使鉆孔的軌跡能夠更好的向目標(biāo)方向延伸。

2.2定向鉆進(jìn)軌跡測(cè)量精度

定向鉆進(jìn)通過對(duì)孔深、方位、斜傾角的計(jì)算建立三維坐標(biāo)，使鉆孔的定向鉆進(jìn)軌跡測(cè)量精度更高。其計(jì)算原理是將鉆孔軸線分成很多小段，根據(jù)每一段端點(diǎn)的測(cè)斜數(shù)據(jù)，將每段鉆孔軸線的測(cè)量數(shù)值進(jìn)行疊加計(jì)算。在進(jìn)行軌跡測(cè)量計(jì)算時(shí)誤差應(yīng)盡量控制在合理的范圍內(nèi)。通過計(jì)算表明定向鉆進(jìn)軌跡測(cè)量系統(tǒng)能夠滿足地質(zhì)勘探施工精度的要求。

2.3定向鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

定向鉆進(jìn)技術(shù)是我國目前地質(zhì)勘探領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的探.測(cè)技術(shù)。通過有效的控制鉆孔的軌跡，能夠提高礦井井下勘探的工作效率，增加礦井井下作業(yè)的安全性。定向鉆進(jìn)技術(shù)有效的利用隨鉆測(cè)量技術(shù)和計(jì)算功能，能夠更精準(zhǔn)的構(gòu)造礦層的三維坐標(biāo)。并且可以設(shè)計(jì)多個(gè)分支孔，計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過反復(fù)的勘探測(cè)量分支等獲得多組三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)性。再通過對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多點(diǎn)的連接、統(tǒng)計(jì)工作，最終能夠繪制出該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造空間分布情況。如斷層、陷落柱、采空區(qū)的空間分布情況，有效在實(shí)際施工中避免對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，提高礦井生產(chǎn)的工作效率。

三、定向鉆進(jìn)技術(shù)在礦井地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

煤礦井下煤層的煤層厚度、煤層走向及煤層地質(zhì)異常等信息可以利用地面鉆孔探測(cè)獲得，地而鉆孔可以獲得大范圍內(nèi)的煤層信息.但是對(duì)局部范圍的信息獲取準(zhǔn)確性交底，只能得到揭露煤層的信息，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層信息的超前探測(cè)。利用定向鉆孔可以提前探測(cè)到煤層的地質(zhì)信息，利用前進(jìn)式開分支施工工藝展開施工，可以確定煤層頂?shù)装宓臉?biāo)高，探測(cè)到煤層構(gòu)造的具體情況。

3.1探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造

利用隨鉆測(cè)量技術(shù)及計(jì)算功能，可以計(jì)算出地層構(gòu)造的三維坐標(biāo)，然后可以在已探明構(gòu)造點(diǎn)鉆孔部位設(shè)計(jì)多個(gè)分支孔，利用定向開分支技術(shù)計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。最后.對(duì)獲得的多組二維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)展開分析，就可以勾勒出該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際空間分布情況。

3.2探測(cè)工作面煤層厚度與走向

在定向主鉆孔中應(yīng)該按照相應(yīng)距離來設(shè)置不同探頂和探底分支鉆孔，如果分支鉆孔鉆遇到了煤層頂板或者煤層底板，這時(shí)可以充分利用儀器得到的數(shù)據(jù)對(duì)鉆與頂板、底板相應(yīng)點(diǎn)的上下位移進(jìn)行計(jì)算，然后將其轉(zhuǎn)化成該點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)高，然后按照相對(duì)標(biāo)高的順序?qū)⒍鄠€(gè)探頂板、探底板分連在一起，這樣就可以計(jì)算得到鉆煤層傾角，最后結(jié)合煤層傾角.走向之間的關(guān)系可以得到工作面煤層的具體走向。煤層厚度探測(cè)也可以按照上面提到的方法進(jìn)行。

3.3陷落柱勘探

陷落柱多發(fā)勘探區(qū)域多數(shù)情況下位于煤層水平面以上，這種情況下利用定向鉆進(jìn)技術(shù)可以保證命中靶點(diǎn)的精確性，在實(shí)際煤層施工過程中如果突然遇到鉆孔返渣見破碎巖粒、卡鉆蹩泵等現(xiàn)象，說明探測(cè)過程中鉆頭遇到了陷落柱，這時(shí)可以有效利用隨鉆系統(tǒng)，仔細(xì)的測(cè)量每個(gè)見陷落柱點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而繪制出煤層采掘平面圖中陷落柱的分布，進(jìn)而為煤礦安全施工提供指導(dǎo)。

3.4巷道斷層勘探

在開掘松軟煤層巷道的過程中，需要遠(yuǎn)距離對(duì)巷道前方進(jìn)行勘探，如果本煤層勘探孔的施工距離過短，可以利用底板施工.長距離定向孔，或者也可以長距離在煤層頂板進(jìn)行定向孔鉆進(jìn)，向煤層方向進(jìn)行多個(gè)分支孔的施工，準(zhǔn)確的將煤點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量出來，結(jié)合見煤點(diǎn)坐標(biāo)將煤層中的地質(zhì)坐標(biāo)繪制出來，這樣-來分析異常帶時(shí)就會(huì)非常方便，可以及時(shí)將斷層分布找出來.為后續(xù)巷道掘進(jìn)提供指導(dǎo)。

結(jié)語：

在定向鉆井技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，技術(shù)人員要做好相應(yīng)的改進(jìn)工作，引進(jìn)先進(jìn)的鉆井技術(shù)理念，理論與實(shí)踐相結(jié)合，做好準(zhǔn)備，有效解決各種問題，做好清潔管理，發(fā)揮定向鉆井技術(shù)的積極作用。

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四川鹽業(yè)地質(zhì)鉆井大隊(duì) 四川省 自貢市 643000