礦井探放水鉆孔精確定向技術(shù)應(yīng)用實踐研究

武 建

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

在煤礦開采工的過程中，經(jīng)常會受到地質(zhì)條件因素所產(chǎn)生的影響產(chǎn)生水害問題，這也是煤礦開采工作中比較常見的問題之一，對整個煤礦井下安全生產(chǎn)工作所造成的威脅較大，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)礦井淹沒，所造成的經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重，同時也會對煤礦井下工作人員的人身安全造成巨大威脅。因此，煤礦開采工作單位必須要對礦井水害問題進(jìn)行針對性處理，有效做好礦井探放水處理工作，有效防止煤礦井下產(chǎn)生虧損安全事故。現(xiàn)階段，煤礦開采過程當(dāng)中，探放水工作主要使用的是定向鉆探技術(shù)方法，并且使用組合鉆具進(jìn)行精確鉆進(jìn)工作，可以有效解決傳統(tǒng)鉆探技術(shù)在使用工作過程中無法精確定向、鉆孔效率低下以及無法進(jìn)行糾偏等各種問題，有效提高煤礦井下各項工作的開展工作質(zhì)量和安全性。

1 礦井鉆孔精確定向技術(shù)原理分析

鉆孔精確定向技術(shù)在實際使用過程中，主要是通過螺桿馬達(dá)的隨鉆測量系統(tǒng)，對鉆孔工作進(jìn)行定向和方向糾正，可以對鉆型工作方向以及鉆型過程中的傾角大小進(jìn)行有效控制。在鉆進(jìn)工作過程中，可以直接沿著預(yù)先設(shè)定好的鉆孔軌跡，將鉆頭鉆進(jìn)到指定的位置，同時在鉆孔工作中受到煤巖層結(jié)構(gòu)的賦存條件情況、地質(zhì)條件、硬度、地質(zhì)構(gòu)造以及水環(huán)境等多方面因素所產(chǎn)生的影響，會造成實際鉆進(jìn)方向產(chǎn)生比較嚴(yán)重的偏差出現(xiàn)，鉆進(jìn)軌道偏離預(yù)先設(shè)定好的方向。通過隨鉆測量系統(tǒng)的使用，可以保證鉆進(jìn)工作過程中對鉆進(jìn)的角度以及軌跡進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時在控制面板當(dāng)中對相關(guān)的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行精確顯示。當(dāng)監(jiān)測到鉆進(jìn)偏離了預(yù)先設(shè)定軌跡的條件下，可以通過調(diào)整孔底位置的螺桿馬達(dá)，對偏離問題進(jìn)行有效調(diào)整，保證整個鉆進(jìn)攻的方向符合預(yù)先設(shè)定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。在實際鉆進(jìn)工作當(dāng)中需要對鉆孔工作速率進(jìn)行有效控制，同時還需要仔細(xì)觀察鉆進(jìn)工作過程中的反水量以及殘渣的攜帶情況。當(dāng)產(chǎn)生鉆進(jìn)異常問題時需要及時減慢或者是停止鉆進(jìn)工作，對其中產(chǎn)生的問題進(jìn)行及時處理，和以往的鉆探技術(shù)方法相比，通過使用鉆孔精確定向技術(shù)，可以全面提高鉆孔工作的精確度以及鉆孔工作效率有效控制費控率[1]。

2 鉆孔精確定向施工工藝流程分析

2.1 鉆孔裝備及其鉆孔工藝流程

常用的鉆孔精確定向探放水設(shè)備當(dāng)中，主要包含定向鉆機(jī)設(shè)備、隨鉆測量設(shè)備、螺桿馬達(dá)、泥漿泵、鉆頭以及封孔設(shè)備等。探放水設(shè)備需要使用一次性配套方式進(jìn)行采購，并且需要在同一個生產(chǎn)廠家對配套產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一生產(chǎn)，避免不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備相互之間存在不匹配等各種問題。探放水鉆進(jìn)工藝流程，如圖1 所示。

圖1 鉆孔精確定向施工工藝流程

2.2 鉆孔設(shè)計和定向軌跡設(shè)計要點分析

需要事先對探放水鉆孔組數(shù)、鉆孔數(shù)量、鉆孔的方向、鉆孔角度、鉆孔深度、實際孔徑大小以及超前距離等方面內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計和分析。放老空水鉆孔工作需要基于巷道的實際設(shè)計工作方向，保證在平面或者豎直面上，通過扇形的方式來進(jìn)行設(shè)置。鉆孔工作需要保證成組設(shè)置，孔洞的數(shù)量需要根據(jù)超前距離以及幫體位置的距離來進(jìn)行確認(rèn)，在探放斷層水和煤礦底板巖溶水構(gòu)成條件情況下，鉆孔工作過程中需要直接沿著鉆井工作方向正前方和正下方來進(jìn)行設(shè)置，與此同時底板方向上鉆孔數(shù)量最低不能少于兩個[2]。定向鉆孔工作當(dāng)中需要對鉆孔位置的軸線、頂角、方位角、孔洞深的大小進(jìn)行有效測定，同時要有效判斷曲線段的曲率以及實際彎曲強(qiáng)度大小，鉆孔的軸線與成角位置需要進(jìn)行有效控制，定向鉆進(jìn)的孔洞軸線和各位置對應(yīng)的頂角、方位角之間需要形成對稱狀態(tài)。定向軌跡設(shè)計工作過程中，需要有效掌握最原始的參數(shù)信息資料，同時要保證和實際煤礦開采工作環(huán)境之間相適應(yīng)，需要盡可能使用自然造型規(guī)律，有效考慮到整個鉆井工作效率和安全性，同時要控制經(jīng)濟(jì)成本的投入量。

3 項目案例分析

某煤礦使用的是斜井聯(lián)合布置工作方式，礦井在改擴(kuò)建過程中發(fā)現(xiàn)，其中大量的老空區(qū)域存在大量的積水，同時積水總量和積水范圍分布不明確，推算積水量達(dá)到3.0×105m3。針對老空區(qū)積水可能和開采煤層之間形成連通，同時煤層的傾角超過35°，主要是以急傾斜煤層結(jié)構(gòu)為主，對整個煤礦井下開采工作所造成的影響程度相對較大。因此，需要針對采空區(qū)域進(jìn)行鉆探工作，查明其中的積水情況同時使用相應(yīng)的輸水排水措施來進(jìn)行處理，有效保證礦井開采工作的整體質(zhì)量和安全性[3]。

3.1 鉆孔設(shè)計工作要求

首先，需要基于現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境條件、打鉆孔的工作要求與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，將鉆孔位置設(shè)定在煤礦井下1 100 m 的位置，將鉆機(jī)進(jìn)行充分加固同時要有效保證作業(yè)區(qū)域，預(yù)留足夠的工作空間，為工作人員提供安全通道。本次鉆孔工作中總共設(shè)置出一個主孔位置，并且根據(jù)實際施工條件可以適當(dāng)?shù)脑黾臃种Э?，主孔的開孔位置距離底板位置1.5 m，方位角大小為30°，通過采用水平向前進(jìn)行打鉆，初始傾角大小為0°。初始鉆進(jìn)工作過程中，孔徑大小為380 mm，中孔鉆進(jìn)攻的過程中，孔徑大小為96 mm，主鉆孔深度設(shè)定為800 m。在鉆孔工作位置安裝壓力表同時配合使用閥門以及三通等。泥漿材料需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的配比參數(shù)來進(jìn)行配置，如果打壓試驗過程中產(chǎn)生漏水情況，需要重新進(jìn)行開孔。

3.2 具體操作流程

在實際工作過程中需要進(jìn)行開孔、封孔、套管下放、孔洞鉆進(jìn)以及防水等多個工作環(huán)節(jié)，其中下套管和封孔注漿工作是其中非常重要的工作步驟。在本次鉆孔工作中，預(yù)先設(shè)計向下鉆進(jìn)25 m 深度，然后再進(jìn)行套管下放到管實際長度為20 m。在封孔注漿工作完成之后進(jìn)行打壓實驗，打壓實驗工作中壓力大小為水壓的1.5 倍。在實際施工當(dāng)中需要每間隔5 m，通過使用人工監(jiān)測的方式，對鉆孔軌跡進(jìn)行實時性監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)存在偏差需要及時進(jìn)行調(diào)整，有效保證鉆進(jìn)軌跡的精確性。在鉆進(jìn)工作當(dāng)中需要對鉆進(jìn)工作速率進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時要適時性觀察鉆孔工作中產(chǎn)生的反水情況，如果產(chǎn)生異常問題需要及時進(jìn)行查明。

3.3 礦井探放水工作過程和處理效果

根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的探放工作方案以及鉆進(jìn)軌跡要求，方位角大小設(shè)定為35°，并且保證水平向前進(jìn)行打鉆工作初始傾角大小為0°，初始鉆進(jìn)工作過程中的孔徑大小為380 mm，中孔鉆進(jìn)孔徑大小為95 mm。在逐孔施工達(dá)到600 m 的情況下，進(jìn)入到了煤層的底板位置，同時深度達(dá)到650 m 的環(huán)境下出現(xiàn)反水情況，接近老空區(qū)環(huán)境需要繼續(xù)向前掘進(jìn)50 m，然后產(chǎn)生空凈情況，此時鉆進(jìn)孔洞當(dāng)中存在氣體大量溢出反水，開始產(chǎn)生渣體鉆進(jìn)工作壓力產(chǎn)生明顯上漲，無法進(jìn)行后續(xù)的鉆進(jìn)工作，退鉆之后孔洞內(nèi)部的實際出水量相對較小，并沒有達(dá)到預(yù)先設(shè)定的鉆進(jìn)工作目標(biāo)。對此，相關(guān)工作人員通過使用分支孔繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的探放水作業(yè)。為了準(zhǔn)確探測老空區(qū)域積水的水位高度及其標(biāo)高大小，在主孔鉆進(jìn)到530 m 的位置設(shè)置出分支孔，并且繼續(xù)向前鉆進(jìn)到650 m 的情況下，發(fā)現(xiàn)實際鉆進(jìn)工作存在較大的困難，并且鉆進(jìn)工作阻力明顯提升鉆孔，反水中的煤泥總量有所增加。通過進(jìn)一步分析和測算之后得出，老空水的最低水位高度為1 150 m，繼續(xù)向前鉆進(jìn)產(chǎn)生空進(jìn)情況，并且伴隨惡臭氣體的產(chǎn)生，測定實際出水點位高度為1 130 m，鉆孔工作結(jié)束之后持續(xù)進(jìn)行排水處理，累計排水量達(dá)到了2.3×105m3，并且在后續(xù)的出水量降低之后，會保持持續(xù)性出水，達(dá)到了預(yù)期的探放水和排水工作目標(biāo)[4]。

4 結(jié)語

通過鉆孔精確定向技術(shù)的有效應(yīng)用，可以全面提高煤礦探放水工作質(zhì)量和效率。通過該項技術(shù)的有效應(yīng)用，依照預(yù)先設(shè)定的軌跡來進(jìn)行鉆進(jìn)工作，同時在逐孔鉆進(jìn)失敗之后重新進(jìn)行設(shè)定分支孔，定向工作更加精確，并且實現(xiàn)了預(yù)期的煤礦探放水和排水工作目標(biāo)，有效保證煤礦井下的各項工作效率和安全性。