定向鉆探注漿技術(shù)在煤礦水害防治中的應(yīng)用

張 磊，劉 斌，劉寶振，許 博

(1.陜西華彬雅店煤業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713500；2.彬縣煤炭有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，煤炭需求越來越多，煤炭開采事故時(shí)有發(fā)生。從煤炭開采本身出發(fā)進(jìn)行分析，引起煤炭事故之一的水害主要原因有：水文因素和操作因素。水文因素屬于自然因素，隨著降水量的不斷增加，環(huán)境發(fā)生著改變，造成地下含水量越來越多，直接影響煤礦開采的效率和進(jìn)度；操作因素屬于人為因素，在實(shí)際工程開展過程中，施工人員的操作方法不當(dāng)，導(dǎo)致安全事故發(fā)生的概率大大增加，明確事故發(fā)生的原因之后，就要采取相應(yīng)的解決辦法。相關(guān)研究人員提出使用定向鉆探注漿技術(shù)可以有效地解決煤礦水害問題，高效預(yù)防煤礦水害發(fā)生的可能，文中針對(duì)定向鉆探注漿技術(shù)展開分析，幫助施工單位精準(zhǔn)定位施工技術(shù)，為提高整體開采質(zhì)量提供支持。

1 定向鉆探技術(shù)

1.1 技術(shù)理論

定向孔主要使用定向孔的測(cè)量技術(shù)來執(zhí)行，需要使用螺絲刀、孔中的非磁性鉆頭、頂端的非磁性鉆頭和中心導(dǎo)管組成的大型主軸定向中心鉆頭，以使用正孔工具(孔主軸)來調(diào)整在攻牙器上創(chuàng)建斜導(dǎo)桿的刀尖定向角度。在鉆孔的過程中，主要利用鉆頭上部的刀具，讓刀具與巖石相接觸，不斷切割巖石，達(dá)到良好的鉆進(jìn)效果。另外，為了提高鉆進(jìn)的準(zhǔn)確性和效率，還可以通過計(jì)算器與鉆孔刀具相連接的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭的實(shí)施監(jiān)控，確定最基本的鉆頭位置和鉆頭方向，保證鉆頭方向沒有出現(xiàn)較大的偏差，如果出現(xiàn)偏差，需要立即停止鉆孔，利用相應(yīng)的技術(shù)，調(diào)整鉆頭方向。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

注漿技術(shù)的發(fā)展歷史較長(zhǎng)，但是前期的研究都處于初級(jí)階段，為定向鉆探注漿技術(shù)做了良好的鋪墊作用。注漿技術(shù)的使用只涉及煤礦開采的其中一個(gè)方面，為了可以提高注漿技術(shù)的安全性和質(zhì)量性，現(xiàn)階段提出將注漿技術(shù)與定向技術(shù)相結(jié)合，加強(qiáng)注漿效果。定向鉆探注漿技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)在：將制備好的泥漿通過定向管道技術(shù)，將泥漿輸送到相應(yīng)的巖體內(nèi)，提高巖體層底部的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。這種主要是通過物力的方法加強(qiáng)巖體層的硬度，使巖體層的密實(shí)性良好，起到很好的阻水作用。

2 煤礦水害分類

2.1 斷層及陷落柱水害

明確水害發(fā)生的主要原因和區(qū)域，是有效預(yù)防水害的首要條件。如果在煤礦開采過程中，發(fā)現(xiàn)頂風(fēng)板破裂的情況，那么需要讓專業(yè)的技術(shù)人員完成相應(yīng)的支護(hù)建設(shè)工作，便于提高頂風(fēng)板的穩(wěn)固性，避免引起塌陷。如果在煤礦的含水層與導(dǎo)水層之間出現(xiàn)裂縫，就會(huì)導(dǎo)致水體不斷地滲漏，在滲漏的過程中會(huì)直接加重坍塌發(fā)生的可能。以上2種情況都屬于支撐巖層出現(xiàn)破碎，主要原因是隨著時(shí)間的流逝，巖層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)部分裂紋，而這些裂紋會(huì)導(dǎo)致缺口越來越大。在實(shí)際施工過程中，如果出現(xiàn)以上的情況，需要讓專業(yè)人員制定詳細(xì)的解決方案，避免問題擴(kuò)大化，給施工人員帶來安全威脅。

2.2 頂板水害

頂板水害的主要表現(xiàn)形式為巖層水害，巖層經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的水質(zhì)腐蝕之后，水流會(huì)沖擊巖層，使巖層與巖層之間的結(jié)合能力降低。其主要可以劃分為頂板間接充水型水害、頂板充水型水害。如果在施工過程中，施工人員不能準(zhǔn)確地定位充水層的具體位置，一旦影響充水層的正常結(jié)構(gòu)，就會(huì)導(dǎo)致水害的發(fā)生。因此，為了能夠提高煤礦開采的安全性，需要在煤礦開采前確定該區(qū)域的富水層，對(duì)富水層的位置重點(diǎn)標(biāo)記，讓施工人員準(zhǔn)確掌握富水層的施工技術(shù)，進(jìn)而確保煤礦開采的正常進(jìn)度。

2.3 底板水害

底板水害主要發(fā)生在施工過程中，施工人員不注意或者操作行為不當(dāng)，造成井下礦體巖層發(fā)生破裂，出現(xiàn)水害。底板水害沒有辦法做到全面的規(guī)劃和處理，但是可以對(duì)水害位置進(jìn)行判斷，在開采的過程中，可以根據(jù)充水巖層與礦體之間的關(guān)系，確定水害的主要位置，根據(jù)位置判斷該區(qū)域是否可以加深挖掘。如果水害位置與礦藏底部的連接較為緊密，不僅會(huì)影響煤礦開采數(shù)量，而且還會(huì)影響煤礦開采效率。

3 定向鉆探注漿技術(shù)的應(yīng)用

3.1 保證鉆進(jìn)救援的及時(shí)性

定向鉆探注漿技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：保證鉆進(jìn)救援的及時(shí)性。在實(shí)際鉆進(jìn)工程開展的過程中，一旦發(fā)生水害，需要在較短時(shí)間內(nèi)做出相應(yīng)的反應(yīng)和措施，避免問題擴(kuò)大化、嚴(yán)重化，就需要在施工過程中，時(shí)刻與工人保持聯(lián)系，確定地下煤礦的開采情況，掌握施工人員信息，保障施工人員的生命安全。通常情況下，在鉆進(jìn)過程中便于開展救援，一方面可以加快救援速度，另一方面可以保障人員呼吸安全和生命安全，第一時(shí)間為施工人員源源不斷地供氣。

3.2 水下沖洗

水下沖洗即水下鉆孔，需要根據(jù)相應(yīng)的施工技術(shù)、施工環(huán)境和整體煤礦構(gòu)造確定水下鉆井的具體設(shè)備和技術(shù)。對(duì)施工周圍的環(huán)境進(jìn)行合理地計(jì)算，按照相應(yīng)的位置尺寸，確定鉆孔的具體位置和方向，確保最基本的位置準(zhǔn)確。

3.3 井下探放水

在進(jìn)行井下探放水鉆探的過程中，需要利用定向鉆進(jìn)技術(shù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位鉆頭鉆進(jìn)的主要位置。定向鉆井技術(shù)可以提高鉆進(jìn)效率，但是該技術(shù)卻不能對(duì)靶點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，需要利用其他技術(shù)，完成對(duì)靶點(diǎn)精準(zhǔn)度的控制。

3.4 大口徑直排水井中的應(yīng)用

通常情況下，煤礦井管的內(nèi)徑要達(dá)到350～500 mm之間，內(nèi)徑較大，為整個(gè)煤礦開采鉆進(jìn)工程帶來較大的難度系數(shù)，內(nèi)徑的長(zhǎng)度也是整個(gè)煤礦開采過程中較為重要的問題。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆進(jìn)直徑已經(jīng)取得了相應(yīng)的成效，在技術(shù)操作方面也有一定的進(jìn)步，但是想要實(shí)現(xiàn)更加安全的鉆進(jìn)和發(fā)展，還需要繼續(xù)努力，加強(qiáng)研究。解決大直徑問題主要利用氣動(dòng)潛孔鉆進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)的利用可以大大提高鉆井效率。

3.5 大直徑流量連接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

一般情況下，大直徑在350～500 mm，代表煤層開采的內(nèi)徑。這種大直徑流量一方面便于煤礦開采排水系統(tǒng)的建立，另一方面可以加深鉆井深度。隨著相關(guān)研究人員和企業(yè)的投入和努力，可以利用氣動(dòng)鉆井技術(shù)完成工程實(shí)施，而且實(shí)施質(zhì)量有所保障，為了能夠加快該技術(shù)的普及運(yùn)用，需要進(jìn)一步增加對(duì)該技術(shù)的資金投入，使該技術(shù)的使用更加系統(tǒng)、全面，提高整體開采技術(shù)水平。

3.6 應(yīng)用鉆孔

我國西北地區(qū)煤礦數(shù)量較多，開采區(qū)生態(tài)破壞較大，及時(shí)處理這些災(zāi)害，關(guān)系到西北地區(qū)的環(huán)境發(fā)展問題。對(duì)于煤礦開采不當(dāng)?shù)木?，需要及時(shí)封閉，一旦發(fā)生較為嚴(yán)重的缺水問題，可以得到合理地利用；對(duì)于一些不規(guī)范的鉆井工程，可以進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)管，如果確定該區(qū)域有含煤地層，可以利用定向鉆井注入技術(shù)開展相應(yīng)的鉆井工作，緩解煤礦資源缺少的現(xiàn)狀。

3.7 底板注漿改造

在進(jìn)行煤礦開采的過程中，可以利用定向鉆探技術(shù)在煤礦的底板層內(nèi)注入漿液，適當(dāng)填充底板層，提高底板層厚度，相當(dāng)于在底板層和水層之間建立良好的隔水層，可以降低水害發(fā)生的概率。

3.8 不同地質(zhì)勘探

定向鉆進(jìn)技術(shù)主要可以使用在穩(wěn)定性良好的煤層，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層開采的控制。該技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)是可以通過人工力量合理地控制鉆頭方向和鉆頭旋轉(zhuǎn)速度，如果發(fā)生較為嚴(yán)重的水害，該技術(shù)也可以為安全施工提供保障。

4 定向鉆探注漿技術(shù)水害防治

從煤礦開采形式來看，如果在煤層上方出現(xiàn)有濕地，那么發(fā)生水害的概率會(huì)大大增加，導(dǎo)致煤層開采質(zhì)量和周期受到影響。將定向鉆探注漿技術(shù)運(yùn)用在井下，不僅可以有效阻斷來水通道，而且還可以完成材料的運(yùn)輸，降低底板內(nèi)的涌水量，增強(qiáng)頂風(fēng)板的防水性，避免水體隨著巖石滲漏在巷道中。另外，一般井下地質(zhì)條件較為復(fù)雜，巖石層和礦石層很容易受外界來水的影響，而定向鉆井技術(shù)可以加固煤層氣底層的膠合板水位鎖定，有效地加強(qiáng)底板厚度，防止底板出現(xiàn)滲漏，減少水害發(fā)生。在一定程度上，定向鉆探注漿技術(shù)也契合環(huán)境發(fā)展理念，可以有效治理環(huán)境污染，解決在煤礦開采過程中遇到的各種環(huán)境問題，保護(hù)煤礦開采區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量。

5 結(jié)語

總而言之，煤炭開采行業(yè)作為國家的主要能源支柱和經(jīng)濟(jì)支柱，必須要加強(qiáng)對(duì)煤炭開采的技術(shù)管理和安全管理，一方面可以提高煤礦開采的質(zhì)量，另一方面能夠保障施工人員的安全，為煤礦開采行業(yè)健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。水害是影響煤礦開采效率的主要原因之一，需要加強(qiáng)對(duì)定向鉆探注漿技術(shù)的應(yīng)用研究，從實(shí)際需求出發(fā)，尋找水害發(fā)生的規(guī)律，降低水害發(fā)生的概率，為保障煤炭開采行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。