朱永泰 陳 靜 秦向紅

摘 要：為了精確的探測(cè)出煤層的走勢(shì)，清晰的了解陷落柱、采空區(qū)及斷層等地質(zhì)構(gòu)造的情況，同時(shí)消除異常地質(zhì)構(gòu)造為煤礦生產(chǎn)埋下的安全隱患，本文結(jié)合對(duì)定向鉆技術(shù)工作原理的分析，對(duì)礦井地質(zhì)勘探中煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)了一系列分析，希望可以為同行的研究提供一些參考或者借鑒。

關(guān)鍵詞：礦井地質(zhì)勘探；煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)；應(yīng)用

隨著近年來(lái)我國(guó)煤礦井下綜采技術(shù)的全面推廣，從煤礦安全高效開(kāi)采的角度來(lái)看，井下煤層地質(zhì)構(gòu)造勘探的影響變得愈發(fā)明顯。當(dāng)前煤礦中經(jīng)常會(huì)利用的物探手段有地質(zhì)雷達(dá)、三維地震及電法等，利用這些手段可以對(duì)斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造結(jié)果進(jìn)行精確探測(cè)，但是對(duì)于小于5m斷層的探測(cè)來(lái)說(shuō)，以上探測(cè)手段的精度并不高[ 1 ]。煤礦井下定向鉆技術(shù)具有鉆孔軌跡可控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)在煤礦井下地質(zhì)勘探中應(yīng)用可以充分發(fā)揮其價(jià)值?；诖?，筆者從不同角度針對(duì)定向鉆進(jìn)技術(shù)在礦井地質(zhì)勘探中的應(yīng)用展開(kāi)了分析和研究。

1 定向鉆技術(shù)工作原理

定向鉆進(jìn)技術(shù)目前主要在巖層硬度系數(shù)f<5以及較穩(wěn)定煤層硬度系數(shù)f>5的地質(zhì)勘探孔施工中應(yīng)用[ 2 ]。定向鉆進(jìn)主要由高強(qiáng)度中心通纜鉆桿、孔底螺桿馬達(dá)等部分組成。定向鉆進(jìn)技術(shù)的工作原理為：利用彎外管孔底螺桿馬達(dá)等將鉆頭帶動(dòng)起來(lái)進(jìn)行回轉(zhuǎn)，利用有限隨鉆測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)孔底信息的傳輸，然后利用孔口監(jiān)視器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔軌跡，并及時(shí)調(diào)節(jié)螺桿馬達(dá)工具面向角，通過(guò)調(diào)節(jié)使鉆孔傾角發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔軌跡的變化的有效控制，最終保證準(zhǔn)確的將鉆孔軌跡鉆入到靶點(diǎn)中。

2 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，地面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(kāi)分支施工工藝展開(kāi)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。

2.1 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(kāi)分支技術(shù)計(jì)算出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。最后，對(duì)獲得的多組三維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)展開(kāi)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。

2.2 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(lái)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。

2.3 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(guò)程中如果突然遇到鉆孔返渣見(jiàn)破碎巖粒、卡鉆蹩泵等現(xiàn)象，說(shuō)明探測(cè)過(guò)程中鉆頭遇到了陷落柱[ 3 ]，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(jiàn)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)。

2.4 巷道斷層勘探

在開(kāi)掘松軟煤層巷道的過(guò)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(guò)短，可以利用底板施工長(zhǎng)距離定向孔，或者也可以長(zhǎng)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(lái)，結(jié)合見(jiàn)煤點(diǎn)坐標(biāo)將煤層中的地質(zhì)坐標(biāo)繪制出來(lái)，這樣一來(lái)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(lái)，為后續(xù)巷道掘進(jìn)提供指導(dǎo)。

2.5 煤田采空區(qū)勘探

在勘探區(qū)域中，應(yīng)對(duì)定向鉆孔的不同靶點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常情況下，靶點(diǎn)與靶點(diǎn)之間的間距應(yīng)該在20m左右，這種情況下利用定向鉆進(jìn)技術(shù)通常可以準(zhǔn)確的命中靶點(diǎn)精確，當(dāng)施工過(guò)程中出現(xiàn)了鉆孔不返水等相關(guān)現(xiàn)象，則說(shuō)明鉆頭的位置就是采空區(qū)，這時(shí)利用隨鉆系統(tǒng)可以對(duì)各見(jiàn)空區(qū)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，然后繪制出采空區(qū)的分布，為后續(xù)煤礦安全施工提供指導(dǎo)。

2.6 順層孔煤層地質(zhì)勘探

順層勘探孔的特點(diǎn)在于鉆井過(guò)程中需要沿著煤層每隔一段孔深利用孔底馬達(dá)造斜鉆進(jìn)主動(dòng)探頂，仔細(xì)探測(cè)煤層頂板的起伏情況，再提鉆一段距離（通常為18～24m）進(jìn)行開(kāi)分支孔。在鉆孔軌跡得到了充分保證的情況下，逐漸在頂板下穩(wěn)定煤層中向前延伸，與此同時(shí)還要鉆進(jìn)，這樣經(jīng)過(guò)反復(fù)的施工，達(dá)到對(duì)煤層傾角、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行勘探的目的，煤層底板探測(cè)出以后，可以與探測(cè)出來(lái)的煤層頂板標(biāo)高、底板標(biāo)高相結(jié)合，對(duì)煤層傾角、厚度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下勘探中的應(yīng)用，不僅可以使井下地質(zhì)勘探更加方便、快捷，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)未知區(qū)域不同地層的開(kāi)發(fā)與治理，并煤層的儲(chǔ)量與走勢(shì)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，在此基礎(chǔ)上為礦井建設(shè)提供有效的勘探手段。在未來(lái)的工作中，我們應(yīng)該在煤礦井下工作中不斷嘗試開(kāi)發(fā)高精度地質(zhì)導(dǎo)向智能鉆進(jìn)系統(tǒng)，仔細(xì)的分析和研究相關(guān)檢測(cè)量元件，與鉆返渣相結(jié)合對(duì)探頭附近巖性及地質(zhì)構(gòu)造變化進(jìn)行分析。還能在當(dāng)前的技術(shù)技術(shù)上開(kāi)發(fā)出更加適合的隨鉆勘探錄井軟件，與地震、電法等儀器現(xiàn)結(jié)合得到檢測(cè)結(jié)果，在此基礎(chǔ)上繪制出具體區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造圖?？傊?，應(yīng)用定向鉆進(jìn)技術(shù)不僅可以為煤礦井下地質(zhì)勘探工作提供便利，同時(shí)在固體礦產(chǎn)井下勘探中這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用空間也非常大，為礦井建設(shè)、地質(zhì)構(gòu)造勘探提供精確的勘探手段。

參考文獻(xiàn)：

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