王永全， 周 兢

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北 邯鄲 056004； 2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

鉆探技術(shù)在煤礦水害防治工作中的應(yīng)用

王永全1， 周 兢2

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北 邯鄲 056004； 2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

鉆探作為煤礦水害防治工作一種重要的技術(shù)手段，得到了廣泛的應(yīng)用。煤礦大口徑排水井鉆進(jìn)技術(shù)、底板多分支水平井地面定向鉆進(jìn)及注漿加固改造技術(shù)、井下定向探(疏)放水鉆進(jìn)技術(shù)、注漿封堵突水通道鉆探技術(shù)和礦井突水災(zāi)害快速鉆進(jìn)救援技術(shù)等煤礦防治水鉆探技術(shù)，在煤礦水害防治工作中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好效果。加強(qiáng)防治水鉆探配套設(shè)備的研發(fā)和相關(guān)鉆探工藝技術(shù)研究，將有力促進(jìn)煤礦水害防治工作的發(fā)展。

煤礦水害防治；鉆探；大口徑鉆進(jìn)；定向水平分支井鉆進(jìn)；快速鉆進(jìn)

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量與產(chǎn)量豐富，但不少煤礦的水文地質(zhì)條件復(fù)雜，隨著近年煤炭工業(yè)的迅速發(fā)展，煤礦安全生產(chǎn)中遇到的水害問(wèn)題更加突出。在煤礦突發(fā)事故(除頂?shù)装迨鹿?造成的人員財(cái)產(chǎn)損失中，水害事故僅次于瓦斯事故，水害威脅已經(jīng)成為制約我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患[1-2]。鉆探技術(shù)作為注漿填充加固改造、注漿堵水、疏水降壓、大排量直接排水、快速救援、水文地質(zhì)異常體探查等煤礦水害防治技術(shù)實(shí)施的重要途徑和手段，已成為煤礦水害防治工作的重要支撐。

1 煤礦水害類型及防治技術(shù)

1.1 水害類型

我國(guó)煤礦發(fā)生水害的因素很多，形成礦井水害的類型也很多，目前，對(duì)礦井水害類型的劃分基本形成如下觀點(diǎn)。

(1)按水源類型劃分：大氣降水、地表水、地下水和老窯水。

(2)按導(dǎo)水通道劃分：斷層突水、陷落柱突水、裂隙巖體突水、封閉不良鉆孔突水、煤(巖)柱突水。

(3)按水源含水介質(zhì)類型劃分：孔隙水、裂隙水、巖溶水。

(4)按出水位置劃分：頂板水、底板水、老空水。

1.2 水害防治技術(shù)

礦井發(fā)生災(zāi)害性水害必須具備3個(gè)基本條件：一是必須具備充足的充水水源；二是必須具備暢通的導(dǎo)水裂隙、導(dǎo)水構(gòu)造等突水通道；三是含水層必須有一定的水頭高度和儲(chǔ)量。在開采條件下，這3個(gè)條件必須同時(shí)具備時(shí)才能發(fā)生突水事故。

依據(jù)突水成因，礦井防治水技術(shù)主要分為以下幾類。

(1)從水源上解決。屬于這類技術(shù)有探放水、疏水降壓開采、含水層注漿、建設(shè)礦井防排水系統(tǒng)。將水疏放出來(lái)，就談不上突水了；將水頭降低到不足以威脅生產(chǎn)，降低突水機(jī)率；含水層注漿改造技術(shù)，用水泥漿或粘土漿將水置換出來(lái)并占據(jù)水的位置，含水層由富水狀態(tài)變?yōu)槿醺凰蚋羲畬忧闆r；利用排水系統(tǒng)將礦井水排出。

(2)從隔水層隔水能力和完整性方面解決。通過(guò)評(píng)價(jià)隔水層抵抗水壓的能力，采取帶壓開采，或者采用底(頂)板注漿改造，使隔水層由不完整或含有通道的情況，變成一個(gè)完整的整體。

(3)躲避水源。主要方法有留設(shè)防水煤柱、砌筑防水閘門和水閘墻、帷幕截流技術(shù)。

(4)改變采煤方法。通過(guò)改變采煤設(shè)計(jì)和采煤方法，減少采動(dòng)應(yīng)力、減少底(頂)板破壞深度，從而達(dá)到安全采煤。如通過(guò)縮短工作面斜長(zhǎng)的短臂工作面開采法、協(xié)調(diào)采煤法、對(duì)拉工作面采煤法、充填開采等。

(5)水害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)。有了水害提前進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有了出水危險(xiǎn)發(fā)出警報(bào)而避免危險(xiǎn)。

2 鉆探在水害防治中的應(yīng)用分類

無(wú)論是在查明突水水源、導(dǎo)水通道、水源含水介質(zhì)類型及出水位置，還是在水害防治的關(guān)鍵技術(shù)中，鉆探都是一種不可或缺的重要手段。根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)不同，可以將鉆探技術(shù)進(jìn)行如下分類。

2.1 聯(lián)合探查鉆探

鉆探技術(shù)與物探技術(shù)相結(jié)合，成為地面開展礦床(礦區(qū))水文地質(zhì)勘探、井下查明礦井水文地質(zhì)條件，特別是查明5 m以上斷層和特殊地質(zhì)構(gòu)造體的主要技術(shù)手段。

2.2 井下探放水鉆探

在井下布置鉆孔，利用井下鉆探技術(shù)，對(duì)老窯(采空區(qū))、頂板、底板和掘進(jìn)面開展深度可達(dá)500 m的超前可定向鉆探，對(duì)影響安全開采的水體進(jìn)行探查，必要時(shí)進(jìn)行可控的安全疏放。

2.3 封閉不良鉆孔啟封鉆探

對(duì)鉆孔封閉質(zhì)量有疑問(wèn)的鉆孔，主要在地表對(duì)疑問(wèn)鉆孔實(shí)施透孔和重新封閉工作。

2.4 大口徑直排水井鉆探

為保證安全排放井下出水，減少占用井筒、巷道空間，縮短排水通道距離，采用鉆探技術(shù)，在水倉(cāng)附近施工直徑可達(dá)2 m、靶點(diǎn)位移可控的大口徑直排水井，已日益成為礦井排水的選擇。

2.5 底板注漿改造(注漿加固)鉆探

采用地面定向鉆探技術(shù)，對(duì)可能發(fā)生透水的含水層或薄弱地帶(如頂、底板，斷層，陷落柱等構(gòu)造)的層(部)位進(jìn)行鉆探施工，分段、分次帶壓注入水泥漿、粉煤灰、粘土、化學(xué)漿液等加固材料，對(duì)含水層儲(chǔ)水空間和導(dǎo)水通道進(jìn)行填充，實(shí)現(xiàn)含水層儲(chǔ)水空間變小、隔堵導(dǎo)水通道，或改造、加厚隔水層的目的，是對(duì)礦井主要含水層源頭治理最治本、最治根的技術(shù)。

2.6 疏水降壓鉆探

通過(guò)在地面或井下開展鉆探，對(duì)頂、底板可疏水體進(jìn)行提前疏放，減小水壓和水量，達(dá)到安全開采的目的。

2.7 注漿封堵通道鉆探

通過(guò)分析地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，確定導(dǎo)水/突水通道，采用精準(zhǔn)定向鉆探技術(shù)，將注漿鉆孔鉆至預(yù)定位置，通過(guò)注漿(動(dòng)水注漿和靜水注漿)封堵導(dǎo)水/突水通道。

2.8 搶險(xiǎn)救援快速鉆探

對(duì)于發(fā)生突水人員被困井下事故的礦井，無(wú)法開展井巷搶險(xiǎn)，或井巷搶險(xiǎn)進(jìn)展、效果較差時(shí)，在地面采用精準(zhǔn)定向鉆探技術(shù)，施工抽排井、逃逸井、救援(補(bǔ)養(yǎng)通信)孔等井孔，進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)。

3 典型防治水鉆探技術(shù)

水害防治工程對(duì)鉆探工作提出了一些特殊的要求，這些既不同于地質(zhì)巖心鉆探也不同于水文地質(zhì)鉆探的特殊要求的提出，促使一些典型防治水鉆探技術(shù)的形成。

3.1 煤礦大口徑直排水井鉆進(jìn)技術(shù)

煤礦大口徑直排水井,一般要求成井井管內(nèi)徑為350～500 mm，因此直排水井有著口徑大(一般450～700 mm)、井眼垂直度要求高、中靶點(diǎn)位范圍小等技術(shù)難點(diǎn)。中國(guó)煤炭地質(zhì)總局等單位經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及研究，形成集定向鉆進(jìn)、氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)、氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)、固井、完井等技術(shù)為一體的大口徑井鉆井技術(shù)[3-8]。近年來(lái)，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局利用此項(xiàng)技術(shù)已施工煤礦大口徑工程井40余眼，口徑最大達(dá)1.4 m，單次下入套管質(zhì)量近300 t，深度最深達(dá)880 m。

3.1.1 技術(shù)特點(diǎn)

(1)可采用泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)、空氣(泡沫)潛孔錘鉆進(jìn)、氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)、空氣(泡沫)潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)的一種或幾種鉆進(jìn)技術(shù)組合。

(2)反井法施工此類工程，對(duì)施工設(shè)備、地層和井下作業(yè)條件有一定要求，雖然鉆井效率較高，但適用范圍較小。對(duì)于?800 mm以上的大口徑直排水井，在井巷具備運(yùn)渣、疏排漿液的條件下，采用反井法施工，鉆井效率和成本會(huì)更好。

(3)對(duì)于動(dòng)力頭頂驅(qū)鉆機(jī)，在開孔階段，即可選擇液壓頂驅(qū)動(dòng)力頭鉆進(jìn)工藝、空氣潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)等。

(4)為保證井眼軌跡和井底中靶，解決設(shè)備扭矩和鉆壓不足的問(wèn)題，常采用先精準(zhǔn)定向施工小井眼先導(dǎo)孔，再進(jìn)行(逐級(jí))擴(kuò)眼的鉆進(jìn)方法。

3.1.2 使用要求

根據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、大口徑直排水井設(shè)計(jì)要求等，合理選擇鉆進(jìn)(擴(kuò)眼)工藝技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備。

3.1.3 應(yīng)用實(shí)例

因受設(shè)備因素制約，施工大口徑直排水井多采用泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)(擴(kuò)眼)技術(shù)，但空氣潛孔錘鉆進(jìn)(擴(kuò)眼)技術(shù)、氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)(擴(kuò)眼)技術(shù)[15-16]也有較多應(yīng)用，并取得了很好的效果(見(jiàn)表1)。

3.2 地面多分支水平井精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)技術(shù)

表1 大口徑直排水井施工事例

華北地區(qū)石炭系下部及奧陶系灰?guī)r為巨厚層含水層，含水層具有水頭壓力高、裂縫及陷落柱發(fā)育的特點(diǎn)，針對(duì)高壓富水含水層嚴(yán)重困擾石炭系下組煤炭資源安全開采問(wèn)題，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局、中國(guó)煤炭地質(zhì)總局特種技術(shù)勘探中心等單位[9]研發(fā)裂隙發(fā)育區(qū)和破碎帶開展了水平井眼軌跡控制、成孔、注漿加固及效果評(píng)價(jià)等技術(shù)的研究與應(yīng)用,在地面采用多分支水平井精準(zhǔn)定向鉆井技術(shù)沿煤層底板實(shí)施多條水平鉆孔，通過(guò)高壓注漿加固改造，高效、安全地實(shí)現(xiàn)了底板加固改造、隔離奧灰水(太灰水)的目的。地面多分支水平井精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煤礦水災(zāi)害的主動(dòng)預(yù)防與治理，與采用地面直井注漿和巷道鉆孔注漿方式治理陷落柱和底板加固相比，解決了其施工效率低、成本高和治理效果有限的問(wèn)題。

3.2.1 技術(shù)特點(diǎn)

采用鉆頭+螺桿鉆具+MWD隨鉆測(cè)斜儀(配伽馬)+常規(guī)鉆具+加重鉆具+常規(guī)鉆具的定向鉆具組合方式，以滑動(dòng)鉆進(jìn)+復(fù)合鉆進(jìn)的模式實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)?？籽圮壽E精度可達(dá)井斜角±0.1°、方位角±1°，實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)控、隨時(shí)可控可調(diào)，并且基本實(shí)現(xiàn)了巖性判別。

3.2.2 技術(shù)要求

(1)利用漿液傳輸信號(hào)，須采用漿液鉆進(jìn)，同時(shí)依靠螺桿鉆具提供定向鉆進(jìn)動(dòng)力，采用正循環(huán)鉆進(jìn)。

(2)提供漿液向螺桿鉆具輸送動(dòng)力，因此對(duì)泥漿泵性能(排量、工作泵壓)、鉆具抗高壓密封性有較高的要求。鉆孔具有(近)水平、羽狀分支多、井眼延深長(zhǎng)的特點(diǎn)，鉆具提升、回轉(zhuǎn)阻力大，對(duì)鉆機(jī)、井架、鉆具有較高的要求。因地質(zhì)條件比較復(fù)雜，在鉆機(jī)提升能力滿足的情況下，盡可能采用動(dòng)力頭鉆機(jī)，增加施工安全系數(shù)。

(3)為保證注漿質(zhì)量，鉆井液宜為清水或無(wú)固相聚合物，但必須保證鉆井液潤(rùn)滑性能良好，并配置固控設(shè)備，控制鉆井液固相含量。

(4)合理選用鉆頭類型，保證定向軌跡穩(wěn)定和鉆進(jìn)效率。

(5)發(fā)現(xiàn)MWD信號(hào)嘈雜、微弱或消失時(shí)，及時(shí)分析判斷處理，必要時(shí)起鉆檢查，以保證定向鉆進(jìn)的準(zhǔn)確性。

(6)鉆進(jìn)時(shí)托壓較大，應(yīng)配備數(shù)量足夠的加重鉆桿，必要時(shí)采用水力振蕩器，提高鉆進(jìn)效率。

(7)鉆進(jìn)的主要目的是及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)漏漿點(diǎn)并進(jìn)行注漿，因此，鉆進(jìn)中要加強(qiáng)水文地質(zhì)觀測(cè)和判層工作，鉆進(jìn)全程要做好簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，加強(qiáng)巖屑錄井工作，認(rèn)真觀察、記錄漏漿、塌孔、縮徑、掉鉆、變層等情況。

3.2.3 應(yīng)用實(shí)例

目前，在邯邢礦區(qū)、兩淮礦區(qū)，通過(guò)廣泛應(yīng)用多分支水平井精準(zhǔn)定向地面鉆探技術(shù)和高壓注漿技術(shù)，達(dá)到了探查地層薄弱帶、隱伏導(dǎo)(含)水構(gòu)造、富水徑流帶，注漿加固改造奧灰含水層或煤系薄層灰?guī)r含水層、強(qiáng)化地層薄弱帶強(qiáng)度，基本消除了大的出水通道，增加了煤層底板隔水層厚度，降低或消除了工作面掘、采期間的突水危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)了安全帶壓開采，治理效果顯著。

如羊東礦8466工作面(目的層位大青灰?guī)r，實(shí)施2個(gè)主井眼和7個(gè)定向分支水平井眼，鉆探進(jìn)尺9100 m)、寶峰礦-850 m水平北翼二采區(qū)(目的層位奧陶系峰峰組，實(shí)施2個(gè)主井眼和11個(gè)定向分支水平井眼，鉆探進(jìn)尺15560 m)等，治理效果良好。

中煤水文地質(zhì)局實(shí)施的冀中能源邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項(xiàng)目(目的層位奧陶系峰峰組，已完成主井眼1個(gè)、定向水平井眼2個(gè)、定向水平羽狀分支井眼19個(gè)，鉆探進(jìn)尺累計(jì)16000余米，井眼最大延深2760 m，水平羽狀分支井眼段最大長(zhǎng)度1450 m，見(jiàn)圖1、圖2)，冀中能源羊東礦8470工作面區(qū)域治理工程(目的層位奧陶系峰峰組，已完成主井眼1個(gè)、定向水平井眼7個(gè)，鉆探進(jìn)尺累計(jì)7100余米，井眼最大延深2120 m，水平井眼段最大長(zhǎng)度1240 m)，冀中能源辛安礦北翼地面區(qū)域治理工程(目的層位山西組大青灰?guī)r，設(shè)計(jì)主井眼3個(gè)，定向水平羽狀分支井眼30個(gè)，鉆探進(jìn)尺37086 m，井眼最大延深2215 m，水平羽狀分支井眼段最大長(zhǎng)度1030 m，見(jiàn)圖3)。鉆進(jìn)施工順利，井眼軌跡控制良好，治理效果已經(jīng)顯現(xiàn)。

(1)主要設(shè)備：ZJ40/2250型、ZJ30/1700型鉆機(jī)，F(xiàn)-1300型、F-800型泥漿泵，MWD無(wú)線隨鉆控制儀，?127、102、89 mm鉆桿及加重鉆桿，?165 mm鉆鋌，水力振蕩器等；制漿注漿設(shè)備：水泥罐、螺旋推進(jìn)器、射流攪拌機(jī)、注漿泵和輸漿管路等。

圖1 邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項(xiàng)目鉆孔平面投影圖

圖2 邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項(xiàng)目N4鉆孔空間投影圖

(2)鉆孔結(jié)構(gòu)：一開?311 mm(?345 mm)，下?245 mm(?273 mm)石油套管；二開?216 mm(?245 mm)，下?178 mm(?194 mm)石油套管；三開?152 mm(?165 mm)，裸眼。

(3)鉆具組合：牙輪鉆頭(PDC鉆頭)+螺桿鉆具+MWD隨鉆測(cè)斜儀(配伽馬)+常規(guī)鉆具+水力振蕩器(水平段大于400 m時(shí)使用，距鉆頭300～350 m)+加重鉆具(井斜35°以上井段，40～60根)+常規(guī)鉆具。

(4)鉆井液：高潤(rùn)滑性無(wú)固相聚合物。

(5)注漿要求。

圖3辛安礦北翼地面區(qū)域治理項(xiàng)目鉆孔平面投影圖

①注漿材料為32.5、42.5水泥。在遇較大裂隙或溶洞時(shí)漿液流失量大，可考慮采用部分粉煤灰，具體配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)漏失量制定。

②注漿方式采用地面鉆探施工地點(diǎn)建造臨時(shí)注漿站，采用連續(xù)2次攪拌法制漿工藝,通過(guò)注漿泵及注漿管路向注漿孔內(nèi)注漿，主要設(shè)備有散裝水泥罐、螺旋推進(jìn)器、射流攪拌機(jī)、注漿泵和輸漿管路等配套設(shè)施及工具。

③采用分段下行式、孔口封閉靜壓注漿法進(jìn)行注漿，采取“遇漏則注”的原則，出現(xiàn)漏失后分析判斷層位，確定漏失原因。施工時(shí)要及時(shí)觀測(cè)泥漿消耗量，當(dāng)泥漿消耗量大于正常消耗量(5～8 m3/h)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿，根據(jù)壓水試驗(yàn)，確定注漿起始參數(shù)。

長(zhǎng)距離(200 m)出現(xiàn)泥漿不消耗，要進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

④注漿前應(yīng)采用潛水泵抽水至水清，或向孔內(nèi)先注清水約30 min，根據(jù)吸水量確定漿液配比。吸水率與注漿參數(shù)：一般情況下，吸水率q<1，水灰比單液水泥漿1∶1～3∶1，1

⑤根據(jù)受注層巖溶發(fā)育程度設(shè)計(jì)注漿參數(shù)。一般地說(shuō)漿液應(yīng)采取先稀后稠，注漿一般必須連續(xù)進(jìn)行，直至結(jié)束。因不可抗拒原因臨時(shí)停止注漿時(shí)，應(yīng)向孔內(nèi)注入注漿管路容積的2～3倍(含鉆孔)左右的清水。

⑥串漿處理。發(fā)現(xiàn)有串漿現(xiàn)象應(yīng)對(duì)各注漿孔同時(shí)注漿，孔口應(yīng)壓蓋密封防止串漿泄壓返水、返漿。

⑦注漿結(jié)束后，注漿孔、串漿孔均應(yīng)進(jìn)行掃孔，以防孔堵。

⑧注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：終壓受注層水壓的1.5倍以上，單孔吸漿量<35 L/min。測(cè)得單位吸水率q≯0.05 L/(min·m·m)。穩(wěn)定30 min以上；否則，要求復(fù)注直至小于標(biāo)準(zhǔn)值為止。只有同時(shí)滿足上面的條件的情況下，才能認(rèn)為受注段達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，可以停止注漿。

⑨注漿過(guò)程中如遇裂隙較發(fā)育，注漿量大的情況，可采取注骨料或使用粉煤灰等作為輔助注漿材料。

3.3 井下定向鉆進(jìn)探放水技術(shù)

井下探放水應(yīng)采用定向鉆進(jìn)技術(shù)，定向鉆進(jìn)技術(shù)分為普通定向和精準(zhǔn)定向技術(shù)。

在對(duì)井眼軌跡及靶點(diǎn)要求不高時(shí)，一般采用鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器定位的井下普通定向鉆進(jìn)技術(shù)，如頂(底)板探放水、短距離超前探放水等，其缺點(diǎn)是井眼軌跡及靶點(diǎn)受控精度不高。中煤水文地質(zhì)局在山西焦煤龐龐塔煤礦老窯及采空區(qū)探放水、中煤納林河煤礦頂板探放水等項(xiàng)目中，均采用普通定向鉆進(jìn)技術(shù)，實(shí)施效果較好。

在對(duì)井眼軌跡及靶點(diǎn)要求較高時(shí)，應(yīng)采用井下精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)技術(shù)。井下精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)技術(shù)采用專用設(shè)備、工具，使近水平分支井眼軌跡按設(shè)計(jì)要求延伸至設(shè)計(jì)目標(biāo)區(qū)域的一種鉆探方法[11]。如中煤科工集團(tuán)西安研究院[12-14]研制的YHD1-1000、YHD2-1000型井下隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)系統(tǒng)，由定向鉆機(jī)、泥漿泵、孔底馬達(dá)、下無(wú)磁鉆桿、測(cè)量探管、上無(wú)磁鉆桿、通纜式鉆桿、通纜式送水器、通訊電纜、井口監(jiān)視器等組成，采用有線隨鉆測(cè)量方式，監(jiān)控井眼實(shí)鉆軌跡(見(jiàn)圖4)。該系統(tǒng)已在陜西彬長(zhǎng)，寧夏寧煤，山西晉煤、陽(yáng)煤、焦煤，烏海能源，神華神東等20余個(gè)礦區(qū)使用，定向井眼軌跡水平偏差小于井深的5‰，垂深偏差小于井深的1%，定向井眼主井段最大長(zhǎng)度1112 m，分支井眼段最大長(zhǎng)度915 m。

圖4 井下定向鉆進(jìn)系統(tǒng)示意圖

3.4 礦井突水災(zāi)害的快速鉆進(jìn)救援技術(shù)

礦井突水災(zāi)害救援時(shí)，時(shí)間是寶貴的因素，最快的鉆進(jìn)速度是救援鉆孔的核心，盡可能快地建立地面與井下被困人員的聯(lián)系是鉆孔救援的最主要任務(wù)，同時(shí)越短越意味著營(yíng)救成功的可能性越大。

礦井突水災(zāi)害后，井下人員一般都向標(biāo)高較高的巷道空間躲避。救援鉆孔施工前，首先收集分析詳細(xì)的礦井掘進(jìn)平面圖，準(zhǔn)確的巷道走向及標(biāo)高、坐標(biāo)數(shù)據(jù)，救援人員認(rèn)真分析研究被困人員的躲避的位置，確定地面救援鉆孔的布置坐標(biāo)，制定采用垂直鉆進(jìn)或定向造斜鉆進(jìn)的鉆孔施工方案。礦井突水救援鉆孔盡可能采取空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝，一是速度快，二是空氣潛孔錘鉆透巷道后可以向井下輸送空氣。泥漿液鉆透巷道會(huì)造成通道周圍堆積物泥濘濕滑，也不便于井下人員通過(guò)鉆具向地面?zhèn)鬟f信息。

2010年3月1日，神華集團(tuán)烏海能源公司駱駝山煤礦發(fā)生突水災(zāi)害，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局特種技術(shù)勘探中心應(yīng)國(guó)家安監(jiān)總局礦山救援指揮中心調(diào)遣，前去施工救援鉆孔。根據(jù)礦井巷道開掘位置平面坐標(biāo)，應(yīng)用GPS衛(wèi)星地面定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確測(cè)量事故巷道在地面的相對(duì)位置，確定救援鉆孔所在開鉆坐標(biāo)。救援采用了空氣潛孔錘施工工藝，一開采用?311 mm空氣潛孔錘鉆進(jìn)，鉆至12.15 m深，二開采用?219 mm空氣潛孔錘鉆進(jìn)，鉆至402.00 m深，透巷，總用時(shí)僅72 h。鉆進(jìn)過(guò)程中使用了無(wú)線隨鉆儀器進(jìn)行鉆孔糾斜工作，保證鉆孔準(zhǔn)確透巷。

3.5 鉆孔啟封鉆進(jìn)技術(shù)

近幾年，尤其是在西北侏羅系煤礦區(qū)，封閉不良鉆孔成為導(dǎo)水通道，已成為煤礦水患之一，成為防治水的重點(diǎn)工作。如麥垛山礦在掘進(jìn)中曾發(fā)生封閉不良1504鉆孔突水，突水量120 m3/h，被迫進(jìn)行井下封堵?lián)岆U(xiǎn)。對(duì)封閉不良鉆孔進(jìn)行啟封，是解決突水隱患的最根本方法。

中煤水文地質(zhì)局在鄂爾多斯、大同等礦區(qū)實(shí)施的近百個(gè)封閉不良鉆孔啟封工作中，針對(duì)地層疏松，鉆孔封孔的水泥呈未封、分段封或全孔封等情況，采用常規(guī)鉆進(jìn)技術(shù)易造成丟失原鉆孔孔眼的施工難題，在認(rèn)真分析研判地質(zhì)及以往施工資料的基礎(chǔ)上，形成了柔性鉆具、小徑透、大徑套的鉆孔啟封鉆進(jìn)技術(shù)，啟封成功率達(dá)92%。

4 結(jié)論與建議

(1)鉆探技術(shù)為煤礦水害防治工作提供了有力支撐，在查明突水水源、導(dǎo)水通道、水源含水介質(zhì)類型及出水位置和水害治理工作起著重要作用。

(2)煤礦大口徑直排水井鉆進(jìn)技術(shù)、地面多分支水平井精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)技術(shù)、井下定向鉆進(jìn)技術(shù)和礦井突水災(zāi)害的快速鉆進(jìn)救援技術(shù)等鉆探技術(shù)，在煤礦水害防治工作中得到了廣泛的應(yīng)用，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了有力的保障。

(3)煤礦防治水是煤礦安全生產(chǎn)工作中的重點(diǎn)，煤礦防治水是全方位的工作，煤礦企業(yè)要高度重視鉆探手段在水害防治工作的重要地位，加強(qiáng)水害防治工作的設(shè)計(jì)和管理，加大防治水投入，確保安全生產(chǎn)。

(4)開展和做好煤礦防治水鉆探工作，要加強(qiáng)防治水鉆探技術(shù)配套設(shè)備的研發(fā)，如應(yīng)用于地面多分支水平井精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)的大提升力(>1500 kN)、大扭矩(>25 kN·m)非車載液壓動(dòng)力頭鉆機(jī),加強(qiáng)相關(guān)鉆探工藝技術(shù)研究，加快鉆探技術(shù)進(jìn)步，為水害防治工作提供鉆探施工方面的有力保證。

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ApplicationofDrillingTechnologyinCoalMineWaterHazardControl

/WANGYong-quan1,ZHOUJing2

(1.Hydrogeology Bureau of China National Administration of Coal Geology, Handan Hebei 056004, China; 2.China National Administration of Coal Geology, Beijing 100038, China)

As an important technical approach to control coal mine water hazard, drilling technology has been widely used. The application of coal mine water hazard control technologies, such as large diameter drainage well drilling, ground floor multi-branch horizontal wells by surface directional drilling and grouting reinforcement and reconstruction, underground directional drainage drilling, grouting to seal water inrush passage drilling and rapid rescue drilling of mine inrush disaster, has

good effects. Further development of drilling equipments for water control and the research on related drilling technologies should promote coal mine water hazard control.

coal mine water hazard control; drilling; large diameter drilling; directional horizontal branch wells drilling; rapid drilling

2017-05-10；

2017-05-17

王永全，男，漢族，1967年生，副局長(zhǎng)，高級(jí)工程師，探礦工程專業(yè)，從事鉆探生產(chǎn)施工、技術(shù)研究和管理工作，河北省邯鄲市叢臺(tái)區(qū)滏河北大街154號(hào)，w13722690771@163.com。

TD745；P634

A

1672-7428(2017)11-0035-07