蓋曉松

摘 要：和地面煤田鉆探相比較，坑道鉆探在國(guó)內(nèi)起步較為遲緩，但在先進(jìn)科技的驅(qū)動(dòng)下，近些年該項(xiàng)鉆探技術(shù)在鉆探行業(yè)中的應(yīng)用范圍不斷拓展，成為煤炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。筆者通過(guò)回顧既往實(shí)踐歷程，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，重點(diǎn)探究了幾種常用坑道鉆探技術(shù)的發(fā)展歷程，指出技術(shù)應(yīng)用階段暴露出的不足，并提出幾點(diǎn)可行的完善措施，以期對(duì)促進(jìn)坑道鉆探推廣過(guò)程有一定助益。

關(guān)鍵詞：坑道鉆探技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;問(wèn)題分析;措施探究

施工硐探、地質(zhì)補(bǔ)勘等是過(guò)往于礦井復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中找煤、采煤的常用手段，盡管以上技術(shù)應(yīng)用階段取得一定成效，但暴露出資金投入量高、周期漫長(zhǎng)等不足，噬待改進(jìn)。對(duì)礦井地質(zhì)、采礦工程設(shè)計(jì)要求及維持過(guò)程安全等視角分析，開(kāi)展井下鉆探作業(yè)時(shí)推動(dòng)采煤工作持續(xù)發(fā)展的重要支撐。因井下鉆探和地面鉆探在本質(zhì)上存在差異，需要特殊鉆探設(shè)施的輔助，故而促成了坑道鉆井技術(shù)。伴隨綜采工作面的建設(shè)，坑道鉆探應(yīng)用范疇逐漸拓展，且技術(shù)日益成熟，在促進(jìn)國(guó)內(nèi)煤礦產(chǎn)業(yè)健康、長(zhǎng)效發(fā)展方面發(fā)揮重大作用。

1 坑道鉆機(jī)

坑道鉆探操作空間窄小、設(shè)備設(shè)施移運(yùn)難度大，通常在近乎水平向或斜行鉆孔，以上特征對(duì)坑道鉆機(jī)構(gòu)造形式形成較大影響。在該方面上，世界不同國(guó)家發(fā)展進(jìn)度盡管參差不齊，但歷經(jīng)的流程大體一致，早期多用立軸式鉆機(jī)鉆井，逐漸被被動(dòng)力頭式鉆機(jī)取代。我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)80年代初期自主研發(fā)了全液壓動(dòng)力頭式坑道鉆機(jī)[1]，發(fā)展至本年代末期已構(gòu)建了系列化生產(chǎn)模式，有MK、MYZ等諸多產(chǎn)品。90年代又有很大突破，品種類(lèi)型增長(zhǎng)，生產(chǎn)質(zhì)量顯著提升。

全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)持有的很多優(yōu)勢(shì)是立軸式鉆機(jī)無(wú)法毗鄰的，故而其有很大的推廣空間。但我們應(yīng)清晰認(rèn)識(shí)到，為全面提升該類(lèi)鉆機(jī)的應(yīng)用效率，需解除多種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。首先，

立軸式鉆機(jī)在購(gòu)置成本上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，且維修技術(shù)要點(diǎn)易于掌握，故而當(dāng)下國(guó)內(nèi)很多企業(yè)依然持續(xù)使用該種鉆機(jī)。為推廣全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)，就一定要強(qiáng)化宣傳力度，引導(dǎo)企業(yè)不應(yīng)單純關(guān)注不同鉆機(jī)設(shè)備在成本上存在的差異，也要考慮優(yōu)化作業(yè)條件、提升鉆探整體效益等問(wèn)題。其次，保證設(shè)備售后服務(wù)質(zhì)量，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)人員掌握準(zhǔn)確操作鉆機(jī)及常見(jiàn)故障的解除方法，并保證配件供應(yīng)的時(shí)效性。對(duì)該類(lèi)鉆機(jī)自身整體分析后，我們發(fā)現(xiàn)盡管品種規(guī)格充實(shí)度有增加，但在齊全性方面始終占劣勢(shì)。

國(guó)內(nèi)大部分設(shè)備制造廠(chǎng)家為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求而加大新產(chǎn)品的研發(fā)力度，規(guī)格品種不全的現(xiàn)狀逐漸被改善[2]。和國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行安穩(wěn)性及自重方面不占優(yōu)勢(shì)，受主客觀(guān)多種因素的制約，以上這種差距短期內(nèi)無(wú)法整體解除，但我們?cè)敿?xì)在多個(gè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的協(xié)同努力下，差距將會(huì)日益減縮。從宏觀(guān)層面上分析，國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)整體構(gòu)造、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)成熟度已抵達(dá)很高層面上，后續(xù)工作的側(cè)重點(diǎn)是完善零部件的設(shè)計(jì)水平及生產(chǎn)工藝流程。創(chuàng)設(shè)相配套制造廠(chǎng)要完善坑道鉆機(jī)產(chǎn)品質(zhì)檢機(jī)構(gòu)，嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范，做好各生產(chǎn)商鉆機(jī)設(shè)備品質(zhì)的檢測(cè)、驗(yàn)收工作。

2 定向鉆進(jìn)工藝

過(guò)往，國(guó)內(nèi)坑道鉆探施工工法在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)更新進(jìn)度遲緩。比如，在70年代中期才陸續(xù)將金剛石鉆進(jìn)、繩索取心發(fā)用于地面鉆探領(lǐng)域內(nèi)，到80年代末期，北京礦務(wù)局才率先使用坑道鉆探。定向鉆進(jìn)、坑道鉆探兩種技術(shù)的發(fā)展路線(xiàn)很很大相似點(diǎn)，70年代末就有機(jī)構(gòu)開(kāi)展了300m“水平鉆”相關(guān)的準(zhǔn)備工作，在后續(xù)十年中付出很多努力，但并沒(méi)有得到相關(guān)部門(mén)的肯定與支持，定向鉆進(jìn)施工作業(yè)運(yùn)行可謂是步履艱難。直至90年代初期，綜采技術(shù)推行階段對(duì)作業(yè)面及開(kāi)采區(qū)中構(gòu)造物探測(cè)準(zhǔn)確度提出嚴(yán)格要求，水平長(zhǎng)鉆孔技術(shù)逐漸被用于高瓦斯礦井生產(chǎn)進(jìn)程中，這是坑道定向鉆進(jìn)法被應(yīng)用的最強(qiáng)大動(dòng)力。

90年代初期，撫順?lè)衷簞?chuàng)建和鉆頭徑向破煤機(jī)制、鉆進(jìn)軌跡調(diào)控相關(guān)的項(xiàng)目，該項(xiàng)目推進(jìn)階段，以三彎矩方程法為支撐，測(cè)求出孔底鉆具的受力于變形狀況，構(gòu)建了徑向切削模型，參照過(guò)往實(shí)際鉆進(jìn)材料，科學(xué)預(yù)估了鉆孔軌跡，使國(guó)內(nèi)坑道定向鉆進(jìn)理論專(zhuān)研抵達(dá)了更高層面[3]。

近些年，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)在定向鉆進(jìn)工藝研究方面取得的成績(jī)是可喜可賀的，但我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到定向鉆進(jìn)相關(guān)理論的研究力度應(yīng)持續(xù)被強(qiáng)化，并且促進(jìn)理論研究與鉆探實(shí)踐整合過(guò)程，進(jìn)而確保取得的研究成效能準(zhǔn)確指導(dǎo)鉆探實(shí)踐活動(dòng)。定向鉆進(jìn)工藝研究階段，相關(guān)人員應(yīng)予以孔壁穩(wěn)定性問(wèn)題一定重視，特別是順沿煤層鉆進(jìn)階段，一旦孔壁塌落，則將會(huì)直接擾亂鉆進(jìn)計(jì)劃實(shí)施過(guò)程。針對(duì)地質(zhì)勘探鉆孔，推薦采用泥漿護(hù)壁與優(yōu)化排粉情況;針對(duì)瓦斯抽吸鉆孔工況，一方面要保證成孔的完整度，還需確保滲透率處于較高層面上。

3 鉆具

3.1 鉆桿

針對(duì)坑道鉆探施工階段，依照銜接形式的差異性，可以將鉆桿細(xì)化為兩種類(lèi)型，一是接頭內(nèi)徑顯著大于鉆桿內(nèi)徑的裝置;二是接頭內(nèi)徑與鉆桿等同或偏大，即被叫做“外平”鉆桿?，F(xiàn)階段，全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)推廣力度不斷強(qiáng)化，后種鉆桿應(yīng)用頻率更高。對(duì)鉆桿規(guī)格大小加以分析，過(guò)往礦井生產(chǎn)階段多選用小內(nèi)徑淺鉆孔，φ42、φ50規(guī)格鉆桿就能順利完成鉆進(jìn)作業(yè)。而現(xiàn)如今，鉆孔內(nèi)徑與深度指標(biāo)均有擴(kuò)增，取芯形式也表現(xiàn)出多樣化特征，與之相對(duì)應(yīng)的是大內(nèi)徑常規(guī)鉆桿、繩索式取芯鉆桿陸續(xù)被用于礦井生產(chǎn)領(lǐng)域。

當(dāng)下，國(guó)內(nèi)對(duì)大內(nèi)徑重型繩索式取芯鉆桿的研發(fā)力度不足。因?yàn)樵谂R近水平孔鉆進(jìn)階段，鉆桿和孔壁兩者形成了較大摩擦阻力，促進(jìn)了鉆桿結(jié)構(gòu)的磨損過(guò)程，鉆桿的回轉(zhuǎn)阻力相應(yīng)上升，為保證采區(qū)地質(zhì)勘探工作順利、有效推進(jìn)，就應(yīng)強(qiáng)化壁厚偏大、聯(lián)接強(qiáng)度高的大內(nèi)徑重型繩索式取芯鉆桿開(kāi)發(fā)力度。

3.2 鉆頭

回顧過(guò)往數(shù)十年的坑道鉆探作業(yè)歷程，普遍采用的是硬質(zhì)合金鉆頭[4]。80年代末期，在繩索取芯技術(shù)的帶動(dòng)下，金剛石鉆頭逐漸由地上推廣至井下。很多礦務(wù)局在瓦斯抽吸鉆孔實(shí)踐中，以金剛石鉆頭為支撐，攻堅(jiān)了硬巖形成的阻礙?，F(xiàn)如今，鉆頭型號(hào)呈多樣化特征，為坑道鉆探技藝及鉆進(jìn)效率提升做出強(qiáng)大鋪墊。

硬質(zhì)合金鉆頭用于鉆井實(shí)踐中滯留的問(wèn)題豬油有兩個(gè)：一是鉆頭構(gòu)件生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性不足;二是操作者技術(shù)水平偏低。位解除如上兩個(gè)問(wèn)題，要求生產(chǎn)單位應(yīng)自覺(jué)完善內(nèi)部管理模式，健全相關(guān)技術(shù)方案，循序漸進(jìn)強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。也要大力普及鉆探知識(shí)，整體提升操作人員的技術(shù)水平。

3.3 專(zhuān)用鉆具

比如，為保證鉆孔方向調(diào)控的精準(zhǔn)度，建議聯(lián)合選用穩(wěn)定組合鉆具、螺桿鉆具等;為大幅度提升鉆進(jìn)于硬巖內(nèi)的作業(yè)效率，推薦使用液動(dòng)沖擊器或風(fēng)動(dòng)潛孔錘等。推廣新工藝技術(shù)階段，相關(guān)部門(mén)不能“拿來(lái)就用”，要結(jié)合具體工況做出調(diào)整，以從根本上保證專(zhuān)用鉆具使用過(guò)程安全性，為礦下鉆進(jìn)、規(guī)范成孔。

4 結(jié)束語(yǔ)

歷經(jīng)40余年的發(fā)展歷程，國(guó)內(nèi)坑道鉆探工藝技術(shù)在發(fā)展進(jìn)程中取得很大突破，但是我們還是要認(rèn)識(shí)到技術(shù)應(yīng)用階段依然暴露出一定不足，應(yīng)持續(xù)強(qiáng)化新型鉆機(jī)的宣傳力度，促進(jìn)坑道鉆機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代進(jìn)程，保證設(shè)備售后服務(wù)工作質(zhì)量，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員技術(shù)培訓(xùn);立足于市場(chǎng)需求，加大鉆探儀器新品種的研發(fā)力度。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

李志鵬（1990- ），男，漢族，籍貫：河南省鞏義市，同煤集團(tuán)地質(zhì)勘測(cè)處，本科，助理工程師。