武 建

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責任公司，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，嚴重的情況下甚至會出現(xiàn)礦井淹沒，所造成的經(jīng)濟損失非常嚴重，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?，F(xiàn)階段，煤礦開采過程當中，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行精確鉆進工作，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的隨鉆測量系統(tǒng)，對鉆孔工作進行定向和方向糾正，可以對鉆型工作方向以及鉆型過程中的傾角大小進行有效控制。在鉆進工作過程中，可以直接沿著預先設定好的鉆孔軌跡，將鉆頭鉆進到指定的位置，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，會造成實際鉆進方向產(chǎn)生比較嚴重的偏差出現(xiàn)，鉆進軌道偏離預先設定好的方向。通過隨鉆測量系統(tǒng)的使用，可以保證鉆進工作過程中對鉆進的角度以及軌跡進行嚴格控制，同時在控制面板當中對相關(guān)的鉆進參數(shù)進行精確顯示。當監(jiān)測到鉆進偏離了預先設定軌跡的條件下，可以通過調(diào)整孔底位置的螺桿馬達，對偏離問題進行有效調(diào)整，保證整個鉆進攻的方向符合預先設定的要求和標準。在實際鉆進工作當中需要對鉆孔工作速率進行有效控制，同時還需要仔細觀察鉆進工作過程中的反水量以及殘渣的攜帶情況。當產(chǎn)生鉆進異常問題時需要及時減慢或者是停止鉆進工作，對其中產(chǎn)生的問題進行及時處理，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備當中，主要包含定向鉆機設備、隨鉆測量設備、螺桿馬達、泥漿泵、鉆頭以及封孔設備等。探放水設備需要使用一次性配套方式進行采購，并且需要在同一個生產(chǎn)廠家對配套產(chǎn)品進行統(tǒng)一生產(chǎn)，避免不同廠家生產(chǎn)的設備相互之間存在不匹配等各種問題。探放水鉆進工藝流程，如圖1 所示。

圖1 鉆孔精確定向施工工藝流程

2.2 鉆孔設計和定向軌跡設計要點分析

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)容進行設計和分析。放老空水鉆孔工作需要基于巷道的實際設計工作方向，保證在平面或者豎直面上，通過扇形的方式來進行設置。鉆孔工作需要保證成組設置，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行確認，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行設置，與此同時底板方向上鉆孔數(shù)量最低不能少于兩個[2]。定向鉆孔工作當中需要對鉆孔位置的軸線、頂角、方位角、孔洞深的大小進行有效測定，同時要有效判斷曲線段的曲率以及實際彎曲強度大小，鉆孔的軸線與成角位置需要進行有效控制，定向鉆進的孔洞軸線和各位置對應的頂角、方位角之間需要形成對稱狀態(tài)。定向軌跡設計工作過程中，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，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)域進行鉆探工作，查明其中的積水情況同時使用相應的輸水排水措施來進行處理，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先設定的標準，將鉆孔位置設定在煤礦井下1 100 m 的位置，將鉆機進行充分加固同時要有效保證作業(yè)區(qū)域，預留足夠的工作空間，為工作人員提供安全通道。本次鉆孔工作中總共設置出一個主孔位置，并且根據(jù)實際施工條件可以適當?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行打鉆，初始傾角大小為0°。初始鉆進工作過程中，孔徑大小為380 mm，中孔鉆進攻的過程中，孔徑大小為96 mm，主鉆孔深度設定為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)預先設定好的配比參數(shù)來進行配置，如果打壓試驗過程中產(chǎn)生漏水情況，需要重新進行開孔。

3.2 具體操作流程

在實際工作過程中需要進行開孔、封孔、套管下放、孔洞鉆進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，預先設計向下鉆進25 m 深度，然后再進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，對鉆孔軌跡進行實時性監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)存在偏差需要及時進行調(diào)整，有效保證鉆進軌跡的精確性。在鉆進工作當中需要對鉆進工作速率進行嚴格控制，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行查明。

3.3 礦井探放水工作過程和處理效果

根據(jù)預先設定好的探放工作方案以及鉆進軌跡要求，方位角大小設定為35°，并且保證水平向前進行打鉆工作初始傾角大小為0°，初始鉆進工作過程中的孔徑大小為380 mm，中孔鉆進孔徑大小為95 mm。在逐孔施工達到600 m 的情況下，進入到了煤層的底板位置，同時深度達到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50 m，然后產(chǎn)生空凈情況，此時鉆進孔洞當中存在氣體大量溢出反水，開始產(chǎn)生渣體鉆進工作壓力產(chǎn)生明顯上漲，無法進行后續(xù)的鉆進工作，退鉆之后孔洞內(nèi)部的實際出水量相對較小，并沒有達到預先設定的鉆進工作目標。對此，相關(guān)工作人員通過使用分支孔繼續(xù)進行后續(xù)的探放水作業(yè)。為了準確探測老空區(qū)域積水的水位高度及其標高大小，在主孔鉆進到530 m 的位置設置出分支孔，并且繼續(xù)向前鉆進到650 m 的情況下，發(fā)現(xiàn)實際鉆進工作存在較大的困難，并且鉆進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)向前鉆進產(chǎn)生空進情況，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)進行排水處理，累計排水量達到了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，達到了預期的探放水和排水工作目標[4]。

4 結(jié)語

通過鉆孔精確定向技術(shù)的有效應用，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)的有效應用，依照預先設定的軌跡來進行鉆進工作，同時在逐孔鉆進失敗之后重新進行設定分支孔，定向工作更加精確，并且實現(xiàn)了預期的煤礦探放水和排水工作目標，有效保證煤礦井下的各項工作效率和安全性。