探討鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

張 珂 徐延軍 趙建明 / 山東東華能源有限責(zé)任公司葛亭煤礦

探討鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

張 珂 徐延軍 趙建明 / 山東東華能源有限責(zé)任公司葛亭煤礦

文章先對(duì)常見(jiàn)的煤礦井下防治水鉆探工藝進(jìn)行了分析，然后對(duì)具體鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用作了詳細(xì)的闡述與研究。

應(yīng)用；鉆探技術(shù)；地質(zhì)；水文；防止水透

一、比較常見(jiàn)的煤礦井下防治水鉆探工藝

目前我們比較常見(jiàn)的煤礦井下的防治水鉆探的工藝有:全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)、高角度的上仰孔鉆進(jìn)、斜下孔鉆進(jìn)、松軟層跟管鉆進(jìn)這幾種。但是我們要清晰的認(rèn)識(shí)到，如何把以上幾種鉆探技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境中，這是需要根據(jù)具體的實(shí)踐環(huán)境而定的。下面，就會(huì)以上這幾種鉆探技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與研究。

二、具體鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

（一）全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)技術(shù)的具體應(yīng)用和說(shuō)明

全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)技術(shù)指的是全孔在煤層內(nèi)鉆進(jìn)的情況下，進(jìn)行充分鉆進(jìn)。在這種地質(zhì)條件下煤層相當(dāng)程度上比較松軟，如果采取另外一種方式來(lái)進(jìn)行鉆孔必然會(huì)造成難度加大的問(wèn)題，而且由于地質(zhì)和水文環(huán)境復(fù)雜，鉆頭無(wú)法探測(cè)到內(nèi)部環(huán)境的具體情況，這樣不但加快完成了鉆孔，在這種復(fù)雜的環(huán)境下，還能保證勘探人員的安全。全煤層鉆進(jìn)是一種干鉆技術(shù)，它主要是利用了鉆機(jī)所產(chǎn)生的強(qiáng)大動(dòng)力來(lái)巧妙的將能量進(jìn)行完整傳遞，這樣做的好處在于用一種不會(huì)將鉆屑留在孔內(nèi)的形式很方便的完成鉆孔，而不會(huì)出現(xiàn)任何的故障問(wèn)題。也在這種運(yùn)作過(guò)程中形成了類(lèi)似于螺旋機(jī)的運(yùn)行方式。在過(guò)去我們主要應(yīng)用的老式的鉆孔技術(shù)，這些老式鉆孔技術(shù)不但會(huì)加劇孔本身的垮塌可能性，還有可能對(duì)鉆機(jī)造成損傷，減少鉆機(jī)的使用壽命。傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)都會(huì)產(chǎn)生很大噪音和振動(dòng)，在鉆孔過(guò)程中對(duì)孔壁造成極其不利的影響，而這種技術(shù)減少了這種干擾。

（二）高角度上仰孔鉆進(jìn)

高角度上仰孔鉆進(jìn)技術(shù)指的是當(dāng)目標(biāo)與施工位置處在一種比較垂直上下的鉆進(jìn)技術(shù)，但是這種方法的使用有比較限制的一點(diǎn)是:高角度上仰孔鉆進(jìn)用來(lái)鉆孔的同時(shí)應(yīng)該選擇頂板條件較好的位置，如果選擇條件較差，有可能會(huì)造成任務(wù)失敗，從而引起整個(gè)鉆孔任務(wù)功虧一簣。另外由于這種技術(shù)的使用是處于一種比較危險(xiǎn)的境地，所以應(yīng)該提前做好準(zhǔn)備工作，例如要提前做好各個(gè)頂板的防護(hù)，固定好腳手架以避免石塊墜落傷人的情況發(fā)生。高角度上仰孔鉆進(jìn)技術(shù)本身就是一項(xiàng)比較高難度的鉆進(jìn)技術(shù)，必須要求嚴(yán)格才能保障所有工作人員的安全和任務(wù)的完成度。這樣做的原因在于，如果不遠(yuǎn)離，會(huì)加大鉆孔的風(fēng)險(xiǎn)，高度的威脅下將會(huì)造成人身安全的隱患。整個(gè)過(guò)程中需要加入一個(gè)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的導(dǎo)正器達(dá)到預(yù)期效果。這樣做一根套管到下方將會(huì)做到降低孔口高度的良好效果。筆者對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)評(píng)價(jià)有幾點(diǎn):第一，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在高難度下的鉆進(jìn)技術(shù)，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更加方便了以后的鉆孔研究。第二，這項(xiàng)技術(shù)所完成的鉆孔，將會(huì)是其他技術(shù)所不能比擬的，主要是因?yàn)楦呓嵌认碌木?xì)將會(huì)做得更好，實(shí)現(xiàn)了難度與效果的雙向結(jié)合。

（三）定向斜下孔鉆進(jìn)技術(shù)的具體應(yīng)用和說(shuō)明

所謂定向斜下孔鉆進(jìn)技術(shù)就是需要在預(yù)定的方位上設(shè)置斜向機(jī)器的位置，這樣方便提前預(yù)知作業(yè)的具體方位，然后再根據(jù)實(shí)際方位測(cè)試出斜向機(jī)器的孔底位置，兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行比較就可以知道兩者誤差，然后再對(duì)其進(jìn)行更正。通過(guò)對(duì)定向斜下孔鉆進(jìn)技術(shù)的概念認(rèn)知我們應(yīng)該清楚了，當(dāng)鉆機(jī)到達(dá)相應(yīng)位置后，需要有線(xiàn)隨鉆斜測(cè)儀才能探測(cè)出真實(shí)數(shù)據(jù)，直到兩者的坐標(biāo)合二為一，也就是完全符合以后就可以開(kāi)始真正的鉆孔工作，螺旋鉆到達(dá)不定向接頭的位置之后進(jìn)行有線(xiàn)斜測(cè)儀的定位，在監(jiān)控這邊就會(huì)顯示出鉆孔的工具和三維坐標(biāo)方位角。這里需要說(shuō)明的，即便是鉆孔設(shè)備和技術(shù)做到最好還是會(huì)有誤差的存在，為什么，因?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境的復(fù)雜導(dǎo)致的，特別的還有地下的水文環(huán)境，地下暗河、水道、水源等等情況，就算是提前做過(guò)相應(yīng)的地質(zhì)情況調(diào)查，但實(shí)際操作中還是有可能出現(xiàn)這些情況。斜下鉆孔鉆進(jìn)時(shí)由于是通過(guò)順層的方式鉆進(jìn)加上地質(zhì)層中的巖層自重作用，很有可能大幅度降低成孔率，而且更大的危險(xiǎn)是，還有可能引發(fā)水透，對(duì)設(shè)備和探查人員造成安全威脅。為了防止這種情況的發(fā)生，我們可以采取以下措施來(lái)防止:首先，萬(wàn)一由于機(jī)器本身故障發(fā)生意外問(wèn)題，這樣我們就必須馬上接通高壓電來(lái)啟動(dòng)強(qiáng)風(fēng)吹散孔底的殘?jiān)勰?，等到設(shè)備恢復(fù)工作，就可以將鉆桿拔出，解除危機(jī)。

（四）松軟層跟管鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和具體說(shuō)明

松軟層跟管鉆進(jìn)技術(shù)是一種比較特殊的跟管鉆進(jìn)技術(shù)，他講究的在鉆進(jìn)的同時(shí)壓入或者旋轉(zhuǎn)下入套管，這種無(wú)論是對(duì)輔助設(shè)備還是技術(shù)人員的要求都比較高。但是在實(shí)際操作中又有一些不同之處，實(shí)際操作中會(huì)遇到松軟層，在這種情況下，又必須要分成兩種形式來(lái)討論:一般鉆孔都不會(huì)遇到特別復(fù)雜的地質(zhì)層，而且在清楚的調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)層之后，但是地下情況復(fù)雜時(shí)，調(diào)查結(jié)果有可能就會(huì)失真，比如會(huì)由于當(dāng)?shù)貧庀笤蛟斐赏恋睾窟^(guò)大，這樣就給鉆進(jìn)帶來(lái)了一定的難度。第一種就是鉆孔的時(shí)候突然就遇到松軟層，這種情況特別罕見(jiàn)，不禁加大了開(kāi)孔的難度，而且會(huì)拖延開(kāi)孔的最佳時(shí)機(jī)，這時(shí)候需要做的就是使用松軟層的跟管鉆進(jìn)技術(shù)，使用這種技術(shù)需要注意的就是，一邊鉆進(jìn)一邊下套管，這里要特別注意，不能將兩者交接在一起，因?yàn)殂@機(jī)是不能夠與套管連接過(guò)于緊密，這樣就會(huì)很容易讓套管隨著鉆機(jī)深陷鉆孔，這樣不僅會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，還會(huì)破壞原有完好的鉆孔。所以只要一邊鉆進(jìn)一邊下套管，等到這一口徑的完成馬上換成下一口徑繼續(xù)進(jìn)行。第二，要是遇到一開(kāi)鉆就碰到松軟層，那就要配置相應(yīng)的筒狀合金鉆頭，按照標(biāo)準(zhǔn)要求鉆進(jìn)，更替口徑交替鉆進(jìn)，通過(guò)鉆進(jìn)之后的松解螺旋頭的操作來(lái)達(dá)到鉆孔要求即可。

（五）鉆探設(shè)備選定

為提高礦井超前探功效，采用井下深孔定向鉆機(jī)實(shí)施超前探工程。定向鉆機(jī)由鉆機(jī)機(jī)身、移動(dòng)泵站與隨鉆測(cè)量系統(tǒng)三部分組成，鉆機(jī)機(jī)身由廠(chǎng)家提供，為礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)，最大額定轉(zhuǎn)矩12000N·m、額定轉(zhuǎn)速50～150r/min，適用于鉆進(jìn)大直徑近水平長(zhǎng)鉆孔及1500m以上超長(zhǎng)定向鉆孔。移動(dòng)泵站由礦井已有的噴霧泵改造而成，最大輸出泵量560L/min。隨鉆測(cè)量裝置由防爆計(jì)算機(jī)、防爆鍵盤(pán)、防爆數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和探管四部分組成，在孔底馬達(dá)鉆進(jìn)過(guò)程中，將探管連接在孔底馬達(dá)后，在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，防爆計(jì)算機(jī)通過(guò)通纜鉆桿和通纜水便向孔內(nèi)探管供電并下工作指令，探管啟動(dòng)工作并采集鉆孔傾角、方位角、工具面向角等數(shù)據(jù)通過(guò)通纜鉆桿和水便傳送到防爆計(jì)算機(jī)，通過(guò)裝置軟件的分析處理，在防爆計(jì)算機(jī)顯示器上顯示鉆孔參數(shù)、設(shè)計(jì)軌跡、實(shí)鉆軌跡等信息，通過(guò)系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)裝置分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)測(cè)量并以數(shù)字量形式進(jìn)行顯示、存貯、通信、處理分析成圖等功能。數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)束后，防爆計(jì)算機(jī)停止為孔內(nèi)探管供電，探管停止工作。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，所有的煤礦井下防治水所應(yīng)用的鉆探技術(shù)都是探查人員安全的生命保障，無(wú)論如何，都應(yīng)該加大研究這方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，只有技術(shù)上不斷跟進(jìn)，操作上不斷縮小誤差，遵循客觀(guān)規(guī)律才能從根本上保障勘探人員生命安全，鉆探企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全，以及鉆孔技術(shù)的圓滿(mǎn)完成。最后做到最大程度的防止煤礦井下的水透現(xiàn)象。

[1]楊紅明．鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用[J]．環(huán)球人文地理，2014(16):48．

[2]白鑫．鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用研究[J]．中國(guó)機(jī)械，2014(23):108～109．