煤礦水害防治工作中鉆探技術(shù)的應(yīng)用研究

姬乃強

【摘 要】鉆探技術(shù)是煤礦水害防治中的主要應(yīng)用技術(shù)，論文以XX礦井水文災(zāi)害防治為例，分析了XX煤礦工程現(xiàn)狀，闡述了我國煤礦水文災(zāi)害類型及事故特點。從鉆探設(shè)備選定、鉆探方案設(shè)計、鉆探方案實施等方面，對煤礦水文災(zāi)害防治過程中鉆探技術(shù)的應(yīng)用進行了簡單分析。并以深孔定向超前鉆探為例，對煤礦水文災(zāi)害防治中鉆探技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用進行了進一步探究。

【關(guān)鍵詞】煤礦;水害;防治;鉆探技術(shù)

【Keywords】coal mine; water disaster; prevention and control; drilling technology

【中圖分類號】TD745? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）01-0183-02

1 引言

XX煤礦為區(qū)域內(nèi)主力生產(chǎn)礦井，煤層埋深在480m以上，底板主要充水含水層為L7灰?guī)r含水層，水壓高達4.8MPa。為消除礦井水害隱患，XX礦井嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、鉆探為主、先治后采”的方針，對區(qū)域內(nèi)鉆孔進行了改造升級。但是在XX礦井實際生產(chǎn)過程中，仍然存在鉆孔軌跡不可控、含水層有效孔段短、鉆孔孔深淺等問題。本文對XX煤礦礦井水害防治中鉆探技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用進行了簡單分析，具體如下。

2 煤礦水害災(zāi)害類型及事故特點

我國煤礦水害類型主要包括六個類型，即華北石炭—二疊紀(jì)煤田的巖溶——裂隙水水害區(qū)為I類;華南晚二疊紀(jì)煤田巖溶水水害區(qū)為II類;東北及內(nèi)蒙侏羅紀(jì)煤田砂礫巖裂隙水水害、西北侏羅紀(jì)煤田砂礫巖裂隙水水害分別為III類、IV類;西藏及滇西中生代煤田裂隙水水害、臺灣第三紀(jì)煤田裂隙——孔隙水水害分別為V類、VI類[1]。

通過對“十三五”期間我國煤礦水害事故特征統(tǒng)計得出：根據(jù)所有制煤炭企業(yè)類型的差異，水害事故特征也具有一定變化。一般來說，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦水害事故發(fā)生概率遠高于國有地方及國有重點煤礦水害事故發(fā)生概率。其中地質(zhì)構(gòu)造誘發(fā)的煤礦突水發(fā)生概率最大，煤礦突水水害對礦井安全生產(chǎn)造成了極大的威脅。因此，老空積水、地表水等突水水害為煤礦水害防治要點。

3 煤礦水害防治工作中鉆探技術(shù)的應(yīng)用措施

3.1 鉆探設(shè)備選定

依據(jù)MT/T 790-2006《煤礦坑道勘探用鉆機》、MT/T356-2005《煤礦井下安全工程鉆機》的相關(guān)要求，本次鉆探工程中主要用鉆探設(shè)備為ZDY1300型煤礦用全液壓坑道鉆機及ZG型R780高強度外平鉆桿。煤層施工采用靜壓水作為沖洗介質(zhì)的普通回轉(zhuǎn)鉆進工藝。配套設(shè)備包括：新型ZDY3200L全液壓鉆機、Φ113四翼內(nèi)凹PDC鉆頭、Φ73整體式寬葉片螺旋鉆桿等附屬設(shè)備。鉆孔直徑為113mm，最大深度為10～180m，鉆孔傾角范圍-90°～+90°、方位角0～180°;底孔用鉆桿為Φ110/73mm×1m插接式雙頭螺旋鉆桿，鉆桿接頭采用內(nèi)加厚方式局部增加壁厚，通過摩擦焊與鉆桿相連，芯桿直徑73 mm，鉆桿外直徑為110mm;煤層施工用鉆桿為Φ73mm×1m整體式寬葉片螺旋鉆桿，鉆桿接頭采用內(nèi)加厚方式局部增加壁厚，通過摩擦焊與鉆桿相連，采用螺紋式連接;底板鉆孔用的鉆頭為Φ120mm插接式螺旋合金鉆頭，該鉆頭為高品質(zhì)硬質(zhì)合金切削齒;煤層鉆孔選用的為Φ113mm四翼內(nèi)凹PDC鉆頭，該頭采用優(yōu)質(zhì)金剛石復(fù)合片（PDC）作為切削齒。

3.2 鉆探方案設(shè)計

本次鉆探主要是在即將開掘的11562工作面上順槽進行鉆探施工，即依據(jù)工作面下順槽已形成鉆探場地，沿順槽方向，進行超前探與底板加固作業(yè)。在前期鉆探面設(shè)計過程中，需在底板鉆孔的基礎(chǔ)上，設(shè)計兩探煤鉆孔。即設(shè)計探煤孔鉆進層位平均煤厚為6.22m，底板孔鉆進層位為L7灰?guī)r底部細(xì)粒砂巖，該層位置較穩(wěn)定，距離灰?guī)r4.89m。

在11562工作面下順槽鉆探期間，主要依據(jù)上順槽鉆探方向，經(jīng)大幅度拐彎，在巷道兩側(cè)進行探煤鉆探[2]。由于底板注漿口位于巷道下方，為保證探煤鉆孔作業(yè)順利進行，施工人員需合理設(shè)置一分支探頂節(jié)點，保證順槽口內(nèi)煤層構(gòu)造穩(wěn)定。

3.3 鉆探方案實施

首先，在鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，需在兩級套管下部開設(shè)孔徑為?113mm的鉆孔。其次，在鉆孔軌跡確定之后，可采用?50.0mm金剛石復(fù)合片可開閉式鉆頭，回鉆一級孔口管，隨后下放設(shè)計內(nèi)徑為?105mm的套管，并利用井下注漿泵，依照水灰比為1/1.0的比例進行水泥漿拌合，在套管內(nèi)進行注漿固管作業(yè)。為保證固管效果，應(yīng)保證水泥漿凝固時間在24h以上。在這個基礎(chǔ)上，利用?105mm鉆頭透出套管0.6m后進行耐壓試驗，保證耐壓試驗階段周邊水壓在11MPa左右。若套管壁周邊無水分滲出，則表明固管效果良好，反之則需要重新進行固管作業(yè)。最后，在鉆頭鉆設(shè)過程中，根據(jù)鉆扣類型的差異，需要采取不同的鉆孔模式，如在全煤層鉆進期間，需要采用螺旋鉆桿在煤層鉆進成孔。

在鉆進煤層與設(shè)計煤層呈90°時，施工人員需要利用高角度上仰施工方式，在頂板條件較好的位置進行鉆桿架設(shè)，然后在原有孔口管的基礎(chǔ)上增設(shè)一套管，以控制上孔口與地表距離在2.00m以下，避免擊發(fā)距離過長對鉆進效果的影響。

在斜下孔鉆設(shè)期間，由于鉆孔順層鉆進期間巖層自重的影響，巖層破碎風(fēng)險較大，據(jù)此，可在煤層下方設(shè)置鉆桿。并在鉆頭距離孔底16m時調(diào)整泵壓，避免憋泵現(xiàn)象對鉆進穩(wěn)定性的不利影響。若在煤礦水害防治階段不需進行鉆芯取樣，則可直接進行沖孔提鉆作業(yè)，即沿正常鉆進軌道，待沖孔20.0min后，提出鉆桿。

在松軟層跟管鉆進階段，施工人員需要綜合考慮鉆進到一定深度后遭遇松軟層及開孔階段遭遇松軟層等情況。若在鉆進一定深度后遇到松軟層，相關(guān)人員需要首先下放一孔徑口管，然后進行巖芯管的鉆進。一般來說巖芯管內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭大一徑。這種情況下，若鉆進階段遭遇松軟層，施工人員就可以及時拉鉆。并利用跟管鉆進的方式，持續(xù)鉆進，保證鉆進階段孔壁穩(wěn)定;若在開孔之初遭遇松軟層，施工人員需要配置與止水管端口相符的合金鉆頭。結(jié)合后端螺絲頭的設(shè)置，可避免松軟層鉆進階段套管管壁失穩(wěn)。

4 煤礦水害防治工作中鉆探技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化

鉆探技術(shù)在煤礦水害防治中的應(yīng)用，不僅可以驗證前期物探結(jié)果，而且可以揭示富水異常區(qū)水文地質(zhì)特點[3]，進而幫助施工方了解導(dǎo)水構(gòu)造水文地質(zhì)條件及其與水源間的關(guān)系。但是，在現(xiàn)階段煤礦水害防治工作開展過程中，鉆孔軌跡不可控、含水層有效孔段短、鉆孔孔深淺等問題的存在，嚴(yán)重影響了鉆探水害防治效果。因此，在今后鉆探技術(shù)應(yīng)用過程中，設(shè)計人員應(yīng)在保證鉆孔軌跡平直的基礎(chǔ)上，最大程度控制鉆孔彎曲程度，避免鉆桿與孔壁頻繁摩擦影響鉆探給進壓力。

其次，為降低鉆孔埋鉆風(fēng)險因素，煤礦水害防治人員可采用回轉(zhuǎn)鉆機+定向鉆進的模式，將鉆進孔內(nèi)多余雜質(zhì)帶出，同時在鉆進階段對鉆孔漏失量進行觀測，探究巖層破碎帶水害分布情況，為后期水害治理提供依據(jù)。

最后，為保證后期巷道掘進工作穩(wěn)定進行，緩解礦井工作面緊張程度，同時相關(guān)人員可借鑒與工程水文地質(zhì)條件類似工程經(jīng)驗，進一步調(diào)整煤礦水害區(qū)鉆探方案。

5 結(jié)語

綜上所述，煤礦井下水害事故是煤礦生產(chǎn)作業(yè)安全主要威脅因素之一。因此，煤礦鉆探企業(yè)可以井下水防治為要點，依據(jù)煤礦區(qū)水害類型，選擇合理的煤礦鉆探設(shè)備、鉆探方式及實施方案，同時綜合考慮斜下孔鉆進、高角度上仰鉆進、全煤層孔螺旋鉆進等類型，合理調(diào)整鉆進模式，保證鉆進階段煤層穩(wěn)定，降低巖層破碎對煤礦水害防治效果的影響。

【參考文獻】

【1】卜昌森. 煤礦水害探查、防治實用技術(shù)應(yīng)用與展望[J]. 中國煤炭， 2014（7）：236-289.

【2】劉志強. 試論鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用[J]. 中國科技投資， 2017（29）：256-298.

【3】苗葳， 丁榮飛. 煤礦井下深孔定向超前鉆探技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)， 2017（10）：216-217.