定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦地質(zhì)防治水中的應(yīng)用探究

魏永強(qiáng) 張輝 王永申

摘要：為了研究定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦地質(zhì)防治水中的應(yīng)用。本文基于筆者煤炭開采領(lǐng)域多年技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合生產(chǎn)要點(diǎn)的前提下展開相關(guān)分析。為煤礦地質(zhì)防治水和地質(zhì)異常情況預(yù)警與消除提供建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞：定向鉆進(jìn);煤礦;地質(zhì);防治;物探

1引言

煤炭作為最原始及應(yīng)用最廣泛的化石能源，已經(jīng)伴隨人類工業(yè)發(fā)展上百年。煤礦的易采性與普遍性，使得我國煤礦開采業(yè)經(jīng)久不衰。但是基于安全生產(chǎn)的煤礦地質(zhì)危害預(yù)控技術(shù)以及相應(yīng)的設(shè)備改造升級仍需要進(jìn)一步的探索研究。例如煤礦地質(zhì)防治水技術(shù)可以借助石油工程領(lǐng)域的定向鉆進(jìn)工藝提高勘探精度。本文基于筆者煤炭開采領(lǐng)域多年技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合生產(chǎn)要點(diǎn)的前提下展開相關(guān)分析，為煤礦地質(zhì)防治水以及地質(zhì)異常情況的預(yù)警與消威提供建設(shè)性意見。

2定向鉆進(jìn)技術(shù)的具體應(yīng)用分析

定向鉆進(jìn)技術(shù)主要依托前期地震勘探成果，在層位識別清晰，卡層到位的基礎(chǔ)上進(jìn)行高效精準(zhǔn)控制。首先確保鉆孔軌跡按照預(yù)先設(shè)計(jì)在地層中穿行，當(dāng)實(shí)際揭露地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)參數(shù)差別較大時，還需要進(jìn)一步分析鉆孔實(shí)測數(shù)據(jù)。定向鉆進(jìn)可以在穩(wěn)定鉆進(jìn)的前提下借助旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向設(shè)備進(jìn)行參數(shù)修訂和坐標(biāo)值核準(zhǔn)。如果遇到水文地質(zhì)條件突變和前方遭遇地質(zhì)異常體時，可以運(yùn)用隨鉆儀器進(jìn)行巖性識別和超前水害預(yù)控。定向鉆進(jìn)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)制定好前期設(shè)計(jì)，施工過程中在預(yù)測性指標(biāo)數(shù)據(jù)共享前提下可以實(shí)現(xiàn)無磁鉆桿的精確定向測量，并在泥漿循環(huán)基礎(chǔ)上進(jìn)行多維信號反饋，從而達(dá)到隨鉆測井式的任務(wù)交互與功能配給，確保對前方地質(zhì)構(gòu)造、水文條件的靶向精準(zhǔn)控制。

3定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦地質(zhì)防治水中的應(yīng)用要點(diǎn)與案例分析

在施工準(zhǔn)備階段，煤礦地質(zhì)防治水專業(yè)技術(shù)人員必須對礦井水文地質(zhì)概況、地下水賦存條件等進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查。結(jié)合調(diào)查結(jié)果，定向鉆進(jìn)設(shè)計(jì)方案可以明確鉆探設(shè)備配置和套管尺寸、孔徑等鉆孔參數(shù)?？碧角斑€需要對鉆探過程中的施工程序和原始數(shù)據(jù)采集進(jìn)行逐一說明?？碧絾挝唤Y(jié)合以上內(nèi)容，對定向鉆進(jìn)施工人員進(jìn)行系統(tǒng)的技術(shù)說明，使施工人員掌握工藝流程和應(yīng)急處置，為后續(xù)地質(zhì)水防治工作提供真實(shí)有效的原始資料。

在鉆探作業(yè)中，必須對鉆孔涌水的水量、水壓、水質(zhì)等進(jìn)行實(shí)時分析。如果鉆孔水量、水壓較高，說明前方地質(zhì)體富水性較強(qiáng)。要盡快停止鉆進(jìn)，準(zhǔn)確記錄鉆孔深度、出水位置;同時固定鉆桿，制定科學(xué)的地下水疏放方案，及時疏放含水體中的地下水，防止水害事故的發(fā)生。定向鉆探作業(yè)完成后，工作人員需對鉆孔相關(guān)數(shù)據(jù)和施工情況進(jìn)行分析研究，重點(diǎn)加強(qiáng)涌水量變化較大層段觀測分析。如果水量持續(xù)增大，需要對含水體的體積和范圍進(jìn)行調(diào)查研究，并記錄詳細(xì)信息。如果定向鉆探作業(yè)已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)層位，完成了勘探任務(wù)，需要及時用預(yù)先配置好的材料填充鉆孔及孔內(nèi)裂隙，避免后期采掘過程中出現(xiàn)突水，并且要驗(yàn)證封孔質(zhì)量，確保止水效果達(dá)到要求。在混凝土灌漿封孔過程中，注漿壓力必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保灌漿到位。

4井下水害物探異常區(qū)的驗(yàn)證

煤礦應(yīng)當(dāng)查明井田范圍內(nèi)地下水的分布范圍與賦存情況，包括地下水的位置、形成時間、范圍、層位、水量、補(bǔ)給源等。針對老空開采不清楚，積水不明的區(qū)域，應(yīng)綜合利用鉆探、物探、地球化學(xué)探礦等技術(shù)進(jìn)行勘察，編制礦井水危害評價(jià)報(bào)告，根據(jù)老空水分布情況及威脅程度，制定老空水防治方案。（1）地面地球物理勘探可采用三維地震勘探等方法探測地下水分布情況。（2）井下物探可采用槽波地震勘探、瑞利波勘探、無線電波透視法（井下穿透）等探測地下水賦存情況;（3）物探及其他圈定異常應(yīng)通過鉆探方法驗(yàn)證;（4）通過水質(zhì)化驗(yàn)等化學(xué)手段分析地下水的來源及補(bǔ)給情況。

煤礦應(yīng)當(dāng)根據(jù)勘探成果中地下水分布特點(diǎn)結(jié)合水害防控措施落實(shí)情況、采掘工作面受威脅程度等，編制水害普查論證報(bào)告并由煤礦企業(yè)總工程師組織審批。對于老空或其他地質(zhì)異常體積水情況明確，通過注漿加固、疏干等方式能安全管控的區(qū)域可以劃為可采區(qū);對于以現(xiàn)有技術(shù)或資料無法探查清楚的區(qū)域，無法保證安全開采，必須留設(shè)防隔水煤（巖）柱，劃為禁采區(qū)。煤礦要及時了解礦區(qū)內(nèi)相鄰礦井的開采動態(tài)和積水情況，并將其積水量、積水范圍和防隔水煤（巖）柱留設(shè)等情況在礦井充水性圖中準(zhǔn)確繪制。在鉆探施工時，相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙必須標(biāo)明探水線、積水線、警戒線的位置。當(dāng)積水區(qū)域有大量水源或有穩(wěn)定補(bǔ)給源時，應(yīng)優(yōu)先考慮留設(shè)防隔水煤（巖）柱;當(dāng)積水區(qū)域積水量少或沒有穩(wěn)定的補(bǔ)給水源時，應(yīng)積極選擇疏干排水方式;對未積水但存在補(bǔ)給水源的積水區(qū)域，應(yīng)采取注漿封堵補(bǔ)給通道或修建防水閘墻等隔離措施。疏放老空積水或其他地質(zhì)異常體積水時，定向鉆進(jìn)可以準(zhǔn)確高效的進(jìn)入地下水體，通過調(diào)整鉆孔位置及深度等鉆孔參數(shù)達(dá)到控制放水量的目的，確保礦井排水能力滿足要求，在疏放水過程中，詳細(xì)記錄出水量和水壓的動態(tài)變化，并可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時在孔內(nèi)調(diào)整鉆孔軌跡，安全且高效。放水完成后，將放水量與估算的蓄積水量進(jìn)行比較，同時通過定向鉆孔和地球物理方法檢查放水效果，確保已疏干。

5結(jié)語

綜上所述，運(yùn)用石油工程成熟的定向鉆進(jìn)技術(shù)和相應(yīng)工藝能極大解決煤礦地質(zhì)防水領(lǐng)域遇到的多變性、復(fù)雜性問題，在工具有限運(yùn)用和工時最優(yōu)前提下進(jìn)行安全生產(chǎn)。而定向鉆進(jìn)技術(shù)也需要依據(jù)煤礦開采行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展進(jìn)行改進(jìn)升級，將現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行簡化和小型化。通過煤炭領(lǐng)域不同成本配給下的定向鉆進(jìn)工藝運(yùn)用，可以獲取更多利潤空間，彌補(bǔ)定向鉆進(jìn)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的研發(fā)費(fèi)用，為更多工程最優(yōu)解提供科學(xué)可行的方案。

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