煤矿井下精确定向探放水技术谢国雄.docx

    煤矿井下精确定向探放水技术谢国雄    摘要：在矿山生产与建设过程中，经常性会出现水患，危及矿山员工的生命财产安全，因此，对水患的治理和预防是在矿山开发建设过程中必须重视本文主要针对传统煤矿井顶板、采空区的探放水孔距离短、精度低易造成探测盲区等难题，以煤矿井下螺杆马达造斜定向钻技术为基础，开展定向探放水孔开孔及孔口装置安装、定向探放水钻钻进、终孔排水等技术研究，形成了一套煤矿井下精确定向探放水施工方法，可精确控制长定向钻孔轨迹的命中探测区域、一孔多分支孔增加探测区域，实现对采空区积水、富水层中水有效排放利用其技术在宁煤石炭井顺利施工采空区放水孔7个，共排水300万m3，在中煤母杜柴登矿施工富水层探水孔3个，最大孔深708m，实例表明本技术可以施工钻孔深度700m以上的探放水孔，提高钻孔探放水范围和精度，有效保障煤矿生产安全关键词：精确定向钻孔；钻孔轨迹控制；采空区积水；富水层；探放水孔0引言煤矿水害与瓦斯、粉尘并称为威胁煤矿生产的3大主要安全因素，严重威胁煤矿安全生产严重的水害会导致淹没井巷和矿山设备造成重大人员伤亡和财产损失，因此，煤矿水害的防治工作尤为重要煤矿水害中以采空区积水、富水层出水危害最为常见，传统的定向钻探防水技术主要采用组合钻具的钻进方法。

然而组合钻具定向钻进方法仅能在一定范围内控制钻孔倾角，无法控制方位角，无法达到精确定向的目的，钻孔深度受钻机能力限制往往小于200m，出现废孔的情况较多，限制了其在煤矿井下的推广应用螺杆马达结合随钻测量系统的定向长距离钻孔技术是近几年来在煤矿瓦斯抽采领域发展起来的新技术，已广泛用于煤矿井下瓦斯抽采、地质异常体探测等其在煤矿防治水中应用主要有：采空区、顶板定向探放水，底板注浆加固定向孔煤层底板注浆加固定向孔是利用煤矿井下近水平定向钻进技术取代传统回转钻进的底板注浆加固方式，通过注浆加固实现区域煤层底板的超前治理该技术目前已在焦作赵固一矿进行了应用，最深钻孔达620m，单孔最大注浆量达到了14889．303m3介绍采空区、顶板定向探放水技术，利用定向钻进技术施工长距离钻孔，通过轨迹控制、精确命中靶点及开分支等优势增加了钻孔在含水层的长度，从而大大减少了施工工程量，为煤矿井下探放水提供了新的高效技术手段1定向钻探放水技术1.1定向钻探放水方法1）采空区积水定向探放水方法采空区定向探放水施工利用螺杆马达实时定向的优势保证钻孔尽量在稳定岩层平缓穿行，利用轨迹精确控制的优势准确命中“靶点”，从高至低依次降低采空区积水水位，并通过分支孔技术预留分支点，保证每个钻孔探放水成功率，同传统钻孔相比，解决了钻孔施工距离短、“脱靶”、钻孔跑偏导致水压水量过大及重复开孔等问题。

施工过程中需保持合理的钻进速度，细致观察、记录返水量及钻进速度变化，在钻头和通缆钻杆之间加接逆止阀钻杆，距离终孔10m时每间隔1m停钻观测孔内返水情况，无异常后方可继续钻进，直至透孔2）顶板富水层定向探放水方法顶板富水层定向探放水施工主要目的是探测煤层顶板含水层含水情况利用精确轨迹控制优势使钻孔始终在目标层位按预定方位延伸同传统钻孔相比，定向钻富水层探测利用随钻测量系统准确进入目标层孔段，同时减少钻场开拓及钻孔施工量，保证了每个钻孔在含水层穿行的最大有效孔段在施工过程中实时观察记录钻孔的涌水点及涌水量，一旦出现涌水量增加，降低钻进速度富水层定向探放水孔施工不需要透孔，根据钻孔设计及施工情况决定终孔点1.2定向钻探放水装备井下精确定向探放水技术装备有：中煤科工集团西安研究院研制的ZDY6000LD系列定向钻机、3NB-300泥浆泵、YHD1-1000随钻测量系统、73mm通缆钻杆钻杆、73mm上/下无磁钻杆、96mmPDC钻头，94/153mm扩孔钻头、73mm单弯螺杆马达、专用封孔器等1.3定向钻探放水施工流程定向钻探放水技术主要包括开孔及孔口装置安装、定向钻进、透孔等工艺，施工流程图如图1。

1）开孔及孔口装置安装方法根据设计方位、倾角一开采用96mm钻头在岩石中回转钻进至33m，然后采用94/153mm扩孔钻头扩至33m下图1施工工艺流程图图1施工工艺流程图入30m的127mm壁厚10mm的孔口管，孔口管外露长度为30cm，压力表安装距孔口15cm处，以便于观察压力变化及方便孔口装置安装安装控水阀门、防喷装置及孔口三通，用注浆泵打入油井水泥（水泥浆液的比重1.6∶1），侯凝48h为确保封孔质量，侯凝结束后按规定进行拉力，并采用96mm钻头扫孔至36m后进行孔口装置耐压试验，根据压力预测值设定耐压值（大于预测水压2MPa），耐压时间30min，如出现漏水情况则需重新开封孔2）定向探放水钻进方法定向钻进保证钻孔轨迹覆盖目标区域，是探测地层含水信息的关键一般每6m测量并调整1次钻孔轨迹，使钻孔尽可能沿设计轨迹延伸钻进过程中要时刻注意孔口返水情况，一旦水量有变化，必须停钻测量并记录地层出水量；当水量过大，对施工安全可能造成威胁时，要及时排放水，必要时需注浆堵水，确保安全后方可继续施工；根据钻孔出水情况及设计孔深确定终孔位置和终孔措施具体施工流程如图23）透孔及排水透孔前应根据前期探测资料详细做好水量预测及排水措施，透孔后不得立即提出钻具，需仔细观察出水量，待出水量平缓后方可缓慢提出钻具，一旦出现涌水量加大等异常情况应立即停止工作，及时处理；顺利透孔后通过控水阀门及矿井的排水能力控制防水，每小时的最大放水量不能超过矿井的正常排水能力的80%。

图2定向钻进施工流程图2结语1）总结了一套采用螺杆马达结合随钻测量技术的长距离定向钻进探放水施工方法，为煤矿井下采空区积水、顶板富水层的防治水工程提供了新的技术手段2）定向钻探放水技术在炭井采空区积水治理过程中顺利施工放水孔8个，7个准确命中靶点，其中最大孔深超过500m，采用开分支精确控制钻孔轨迹绕过断层及破碎带，减少了无效进尺量，可精确命中靶点，透孔时从高至低依次降低采空区积水水位，共排水300万m3，节约大量的钻场和钻孔施工工作量，提高了钻孔探测的准确性和可信性，保障煤矿生产安全参考文献：[1]徐良才，郭英海，黄鑫磊，等．浅谈我国煤矿主要突水类型及防治技术［J］．煤矿安全，2011，42（1）：53－56．[2]董书宁，靳德武，冯宏．煤矿防治水实用技术及装备［J］．煤炭科学技术，2008，36（3）：8－11．[3]张国伟，孙亚军，刘颖．超高承压底板含水层探放水技术［J］．煤矿安全，2009（5）：36－39．[4]张世阔，曹思华．复杂地质条件下矿井安全高效开采地质保障技术［J］．煤矿安全，2010（5）：70－73．[5]姚宁平，姚亚峰，张杰，等．煤矿井下梳状定向孔钻进技术与装备［J］．煤炭科学技术，2012，40（10）：12－16，21．[6]张杰，姚宁平，李乔乔．煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用［J］．煤矿安全，2013，44（10）：131－134．[7]姚宁平．我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展［J］．煤田地质与勘探，2008，36（4）：78－80．[8]邢文平，李长青，郭纯．千米钻机在煤层底板注浆加固防水工程的应用［J］．煤矿安全，2014，45（1）：115．[9]李乔乔，姚宁平，张杰．煤矿井下水平定向钻孔轨迹设计［J］．煤矿安全，2011，42（10）：51－54．  -全文完-。