定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用实践.pdf

10/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺0 引言当前煤矿开采工作主要是以“井下开采”为主，地质条件比较复杂，对矿井开采的安全性影响较大。一旦发生井下事故，后果不堪设想，最具代表性的井下事故当属瓦斯爆炸，会影响工作人员的生命安全和财产安全，给矿井开采企业带来巨大经济损失。故此，在煤矿地质勘查中，探究定向钻进技术的应用实践有着重要作用。1 定向钻进技术基本内涵定向钻进技术在当前属于一种新型煤矿开采技术，在矿井勘查工作中得到普遍应用。我国煤矿勘查中，对于定向钻进技术应用最为频繁地就是抽采煤矿井下瓦斯等相关毒性气体的防治，该项技术的科学应用，促进煤矿井下勘查工作顺利进行同时，还能构建安全的施工环境，为煤矿井下开采作业打下坚实基础。定向钻井技术的应用，需要结合井下作业工具、测量工具以及工艺设备，通过动态调整的方式，来改变钻孔运动的轨迹，只有这样，才能确保钻头朝着预先设计目标位置移动，以此提升施工效率、降低施工成本、达到理想施工效果，进而为后期施工作业开展提供指导，确保煤矿井下施工作业更加安全1。与传统常规钻井作业技术相比较，定向钻进技术，在分支孔施工当中，具有很大优势，主要表现在以下几个方面：能够伴随钻探工作，实现勘查相关信息的保存和计算。可以结合相对小的误差，对地层结构进行计算，并创建出对应的三维坐标，之后使用定向分支技术，计算该点坐标，通过创建多个三维坐标，实现整体三维模型的科学创建，从而做好区域地质结构勘查工作，进一步降低计算误差2。结合完成施工的地质钻孔，与实际煤层剖面相比较，对地质钻孔实际偏斜规律加以探索，分析对应的影响因素，结合实践验证比较，使得地质钻孔偏斜规律更为准确。2 煤矿地质勘查中定向钻进技术工作原理科学技术的进步使得定向钻进技术水平不断提升。在煤矿地质勘查中，只有掌握该类技术的工作原理，才能确保定向钻进技术的科学应用，为后续工作打下坚实基础。定向钻进主要适用于岩层或者比较稳定的煤层，主要依靠的机械部件为强度很高的“孔底螺杆”与“中心通揽钻杆”，这两部分发挥着重要作用3。定向钻进技术工作原理为：使用弯外管孔底螺旋马达，通过高压水，将钻孔底部马达加以带动，这时马达定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用实践田海青（山西吕梁西山华威矿业管理有限公司，山西吕梁 033000）摘要：定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用逐渐得到更多的重视，此项工作顺利实施，不仅可以提升煤矿地质勘查的安全性，还能将定向钻进技术的最大价值发挥出来。基于此，主要阐述定向钻进技术基本内涵，说明煤矿地质勘查中定向钻进技术工作原理，探究定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用实践，以期促进煤矿地质勘查工作有序进行。关键词：定向；钻进技术；煤矿；地质；勘查；应用实践2023.10 矿业装备/11会驱动钻头回转，孔口检测器会朝地面传输钻孔对应的钻探轨迹，并且利用有线随钻测量技术，传送钻头的底部信息；同时，调整螺杆马达，将钻头方位角以及倾角加以改变，进而将钻孔方向变化改变，确保钻孔到达指定位置。尽管这一技术得到人们的关注，但在实际应用过程中面临某些限制，尤其是钻孔深度不同，也会产生不会的水平偏距离，这就造成定向钻进技术很难有效应用在所有煤矿地质勘查工作中。另外，定向钻进技术对煤层硬度要求非常高，对于勘查区域的煤层，硬度应 5，并且处于稳定状态，或者煤层硬度 5，且属于普通煤层。近年来，在煤矿开采中，各类安全事故频发，为了规避这一问题，就应实现定向钻进技术的科学应用4。3 定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用实践定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用，要综合考虑不同方面影响因素，结合区域内地质实际状况，采用科学有效技术，做好煤矿地质勘查工作，确保煤矿开采的安全性。具体可以从以下几个方面入手。3.1 成孔技术3.1.1 分支孔技术分支孔开孔工作中，使用最为普遍的就是悬空侧钻法，重点是通过孔底马达当中的工具面向角，将其角度加以调整之后，使用滑动钻进方式，开出对应的新分支孔。该技术相对来说非常简单和便捷，完成分支孔作业之后，与主控倾角与方位角加以对比，从而对分支孔钻进质量进行判断。在具体成孔作业当中，应遵循以下原则：缓慢钻进，并且不能出现提拉钻具的行为。对分支孔时刻进行观察，看其是不是发生反水现象，特别是沿煤层钻进时，需结合反水颜色或者返渣煤粒数量，对分支孔钻进是否成功进行确认。对随钻测量系统数据值加以动态化跟踪，一旦发现同一深度，测斜数据差异过大现象，就代表分支孔成孔作业得以成功5。3.1.2 主孔技术开展煤矿勘查工作过程中，需依照地质勘查实际需求，使用孔底马达，控制钻进倾斜角度以及方向，在此基础上结合预期钻进角度具体需求，将钻头前方岩石层加以突破。如果遭遇要倾斜钻进的岩层，可以将弯接头方向加以调整，最终达到斜向钻进目的。想要确保钻进更具可靠性，在孔底马达对应位置，可以适当弯接头、弯壳体或者稳定器，这时钻进过程只要保障孔底马达方向，就可促进钻孔角度结合预期要求进行延伸。在这过程中，还需依照煤矿地质实际需求，全面勘查对应岩层地质条件。若是面临斜向钻进需求，可以使用孔口调节工具，调整钻进方向和角度，结合系统反馈的相关信息，查看钻进角度是不是与预期需求相一致。另外，想要防止磁场干扰，选择钻杆时，最适宜的就是无磁钻杆，避免磁场带来的不良影响，确保煤矿地质勘查中成孔技术的科学应用6。3.2 煤层地质勘查技术和陷落柱勘查技术一方面，煤层地质勘查主要是采用探顶开分支探顶分支的钻进技术。煤层地质勘查工作中，往往会通过正常探孔方式，也就是沿着煤层方向，实施对应的探孔作业。通常情况下，会应用到相应的孔底马达，采用造斜钻进方式，钻进 60100m 左右，测试煤层顶板实际情况，再钻进 1824m 左右，开展分支孔钻进工作。钻进期间，要确保钻孔轨迹，处于朝前延伸状态，并且结合被测煤层实际深度，开展多次开分支与探顶工作。只有这样，才能及时掌握和勘测到煤层褶皱与倾角等地质情况，对煤层自身的标高和底板进行准确反馈，有利于煤层倾角与厚度计算，确保计算更加合理准确7。另一方面，对于陷落柱勘查技术，在矿井开采中发挥着重要作用，此类现象不同程度上会影响矿井开采安全。勘查技术的主要方法就是在煤层水面，需要设置不同数量的定向靶点，设置完成之后，使用定向钻进技术，将靶点精准命中，结合定向钻进速度，以及钻进的返渣情况，对钻头位置加以有效判断，看其是不是处在陷落柱区域当中。若是返渣，基本上是破碎岩石，同时还形成比较明显的卡钻问题，这时就可以将靶点区域确定为陷落柱区。在这之后，需要结合随钻系统反馈的数据参数，绘制陷落柱分布的具体坐标，并且将其标注于煤层平面分布图当中，为后期煤矿地质勘查工作提供重要依据，让勘查工作人员少走弯路8。3.3 巷道断层勘查技术巷道断层（如图 1 所示）勘查中，定向钻进技术的应用，可以促进巷道断层勘查工作顺利开展。具体勘查过程中，需要将某处松软煤层找寻工作完成，以远距离12/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺的方式，探查巷道前方位置，并且将该煤层当作主要切入点，对巷道进行开挖处理。实际勘查时，可能会面临这种情况，就是现场勘查作业距离和预期情况不相符合，或者距离较短等现象。这就要求根据施工作业特点，结合实际情况，调整勘查方案。具体为顺沿煤层方向，开对应的分支孔，从而整合作业当中，获得的全部坐标位置，结合现实状况，绘制出煤层的地质结构，并根据这一地质结构图，寻找断层所在位置，在专业人员指导和帮助下，结合施工经验和要求，进而确保煤矿开采方案设计的科学性和合理性9。3.4 采空区勘查技术煤矿地质勘查工作中，如果遇到采空区域，应将前期各种准备工作做好，通过制定科学的工作计划，确保该计划更加科学合理，并且具有很强的可行性，从而满足实际工作要求。采空区勘查技术的应用，应关注以下几项工作：第一，要结合矿井实际现况，通过专业设计工作者，对钻孔靶点进行科学设计，特别是靶点之间的距离，应进行严格控制和把握，将钻进技术灵活应用在靶点命中工作当中。完成这一阶段工作后，如果没有发生返水和卡钻问题，证明是采空区。第二，实施二次勘查作业过程中，将采空区真实位置确定之后，需要委托专业人员绘制，通过宣传等方式，让煤矿地质勘查中各个开采人员，都熟悉具体的情况。这样在某种条件下可以避开该位置，确保工作的安全性，以此防止煤矿坍塌事故出现，给企业以及工作人员造成的不利影响。据研究表明，大部分矿井都会面临不同规模采空区域，并且对开采造成某些影响。为了将采空区造成的影响降至最低，就要合理应用定向钻进技术。第三，工作人员需结合钻孔规避，对采空区规模和位置准确定位，以此促进各项工作顺利实施。比如，对某地区煤矿勘查时，定向钻孔和分支孔数量分别是 2 个和 3 个，钻进深度是 402m，和主孔间具有较大偏差，这就要求在实际作业中，重新设置两个分支孔，通过多次勘查，将采空区尽快找出。4 结束语想要进一步提升定向钻进技术在煤矿地质勘查中的应用水平，相关人员需要树立现代发展理念，明确定向钻进技术的基本内涵，充分认识定向钻进技术在煤矿地质勘查中的工作原理；结合具体情况，在煤矿地质勘查中对具体问题进行分析，将定向钻进技术加以有效应用，满足当前煤矿地质勘查的多样化需求，确保煤矿资源开采更加科学有效。参考文献1 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):131-134.2 吴晓康.浅谈水平定向钻进技术在煤矿地质构造勘探中的应用 J.山东工业技术,2018(8):105.3 谭帅.煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用J.内蒙古煤炭经济,2022(6):172-174.4 杨平泊.煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘查中的应用研究 J.内蒙古煤炭经济,2021(16):194-195.5 马明辉.煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用探讨 J.内蒙古煤炭经济,2020(18):160-161.6 李博凡,刘磊,范涛,等.煤矿井下定向钻孔中电阻率探测技术与应用 J.煤田地质与勘查,2022(1):52-58.7 潘卓轩,马君奎,张素慧.定向钻进技术在马兰煤矿巷道掘进的应用 J.西部探矿工程,2020,32(3):64-66+68.8 刘俊丽.矿井地质勘查中井下定向钻进技术的应用研究J.内蒙古石油化工,2022,48(7):78-80.9 刘刚刚.定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用J.内蒙古煤炭经济,2021(8):203-204.图1 巷道断层地堑地堑煤煤煤煤