钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

刘銮奎

皖北煤电集团临汾天煜恒昇煤业有限责任公司山西临汾041000

摘要：在煤矿企业安全管理的工作中，工作面突水是管理工作中的重要内容，而加强对煤矿井下水的防治，不仅能够提高煤矿井下作业的安全水平，同时还能提高煤矿企业整体的安全管理水平。因此文章就钻探技术在煤矿井下防治水中的应用进行略述。

关键词：钻探技术；煤矿井下；防治水；应用

煤矿井下水防治技术的实施，一般会涉及到较多的方面，但主要涉及到的就是煤矿井下的情况、导水通道的状况、工作面以及采掘区域的充水情况等。针对比较重要的水防治技术来说，主要包括两种：一是在相对常规的地质水文检验的有关分析中，一般情况下采用的是物理水防治技术，这样的技术能够有效预测煤矿井下水害，并对其进行做出相应的预防。二是应用电子技术以及机械技术来对煤矿井下水进行综合防治，这其中就涉及到了物理勘探技术、传感器技术以及钻探技术等，同时还涉及到了钻探的工艺和机具。在监测和指力煤矿井下水害的过程中，这些技术都得到了实践和应用，并且还获得了非常好的应用效果。

一、煤矿井下水害形成的原因

（一）由于矿压破坏导致的水害

煤矿井下水害形成的原因中，由于矿压破坏导致的水害是相对典型的，在采动煤层底板的过程中，容易对其导水带产生一定的破坏，再加上阻水岩体也受到了一定程度的采动，因而给防止水害造成了很大的困难。这其中主要的原理为矿压的破坏消弱了岩体的阻水性能，从而造成了阻水能力的持续下降。这样一来较小的断面就会逐渐变成大的断裂带，其会与阻水结构慢慢发展成一个特别的导水道，因此就会出现水害事故。

（二）由于钻孔所导致的危害

在人类活动的过程中，导水通道一般都为点状垂向，而如果钻孔的方式不正确，也容易造成煤矿井下发生水害。由于这种导水通道具有很强的隐秘性，而其导水的方向又为垂向，因此具有非常好的畅通性。在这样的前提条件下，不仅会促使不同垂向层次间的含水层产生关联水力，并且在煤矿井下作业的过程中，或者是在钻孔的过程中，非常容易产生工作面突水现象，从而导致严重的水害发生。

二、煤矿井下水防治特点

我国在煤矿井下作业的过程中，一般煤矿井下工程采掘主要采用的是阶段性特点，因此煤矿井下水防治也需要划分成以下几个不同的阶段：一是开挖之前，要进行地面物理勘探工作，并且需要完善或者重新建立一个防治水的操作系统，再制定出科学的避灾线路。二是在开挖的过程中，要将钻探以及超前物探等相关工作做好，同时还要做好预测以及预报等方面的各项工作。三是在回采之前，要对煤矿井下进行综合的物探，并且要采用全面注浆的方式来加固其内侧以及外侧底板的隔水层，从而确保采掘工作能够具有较高的安全性。四是需要做好勘察工作面的相关工作，在回采中以及回采之后，都要检测煤矿井下的水量以及水质，这样才能有效地确保矿井采掘的安全。

三、钻探技术应用于煤矿井下防治水中的优势

将钻探技术应用于煤矿井下防治水工作中的根本目的在于为生产服务，而科学性、有效性、灵活性、机动性以及快速性则是钻探技术应用过程中的基本要求。钻探技术主要拥有以下几点优势：①占用空间较小。钻探设备的高度与宽度常都分别控制在35m以下和2m以下；②钻探设备机身轻便，大件在搬运过程中可以拆成小件来进行；三是钻探设备安全系数较高、结构简单、易于操作。

四、在煤矿井下采用钻探技术进行防治水的具体应用

（一）孔口承压止水套管封注

在探放高压水时，通常采用双层套管封注法，步骤如下：①用108开孔短开孔（108孔口管2m）；②等待24h之后，戴好中108护口，改用89的岩芯管一直钻到要求深度；③下中89的套管。其中必须注意的是：①108护口要留有排气孔，在封注89套管的时候，套管外壁和孔壁间要完全封死，而且要上压；②108孔口管人工封注时，必须用砰石块堵严，并且在下管前，一定要先将水泥拌成面团状，2m孔口管需用1袋半水泥。之后，再往孔内投浆，接着管壁抹上水泥。这些准备结束后，开始下氰，下管时需手扶套管，旋转着慢慢往孔底送，要保证管壁水泥均匀分布，同时配合用钻机压入孔底；③斜孔89套管封注时，先在孔口上方固定好平轮，然后下入第一根套管，用卡缆将套管末端固定住并卡在孔口，接着连接第二杆套管，第二根套管末端上简易螺丝头，用麻绳穿过提引器和平轮，将提引器与简易螺丝头连好，将第二根套管下入孔内。反复使用此法，直到套管下到孔底。完成后戴上89护口，然后上好注浆盘并开始注浆。在注浆开始前，将108护口上的排气孔瓦路打开，直到注浆至排气孔往外返浆的时候，再关闭排气孔，直至达到设计压力要求，封注结束。

（二）斜下孔钻进

在上岩层自重的作用下，采用顺层钻进方式钻孔，极易出现塌孔现象，这样破碎岩层钻进的难度也会增加。为了取得良好的应用效果，需要有效控制泵压、钻头距离等：当钻头离孔底15m左右时，一定要给水下钻杆，同时控制泵压，如果发现憋泵现象，要提钻进行相应的处理。当钻头下到孔底时，需要转动钻机冲水10min左右，才可以进行钻进工作。

（三）高角度上仰孔钻进

采用高角度上仰孔钻进时，需要注意以下环节：①必须选在顶板条件较好处（或做好顶板支护）；②钻进时严禁张望孔内；③加完杆后，操作人员需及时离开孔口下方。为保证施工安全，一般采用以下措施：①下好孔口管后，从孔口加接一根套管并降低孔口高度；②在钻机导正器前，接加长导正器并缩短击发距离，确保开孔时的准确度；③要提前搭好牢固的脚手架。

（四）松软层跟管钻进

松软层指的是软岩、软媒、破碎的岩石等。在钻进时，两种情况会碰到松软层：第一，当钻进到一定深度后，遇到松软层；第二，在开孔时碰到松软层。第一种情况易发生卡钻和堵孔等事故，可以采用以下措施解决：先下大一径的孔口管，接着采用比钻头大一径的岩芯管进行钻进，钻进到松软土层后拉钻，然后采用跟管钻进技术钻过松软层，此法可以很好地发挥保护松软层孔壁的作用。第二种情况会大大增加开孔难度，因为探放水孔时，必须封注孔口承压止水套管，在常规钻进中，一般先开孔短或通过岩芯管，将孔钻出后再下套管。在松软层钻好后，拉钻具就会孔内塌陷，不能下管。可以在止水套管前端，用特制的相应口径筒状合金钻头，并在后端上螺丝头，在第一根套管钻进孔内后，解下螺丝头，上第二根套管继续，一直到钻进设计深度。

（五）全煤层孔螺旋钻杆钻进

全煤层孔螺旋钻杆钻进，是指在全孔钻进的情况下采用充分钻进。一般这种地质条件下的煤层比较松软，地质、水文环境复杂，内部环境的具体情况，钻头无法探测，而且很可能孔会塌陷。采取全煤层孔螺旋钻杆钻进技术，钻进的成功率会大幅度提高，既加快了钻孔，又能在复杂的环境下，保证勘探人员的安全。全煤层钻进是干钻技术，利用钻机所产生的强大动力，巧妙完整地进行能量传递。在这种情况下完成钻孔，不会将钻屑留在孔内，更重要的是不会出现故障问题。

总之，将钻探技术应用于煤矿井下防治水工作之中，其根本目的是在保障勘探人员安全的基础上实现对水害的防治，所以应不断加大这方面的研究力度。只有在技术上不断进步，操作上的误差才会不断缩小，从而圆满完成煤矿井下防治水工作。

参考文献

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