煤矿防治水作业中定向钻探技术研究

(整期优先)网络出版时间:2024-10-11
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煤矿防治水作业中定向钻探技术研究

张鑫

陕西陕煤澄合矿业有限公司董家河煤矿分公司

摘要:煤矿防治水工作是保障煤矿安全生产的重要环节。煤矿防治水工作直接关系到矿井的安全。地下煤矿作业常常伴随着地下水的涌入,如果不加以有效地控制和管理,可能导致矿井内涌水严重,甚至引发水患事故,威胁到矿工的生命安全。因此,防治水工作对于确保矿井的稳定运营和矿工的安全至关重要。为有效解决煤矿水害问题,定向钻探技术成为不可或缺的重要途径和手段。

关键词:煤矿;防治水作业;定向钻探技术

引言

定向钻探技术是一种先进的煤矿地质防治水技术,由于传统探放水技术存在作业量超大、出现大量无用孔等问题,煤矿还须就定向钻探技术应用配置适配的设备,并严格执行定向钻探技术流程,此外,结合技术创新和引进先进设备,确保定向钻探取得理想成效,顺利排除地下水和采空区积水隐患,保证巷道掘进作业优质、高效以及安全。

1定向钻探技术概述

1.1定向钻探技术定义

定向钻探技术是一种先进的地下钻探方法,其主要特点是能够在地下以预定的路径进行钻探,能够满足煤矿勘探、环境地质调查和工程建设等领域的需求。这一技术的核心在于调整倾斜角度和方向,两者协同作用,使得钻孔能够更精准、灵活地达到预期的目标。调整倾斜角度是定向钻探技术的主要功能。定向钻能够适应不同地质条件,通过调整钻头的倾斜角度,可以向地下任何角度进行钻探。这种灵活的角度调整功能使得定向钻探技术能够更好地适应复杂的地层结构,例如岩层倾斜、变质岩等,有效降低了勘探的难度。调整方向是定向钻探技术的另一个重要功能。通过方位仪等设备实时监测并调整钻头的方向,确保钻孔朝着既定的方向前进。

1.2定向钻探技术的类型

首先,从施工技术的差异性划分,定向钻探技术分为人工弯曲定向孔与自然弯曲定向孔。前者属于人为可控的定向孔,在钻孔过程中外部因素对钻孔轨迹以及方位的影响不大;后者被称为主定向孔,实际钻孔轨迹以及方位会随着钻孔自然弯曲规律而改变。其次,从眼井轴线的差异性划分,定向钻探技术分为二维定向孔和三维定向孔,前者倾斜角变化较大,再加上没有三维变化,控制方位角的难度较高;后者具有方位角和倾斜角变化,其钻孔轨迹呈现多种状态,如直线、曲线以及折线等。最后,从钻孔孔底结构差异性划分,定向钻探技术分为单底定向孔和多底定向孔,前者有且仅有一个主干孔实施钻井,后者不仅有主干孔,还存在诸多分支孔。

2煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用

2.1探查煤矿内老空积水现象

定向钻探技术可以充分探查煤矿内老空积水现象,首先是根据地质条件和采矿历史,选择可能存在老空积水的区域进行钻探。然后利用钻井定位系统,确定钻探点位置,并设计定向钻井方案,一般情况下,探水孔需要设置在大巷北侧,来探测采空区边界情况,保证大巷掘进是安全的,此外,也需要在运输巷和回风大巷两侧布设钻孔,这样能够对水害隐患进行探查。接下来就开始定向钻井,利用液压系统实时调整钻头倾斜角度,角度控制在70.9°,开孔与底板的距离要控制在1500mm,灵活控制钻井方向。钻进过程中监测钻井参数,如转速、推进速度等,掌握钻头位置,一旦钻入老空区,参数会明显变化。进入老空区后,停止钻进,利用测井仪器对井壁进行扫描,记录老空形态数据,根据井壁扫描结果,进一步调整钻头位置,对老空内部进行扫描。记录老空形态数据,如长宽高、水深等,一般老空形态不规则,水深1~10m不等。根据多点钻探结果,利用三维软件重建老空分布情况,选择老空位置进行水质取样,分析是否存在重金属污染,最终绘制老空分布图和三维模型,为后期防治提供依据。通过定向钻探的多点探测,可以精确掌握煤矿内老空的分布规律和水质状况,为后期防治工作提供依据。

2.2安全生产监测

定向钻探技术的应用为煤矿安全生产监测提供了关键的地质数据,通过更准确了解煤层结构和岩层情况,定向钻探技术为矿井稳定性评估和地质灾害预防提供了重要支持。通过定向钻探技术,工程师能够深入了解煤层的结构、分布和特性,为矿井稳定性评估提供了基础数据,有助于识别地质风险,预测可能的地质灾害。定向钻探技术的高精度和多维度的勘探能力使煤矿对地质条件的全面把握成为可能,为预防和及时应对地质灾害提供数据支持。定向钻探技术的应用不仅限于煤层勘探,还包括对岩层情况的详细了解。了解岩层的结构、性质以及可能存在的裂隙和断层对于评估地层稳定性至关重要。通过定向钻探技术获取岩层数据,可以制定安全措施,确保矿井地质环境的稳定。

2.3定向钻孔疏放水

为了使煤矿防治水起到较好成效,必须做好定向钻孔疏放水,确保疏放水质量。煤矿现场作业人员应当按照规范的施工方案钻进,确保钻进轨迹与设计方案趋于一致,并抵达靶心位置,及时将采空区域积水疏放出来。然后测量煤矿井下现场各个钻孔的出水量,首先检查各个孔洞内的出水量是否存在较大差异,再与国家标准对比,倘若各个孔洞内的出水量较为平均,日出水量在国家规定范围内,表明煤矿井下的地质结构相对稳定,符合开采标准。总之,定向钻探技术在煤矿防治水中的应用可以使钻孔精度和速度得到提升,预防水害,降低安全事故发生概率,保障煤矿开采有序推进。

2.4开展注水耐压试验

为了保证定向钻探技术在煤矿防治水作业中的效果较好,所以就要开展注水耐压试验,选择已钻掘完成且通过井壁扫描确认排水效果好的定向排水钻孔。在钻孔口装设注水管道和水压传感器,按一定流量使用泵车向钻孔内注入水,一般注水流量控制在50~100m3/h。注水过程中实时监测和记录钻孔内水压变化,持续增加注水流量,观察水压变化情况,一旦水压剧烈波动或突然增加,表明出现了裂缝或破碎区,应立即停止注水。最高记录水压作为该钻孔的耐压值,一般耐压值在1.0~1.5MPa之间,持续注水2~3h后,关闭注水,观察钻孔是否有水涌出,进一步验证排水效果。对多个钻孔重复上述流程,统计和比较各钻孔的耐压值,为后期排水设计提供参考。根据耐压试验结果,可以进一步优化排水钻孔布局。此外,在注水过程中可以实时监测水压变化,一旦出现异常可以及时停止,防止事故发生,通过测试可以直接获取钻孔的耐压值,为后期排水设计提供依据。与传统水压试验相比,不需要设置水压站等辅助设施,更加经济实惠,同时测试多个钻孔,可以对比分析各钻孔的耐压特性,为优化排水布局提供数据支持。同一钻孔可以多次开展测试,观察水压变化规律,检验排水效果,注水过程中一旦遇障碍能及时发现问题,有利于排障和排水效果的提升。通过注水耐压试验,可以全面和实效地评价定向排水钻孔的排水性能,为煤矿防治水管理提供技术支撑。

结语

总之,定向钻探技术在煤矿防治水方面展现了显著的潜力和优势,并且在地质勘探、矿产勘探、环境地质调查、工程建设等多个领域中发挥着重要的作用,其能够高效定位并治理煤矿地下水害,通过对水害问题进行精准定位和导流,为煤矿安全生产和环境保护提供了可靠的解决方案。然而目前仍需要解决一些技术挑战,特别是在复杂地质条件下的应用和技术创新方面。未来,通过技术改进和创新,定向钻探技术有望在更广泛的领域展现其价值,为地下水问题的治理和地质工程的可持续发展做出更大的贡献。

参考文献

[1]牛乔南.煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用研究[J].山西化工,2023,43(8):176-177.

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[3]杨超.煤矿防治水作业中定向钻探技术的作用及应用微探[J].矿业装备,2022(6):12-13.