钻探技术在煤矿井下防治水的应用探讨

＊赵 健

（山西煤炭运销集团张家湾煤业有限公司 山西 037007）

煤矿资源的开采中，加强对生产安全生产效益的保障，有必要引进先进的技术手段，加强对水害问题的防范与治理。结合煤矿损害的类型，在钻探技术应用过程中，技术人员要明确技术关键点，改进技术应用中存在的不足问题，加强对水害问题的防治。确保煤炭开采活动的高效率、稳定运转，为煤矿开采活动创造更高的经济收益，推动煤矿行业长远发展。

1.煤矿水害的类型

（1）顶板水害。采矿活动的范围广泛，水害问题的类型也各有不同，在煤矿生产活动中，顶板水害问题是由于采矿活动中人员操作、机械设备操作触碰到了岩层导致的，将会引起严重的水灾害问题。矿体和岩层之间的关系不同，可以将水害划分为两种情况，一种是顶板充水型水害，另一种是顶板间接充水性水害，例如在煤矿开采活动中，人员操作不当和冲水层之间相互碰触，将会导致井下水害风险问题加剧。为了确保矿产资源开采活动的有序性、安全性和稳定性，工作人员首先需要对含水层中的连通性情况和富水性情况加强掌握、分析，才能够保证此类顶板水害问题得到有效的防范。

（2）老空积水害。按照传统的煤矿资源开采生产模式，使用到的技术手段已经逐渐落后，被时代所淘汰，因为按照落后的技术手段进行矿山开采活动，会产生大范围采空区积水沉积，增加了老空积水害问题的发生风险。在矿产资源的开采过程中稍有不慎，就会导致采空区渗出大量地下水，对煤矿生产安全造成严重威胁，破坏了生产环境的稳定性，影响工作人员的生命安全。开采煤矿资源的过程中，容易频频发生采空区积水水害问题，带来的灾害破坏程度是不可小觑的，对社会稳定运转和人们的幸福生活造成了巨大影响。

（3）煤炭断层及陷落柱水害。在煤层施工中，如果出现了顶封板破裂的情况，应及时进行整改修补，采取有效的补救措施，避免发生顶风板破裂程度加剧的问题。如果冒落高度、导水裂缝以及含水层之间形成了相连通的关系，将会造成水害渗漏事故，破坏石灰岩溶洞的内部结构，支撑岩石受到损害，在内部形成了垂直通道，此时煤矿开采活动面临着一定的安全威胁。工作人员要加强警惕，制定防护措施、防护方案，防止出现矿井生产活动中地下水灌入的问题，预防此类灾害事故，利用钻探技术加强对水害问题的有效防治。

2.钻探技术应用的重要性

在煤矿井下防治水工作的实践中，要结合常见的水害类型，加强对井下灾害问题的防治，利用钻探技术，提高生产安全性，加快生产效率，钻探技术在煤矿井下防治水中的应用具有诸多的优势。首先利用钻探技术时，展开钻探作业所需要的空间较小，不需要占据过多的空间资源，就可以进行钻探作业和钻探生产，钻探的高度低于5m，宽度不超过2m，体现出了较强的技术优势，松散层下留设防水煤岩柱示意图见图1。

图1 松散层下留设防水煤岩柱示意图

利用钻探技术对煤矿井下水害问题进行防治时，使用到的钻探设备通常都较为轻便，即使是体型较大的设备，也可以经过拆卸处理之后，拆分成多个零件，再进行后续运输。钻探设备结构相对较为简单，和其他复杂的设备设施相比，操作过程更加的简易、安全，有着较高的安全系数水平，管理难度较小，用于煤矿井下防治水工作，钻探技术的应用优势是其他的技术手段无法取代的。目前在保障煤矿井下防治水工作顺利实施的过程中，钻探技术已经成为了一种关键的技术方法，有利于提高煤矿井下防治水工作的质量和效率[1]。

3.钻探技术在煤矿井下防治水的应用现状

在我国，煤矿钻探技术起步时间较晚，技术人员在思想观念和技术应用方法方面存在着一定的落后之处，使得目前我国应用于煤田生产的钻探技术水平和先进的国际技术水平相比，虽然表现出了明显的不足之处，但是仍旧还有进步的空间。在钻探技术应用中，我国使用的是传统的钻机设备展开常规的操作，在自主研发相关设备和钻探技术的升级创新，力量薄弱，自动化水平不足。

在微机控制和机电液一体化的操作实践中，缺少创新观念，自主创新的能力有限，尤其是在我国的煤矿资源开采活动中，中小矿区使用的开采技术甚至还停留在20世纪80年代的水平，用落后的方式进行煤炭开采活动，虽然生产成本较低，但是难以起到理想的生产效果，生产安全得不到保障，钻探技术水平难以发挥出有效的效能。

在使用钻探技术的过程中，缺少对先进手段的有效运用，钻探技术应用的过程得不到有效的控制，本应使用不同的工艺，在不同底层的岩石软硬度环境中展开钻探作业。然而由于技术的研发能力不足，缺少对先进技术手段的运用，导致了钻探技术和工艺方法在具体的实践中，存在一定的技术短缺问题，不可避免的浪费了人力、财力、物力资源。在煤矿状态生产中，操作有关设备，使用钻探技术，是一个复杂的过程，操作人员要按照规定的要求规范自身的行为，在每一道工序中提高操作规程的规范性，钻探技术人员要了解各细节，顺利推进钻探任务活动的顺利实施。技术型人才的缺失，参与矿井施工中的人员综合素质水平不达标，技术人员技术能力专业、知识水平参差不齐，是目前煤矿钻探技术应用中亟待改进的问题[2]。

4.钻探技术在煤矿井下防治水的应用要点

在煤矿井下钻探技术的应用过程中，主要使用的工具包括下述几种，全煤层孔螺旋钻杆钻进工艺、高角度上仰钻孔钻进工艺、松软层根管钻进工艺、斜下孔钻井工艺。和传统常规的钻孔工艺方法相比，上述技术的应用可以准确地采集异常区域的位置参数，计算异常区域所在的具体位置，从而达到规避盲区的问题，提高防水水平，解决井下老空积水的安全隐患风险，具备超前防治的技术性能，可以在矿井采煤活动中发挥出一定的技术优势。

钻探工作人员按照传统工艺进行生产和施工活动时，施工周期较长，工作量较大，而利用此类新型的工艺技术和方法，大大地提高了人员的工作效率，降低了劳动强度。在钻探技术应用过程中，要确保防治水的效果达标，有必要明确技术要素，从不同类型的技术、工艺着手，加强对技能要点的严格把关，某煤矿注浆堵水工程平面布置图见图2。

图2 某煤矿注浆堵水工程平面布置图

（1）全煤层孔螺旋钻杆钻进工艺。在煤层中需要全孔钻进的作业情境中，使用全煤层孔螺旋钻杆钻进工艺方法的适用性较强，因为采取螺旋式的钻进方式时，可以在逐渐钻进煤层的形式下，提高煤层成孔率，发挥出该工艺技术的应用优势，降低煤孔坍塌风险。和光钻杆水循环的钻孔方式相比，该方法的安全性增强，利用螺旋工艺时，使用到了有关的动力工具。例如钻机齿铜产生的动力，会向钻头方向传递，排出钻屑，向孔外位置清除孔内垃圾，形成旋孔，在该工艺模式下，常规的钻孔工艺应用中存在的问题得到了改进。

（2）高角度上仰孔钻进工艺。施工位置和被打孔钻进位置之间呈现出相互垂直的状态时，此时要选择高角度上扬孔钻进工艺的方法进行施工，利用该工艺，要选择有良好条件的顶板位置，加强顶板支护管理，使用脚手架对石块掉落的现象进行防范和治理。井下工作人员要注意在操作过程中应保持高度的精神集中，要以安全生产安全施工为目标，完成加杆之后立即离开孔口下方的位置。为了确保开孔作业的精准程度，需要对击发距离进行调整，缩短距离值。将一个有一定长度的导正器接入钻机导正器前，对上孔口和地表距离进行控制应低于2m。从而为上护口和瓦路施工作业创建便捷条件，使用一根套管在孔口管下位置进行加接处理，对空口高度进行调整，降低高度值，优化钻孔效果[3]。

（3）松软层跟管钻进工艺。在煤矿生产中，松软层指的是一种煤炭形式，在松软层中进行钻探作业，要使用与该煤炭形式相匹配的工艺方法，松软层跟管钻进工艺的应用具有明显的技术应用优势。因为在具体的松软层钻进作业环节，会遇到两种情况，第一种是钻进到一定深度时遇到松软层，另一种是一进入到开孔阶段就发现了松软层，无论是哪种形态，井下的打孔作业难度均显著增加。井下打孔作业的施工环节无法使用普通的打孔方式，利用普通的打孔工艺方法，遇到松软层会出现煤孔塌陷的问题，管道无法正常放入松软层当中。在钻进作业环节，第一根套管钻进孔内之后，可以将螺丝头松解，再钻进第二根套管，直到钻进深度达到要求，值得一提的是，在关键环节，需要将套管内的煤粉等物质清理干净，再进行注浆封管作业。

（4）定向斜下孔钻进工艺。在使用定向斜下孔钻进工艺进行钻进施工的环节，要使用斜向器，在预定方位上设置合适的位置，进行钻进作业之前，要展开前期的测定工作，对斜向器的实际方位进行确认，对斜向器在孔底的实际方位参数和预定方位参数要进行相互比较，按照偏差值进行调整和校正处理。定向斜下孔钻进工艺的应用过程中，要求技术人员要把握工艺的关键点，在完成了测斜仪底部引流鞋缺口的定位之后，确保定位准确性，在监视屏信息的显示当中，采集有关的方位角信息，包括钻孔的工具面向角和顶角方位角等。

按照设计的工具，面向角标准值进行对比和分析，明确其中的误差，对误差进行调整后，再进行后续的钻进作业。在斜下孔钻进环节，考虑到钻孔的钻进过程是按照顺层钻进的形式，岩层具有一定的自重作用，因此成孔率受到了影响，增加了透水风险。在该工艺方法的应用过程中，技术人员需要以保证成孔率为目标，加强对岩层自重作用的分析，防范透水事故问题，制定应急方案。

（5）井下探放水钻探技术。该技术应用是以定向钻进技术为依据发展而来的，因为施工技术、施工环境具有一定的差异性，因此在使用定向钻井技术的过程中，需要从精确性、标准性等层面上加强把握。在井下钻探环节，精准地控制钻井靶点，确保钻进生产的精准程度，达到一定的理想标准。使用井下探放水钻探技术时，要从双面角度辩证的看待该技术的应用优势和应用弊端，因为该技术的应用过程中，把握精准度的难度较高。在具体的技术应用过程中，需要明确井下探放水钻探技术的关键点，合理地分析现场生产环境，提高勘探精准程度。

（6）迅速钻进救援技术。发生水害安全事故问题时，煤矿工程的技术人员需要立即抓住救援的黄金时间，展开救援工作，为后续的风险问题蔓延、扩散、防治争取时间。要利用迅速钻进救援技术开展搜救工作，保证被困人员的心态稳定和联络畅通，在救援时利用空气潜孔锤钻进工艺，输送空气，为被困人员提供充足的氧气支持。利用钻进技术，在救援活动中应考虑积水范围和深度，逐一排查安全隐患因素，展开快速救援。

5.结论

综上所述，随着我国市场经济的快速发展，煤炭行业作为重要的国民支柱型产业，要迎接新时代的趋势和挑战，加大资源的开发和利用效率，利用钻探技术防治煤炭水态害问题的发生。加强对损害问题的防范与治理，对不同的施工技术环节进行细化，加强制度建设，优化钻探方案，保障人员的生命安全，对施工钻探工程的稳定运转加强保障，防范技术损失，实现技术升级，推动煤矿行业安全稳定向好的方向发展。