煤礦井下精準(zhǔn)對穿鉆孔技術(shù)研究與應(yīng)用1

煤礦井下精準(zhǔn)對穿鉆孔技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要:在煤礦內(nèi)對排水巷道進行挖掘以及挖掘瓦斯巷道對煤礦的安全管理意義比較重要，該項工程具有作業(yè)量比較大、挖掘時間長、成本比較高等特點，同時也會產(chǎn)生一系列的問題。將螺桿馬達與定向鉆進技術(shù)進行融合，就可以提高煤礦隧道的挖掘速度。在煤礦隧道內(nèi)進行鉆孔時可使用套管護壁技術(shù)，以及鉆孔的精準(zhǔn)對接。應(yīng)用先進的穿孔技術(shù)以及精準(zhǔn)管控隧道挖掘軌跡等技術(shù)，就可以有效地提升煤礦鉆孔施工作業(yè)的效率。本文著重研究了對煤礦井下鉆孔技術(shù)的相關(guān)問題研究以及在實際中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:煤礦井下；精準(zhǔn)對穿孔；定向鉆進引言:由于國家環(huán)保政策的實施要求降低煤炭資源的使用，避免煤炭過快的開采，進而對整體煤炭行業(yè)造成了較大的影響。同時因為國內(nèi)的煤炭資源產(chǎn)能過剩，要求煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，向新能源行業(yè)發(fā)展。煤炭企業(yè)為了提質(zhì)增效，就需要對煤炭的生產(chǎn)作業(yè)流程進行優(yōu)化，改進煤炭挖掘技術(shù)和開采技術(shù)。因此對于煤礦井內(nèi)的隧道開采以及鉆孔就成為煤炭企業(yè)重點研究的問題。一、施工工藝1.鉆孔軌跡煤礦井下施工前，必須預(yù)先設(shè)計好鉆孔軌跡，需要采用鉆孔設(shè)備進行挖掘。因此，精準(zhǔn)的鉆孔可以有效地提高施工作業(yè)，精準(zhǔn)對穿孔的施工目的就是為了讓施工設(shè)備直接命中設(shè)定的靶點。定向鉆孔軌跡的設(shè)計應(yīng)考慮到以下幾個因素：鉆孔的類型、施工鉆孔的個數(shù)及預(yù)計孔深、鉆孔分支孔的數(shù)量、孔深及分支位置等。軌跡設(shè)計前，盡可能多的收集到能準(zhǔn)確反映鉆孔布孔平面和空間區(qū)域的地質(zhì)測量資料（包括煤層頂層板等高線圖、綜合柱狀圖、采掘工程平面cad圖、局部探眼或鉆孔柱狀圖等），分析煤層頂?shù)装鍘r性變化及煤厚變化情況。在鉆孔的過程中，鉆孔施工作業(yè)盡量要平穩(wěn)進行，不要過快或過慢，鉆孔軌跡盡量平穩(wěn)地穿過設(shè)定的路線。在開采挖掘過程中使用定向鉆進施工技術(shù)，軌跡設(shè)定時要使設(shè)備從低向高緩慢掘進，保持鉆頭軌跡穩(wěn)定平順，這種鉆孔設(shè)備在向上掘進時，軌跡線路的角度不應(yīng)該超過1度/3米，這樣就可以減少鉆孔施工作業(yè)遇到的阻力，也可以使鉆孔產(chǎn)生的石渣順著軌跡流下。在鉆孔的軌跡中，每隔60米都要設(shè)置一個分叉點，以避開不穩(wěn)定的地層。在軌跡的設(shè)計時，要綜合考慮后期施工設(shè)備能否準(zhǔn)確對準(zhǔn)靶點，因此要控制設(shè)備爬升速度，水平掘進，并在軌跡處預(yù)留分支點，來科學(xué)合理設(shè)計鉆孔軌跡[1]。由于隧道的探測管會在實際的測量過程中產(chǎn)生一定的誤差，因此，可在實際的探測過程中，調(diào)整探測管道方向，從巷道的側(cè)方進行探測，進而可以精準(zhǔn)探測鉆頭的工作情況。2.控制鉆孔軌跡由于煤層傾角有時上下變化很大，局部煤層因陷落柱、斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造而破碎，易出現(xiàn)卡埋鉆現(xiàn)象，這就增加了鉆孔軌跡精確控制難度，為了實現(xiàn)鉆孔軌跡精確控制，特采取以下措施。2.1準(zhǔn)確識別地層變化。根據(jù)煤層采掘工程面圖（含煤層等高線、地質(zhì)構(gòu)造）分析出鉆孔軌跡處煤層傾角變化，結(jié)合實際軌跡上下偏差、鉆進前后返渣巖性變化，判斷出當(dāng)前鉆頭屬于煤層哪一層位（頂板巖層、底板巖層、煤）。2.2調(diào)整工具面使鉆孔近水平鉆進。根據(jù)地層變化，應(yīng)及時調(diào)整工具面來控制方位角變化，使鉆孔軌跡在水平面投影上沿設(shè)計軌跡左右波動，在此基礎(chǔ)上可參考鉆孔設(shè)計軌跡的傾角值控制傾角變化，使鉆孔盡量處在煤層中鉆進。2.3提鉆分開支繞過異常鉆進區(qū)域，如因頂板、底板較硬巖層進尺緩慢，陷落柱、斷層附近煤層松散破碎易埋卡鉆，因與原鉆孔串孔、煤層裂隙發(fā)育鉆井液漏失。當(dāng)遇到以上情況時，應(yīng)提鉆至安全煤層區(qū)域分開支孔，以便繞過該區(qū)域。2.4了解煤層真實情況。在世紀(jì)鉆進過程中，要求每間隔60-100m距離將螺桿馬達彎管方向調(diào)整為垂直向上，使鉆孔快速鉆至頂板，確定出頂板所處的層位標(biāo)高，然后后退到合適位置分開支繼續(xù)鉆進，如此反復(fù)，再將兩探頂點連線的延長線作為下一段鉆進的參考頂板，從而保證鉆孔始終在煤層中鉆進。在煤礦隧道的掘進鉆孔過程中，施工作業(yè)對于鉆孔軌跡管理控制標(biāo)準(zhǔn)要求非常高，在隧道掘進施工作業(yè)中，需要嚴(yán)格按照鉆孔軌跡設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來施工，每掘進3米都要測量一下隧道是否產(chǎn)生偏差。如果鉆孔軌跡產(chǎn)生偏差，就需要調(diào)整鉆孔角度來糾正。在糾正的過程中，要緩慢的調(diào)整設(shè)備的角度。同時在，巷道掘進的過程中，也要考慮鉆孔設(shè)備自身對于這種軌跡的影響。探測管往往在鉆孔設(shè)備的后方，只有在巷道掘進6米后，才能通過探管設(shè)備測量出內(nèi)部的鉆孔軌跡，因而在實際的施工作業(yè)中，要憑借施工人員的經(jīng)驗來對實際的掘進過程進行判斷[2]。（三）施工的流程可以在實際的鉆孔作業(yè)過程中采用直徑為133毫米的鉆頭以及直徑為89厘米的鉆桿，進行精準(zhǔn)對穿孔施工作業(yè)。在鉆進12米時，更換鉆孔設(shè)備，采取直徑為98毫米的定向轉(zhuǎn)頭，螺桿馬達以及直徑為73毫米的鉆桿，來對鉆孔軌跡實行定向掘進。在鉆孔設(shè)備掘進三米時，就對實際的鉆孔軌跡進行測量，并記錄數(shù)據(jù)，測量設(shè)計的鉆孔軌跡與實際鉆孔軌跡的偏差。同時調(diào)整偏差，在穿孔后，將鉆孔設(shè)備換回去，換成直徑為133毫米的平底鉆頭，以及89毫米直徑的鉆桿。通過大直徑的鉆頭將穿孔作業(yè)完成后，不直接提出轉(zhuǎn)頭，而是直接將設(shè)備卸下，進而卸下鉆頭。在鉆孔作業(yè)完成后，給孔套上套管，套管與孔隙之間進行注漿以加固套管。二、應(yīng)用實例淮北礦業(yè)的某一個礦區(qū)，離河流比較近，因此隧道經(jīng)常會出漏水情況，嚴(yán)重影響煤礦開采作業(yè)。在煤礦的內(nèi)部需要挖掘一條排水道，將煤礦內(nèi)的水及時排出礦井外面。施工人員采用定向鉆進的鉆孔技術(shù)來，進行鉆孔施工作業(yè)。初步計劃也采用套管技術(shù)給鉆孔進行套管，來用于排水。根據(jù)實力的勘測，鉆孔位置大約深33.5米，會向右偏，24.78米，需要進行4個對穿鉆孔，原計劃會采用大角度的開孔方式，在接近穿孔位置時要將鉆孔設(shè)備的角度調(diào)小，降為1度左右.從而在水平進行對穿鉆孔。在開孔后期可以使用，測量設(shè)備以及使用98毫米的定向鉆頭，來實行鉆孔軌跡的精準(zhǔn)對接，精確地控制鉆頭的鉆進方向，并且在實際鉆孔作業(yè)過程中每鉆進3米就實地測量一次鉆孔的角度，并使用計算機及時地計算出實際軌道與設(shè)計之間的差距，進而及時調(diào)整鉆孔方向，以保證實際鉆孔軌跡按照設(shè)計的要求來進行。三、結(jié)束語在煤礦井下采用先進的鉆孔技術(shù)可以大大提高煤礦開采作業(yè)的生產(chǎn)效率，通過使用定向鉆進技術(shù)可以提高鉆孔的精度，實現(xiàn)鉆孔的精準(zhǔn)對接。在煤礦井下鉆孔作業(yè)的實際應(yīng)用過程中，采用定向精準(zhǔn)對穿鉆孔可以替換原有傳統(tǒng)的排水道，從而可以提高煤礦井內(nèi)的排水量，減少煤礦井內(nèi)的瓦斯氣體和粉塵。為煤礦安全生產(chǎn)作業(yè)提供重要的保障，同時這種對穿鉆孔技術(shù)也會給煤礦企業(yè)降低生產(chǎn)管理成本，未來具有較強的應(yīng)用價值。參考文獻：[1]石浩.精準(zhǔn)定向鉆進技術(shù)在煤礦水害治理應(yīng)用[J].煤炭工程,2018,50(3):75-78.[2]張杰,王毅,石浩.大直徑超前定向?qū)Υ┿@孔負(fù)壓除塵技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2018,46(4):52-57.[3]姚寧平,張杰,李泉新,宋