牛小龍，季 偉

（山東萬祥礦業(yè)有限公司，山東 濟南271104）

現(xiàn)階段我國煤礦井下開采技術(shù)種類越來越多，各種新型技術(shù)也在不斷應(yīng)用，煤礦井下地質(zhì)勘探可以確保煤礦開采時的安全性和高效性，開采技術(shù)對煤礦開采的影響也越來越深遠。目前，使用頻率較高的勘探技術(shù)主要有三維地震、地質(zhì)雷達探測、電法等，將煤礦周圍地質(zhì)環(huán)境進行全面測量，但是這些測量方法不夠精密，無法對鉆孔軌跡進行準(zhǔn)確測量，對煤礦掘進的安全高效性產(chǎn)生了一定阻礙。煤礦井下定向鉆進技術(shù)可以很好地解決上述問題，現(xiàn)階段的應(yīng)用頻率也較高，取得的效果也十分良好。

1 礦井定向鉆進技術(shù)相關(guān)概述

1.1 礦井定向鉆進技術(shù)工作原理

定向鉆進技術(shù)主要是利用特殊的測量工具、鉆孔工具、工藝設(shè)備等進行組合，該技術(shù)現(xiàn)階段在地質(zhì)勘探施工中的應(yīng)用較為廣泛。主要用到的設(shè)備包括送水器、定向鉆機、孔口計算機、通信電纜、下水磁鉆桿等，主要的工作原理是通過馬達旋轉(zhuǎn)對礦層進行切削。馬達處于運動狀態(tài)，鉆桿柱施工保持不動狀態(tài)，利用馬達旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力帶動鉆頭鉆進碎巖進行工作。

測量技術(shù)的應(yīng)用主要是將孔底的信息進行有效傳輸，之后通過監(jiān)視器對鉆孔軌跡進行全面詳細檢測，隨時掌握鉆孔實際軌跡。隨鉆測量技術(shù)的應(yīng)用主要是將信息傳輸?shù)娇椎?，再利用馬達合理控制鉆孔軌跡，改變鉆孔的傾角和方位角等保證鉆孔軌跡可以達到預(yù)期靶點中。但是需要注意的是，實際鉆孔軌跡可能會和設(shè)計的鉆孔軌跡出現(xiàn)偏差，所以工作人員應(yīng)該對鉆孔情況進行時刻關(guān)注，及時調(diào)整鉆孔軌跡，這樣鉆孔軌跡才能按照預(yù)期方向發(fā)展，向更好的方向延伸。

1.2 準(zhǔn)確測量鉆進軌跡

定向鉆進技術(shù)在實際使用時應(yīng)該將方位、孔深、斜傾角三個方面進行結(jié)合，建立三維坐標(biāo)，這樣可以有效提高定向鉆進軌跡的測量準(zhǔn)確度。主要的計算方法就是將鉆孔軸線分成不同小段，結(jié)合每一段的測量數(shù)據(jù)，將鉆孔軸線的數(shù)據(jù)進行疊加計算。在實際測量過程中，會出現(xiàn)測量誤差，只要將誤差控制在合理范圍內(nèi)即可，否則會對最終結(jié)果產(chǎn)生影響。根據(jù)計算結(jié)果可以看出，定向鉆進軌跡測量可以滿足地質(zhì)勘探的要求，可以在實際中進行應(yīng)用。

1.3 鉆進技術(shù)的優(yōu)勢

定向鉆進技術(shù)是現(xiàn)階段煤礦井下勘驗中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，針對鉆孔軌跡的合理控制，不僅可以顯著提高礦井井下勘探的工作效率，還可以提高井下作業(yè)的安全性。井下定向鉆進技術(shù)還包括測量技術(shù)和計算功能，對其合理利用可以達到事半功倍的效果，還可以建立精確的礦層三維坐標(biāo)，為后續(xù)施工工作奠定良好的基礎(chǔ)。除此之外，還可以設(shè)計不同的分支孔，之后計算出三維坐標(biāo)。要想獲得準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，就應(yīng)該多次對分支進行測量，提升數(shù)據(jù)的結(jié)果準(zhǔn)確性，之后利用各種數(shù)據(jù)進行多點連接，做好統(tǒng)計工作，最后將該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造以及空間分布情況進行詳細繪制，尤其是陷落柱、斷層、采空區(qū)等的分布狀況一定要繪制仔細，這樣才能在具體施工中避開這些區(qū)域，進而提升煤礦礦井采礦施工效率。

2 定向鉆進技術(shù)具體施工措施

煤礦井下定向鉆進技術(shù)可以對鉆孔軌跡和鉆頭位置進行靈活控制，對位置地質(zhì)層進行地質(zhì)勘探工作時，可以結(jié)合鉆孔軌跡對鉆孔的位置和深度進行計算。

第一，確定勘測地點的鉆孔位置，利用探測儀器對地質(zhì)異常區(qū)域進行識別，在礦層采掘過程中結(jié)合圖紙對靶區(qū)進行確定，同時結(jié)合現(xiàn)有資料合理設(shè)計鉆孔。

第二，對地層變化進行準(zhǔn)確識別，在實際鉆進過程中隨時觀察巖土性質(zhì)變化，通過返渣情況來及時進行確定。

第三，區(qū)域如果出現(xiàn)異常，要對鉆孔孔段進行適當(dāng)縮短，在煤礦地質(zhì)勘察過程中，通常都會遇到松散、破碎的地段，例如陷落柱、地下斷層等，這對地質(zhì)勘探工作會產(chǎn)生不同程度的影響，或者某些區(qū)域會出現(xiàn)地質(zhì)異樣帶，很容易將鉆頭掩蓋。遇到這種情況時，異常區(qū)域的孔段要及時進行縮短，將鉆頭拔出，移動到地質(zhì)穩(wěn)定的區(qū)域后再繼續(xù)鉆進工作，這樣才能保證地質(zhì)勘探的工作質(zhì)量，為后續(xù)的工作提供更多依據(jù)和基礎(chǔ)。

第四，確定定點，煤礦開采過程中，首先需要對地質(zhì)進行全面詳細的勘測，對地下結(jié)構(gòu)進一步了解和明確，尤其是陷落柱、采空區(qū)等區(qū)域要格外注意，這些區(qū)域較為特殊，如果出現(xiàn)意外情況產(chǎn)生的影響就十分巨大，所以要避免安全事故的發(fā)生，降低企業(yè)投入的資金成本。在這一過程中，還要繪制詳細的圖紙，將異常以及特殊區(qū)域進行標(biāo)注，借助坐標(biāo)軸尋找并確定定點，將其作為坐標(biāo)原定。這時就需要利用定向鉆進技術(shù)對其進行準(zhǔn)確測量，對定點進行確定，提高開采過程的合理性和規(guī)劃性。

除了上述分析的因素以外，還要對煤層動態(tài)變化有全面掌握，由于自然因素或者是人為因素等影響，煤層都會發(fā)生不同程度的變化，所以在地質(zhì)勘探過程中應(yīng)該注意煤層的實時變化情況，對實際鉆孔軌跡和預(yù)測軌跡之間的變化幅度進行分析和實時掌握，進而得出專場空間布局以及煤層結(jié)構(gòu)。此外，許多鉆井平臺為了節(jié)省時間和投資，都采用了從一個浮動平臺鉆出多口定向井的技術(shù)（見圖1）。

3 定向鉆井技術(shù)的實際應(yīng)用分析

地面鉆孔技術(shù)可以對礦井井下走向、厚度、地質(zhì)情況等信息進行探測和了解，地面鉆孔可以對礦層信息進行探測，尤其是大面積礦層，但是這一方法也具有一定局限性，就是只能統(tǒng)計已經(jīng)探測區(qū)域的相關(guān)信息，不能對礦層信息進行提前預(yù)測。定向鉆進技術(shù)的應(yīng)用可以很好地解決這一問題，對礦層地質(zhì)信息進行提前探測，還可以掌握礦層構(gòu)造的分布情況。定向鉆進技術(shù)可以通過測量和計算功能將孔深、方位等進行探測，進而建立三維坐標(biāo)，在已經(jīng)探明的鉆孔部位設(shè)計不同的分支孔，在利用開分技術(shù)進行計算，將三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確化。最后將獲取到的數(shù)據(jù)做出系統(tǒng)分析，建立出該區(qū)域的實際空間分布情況，有利于后期施工的順利開展。

3.1 探測工作礦層走向

定向鉆進技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，主要是對煤礦地質(zhì)情況進行勘探，主孔位置通常會開鉆多個分支孔，利用礦層地板或者底板的測量結(jié)果數(shù)據(jù)進行計算，同時將其轉(zhuǎn)化為礦層的標(biāo)準(zhǔn)高度。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)高度的不同順序?qū)㈨敯搴偷装宓臄?shù)據(jù)進行有機連接，這樣就可以計算出礦層的傾斜角度。最后根據(jù)各個方面的測量數(shù)據(jù)，歸納整理，進而得出礦層的實際走向，相關(guān)工作人員也可以對礦層走向有更進一步的掌握。探測礦層走向的方法實際上和探測礦層厚度的方法是基本相同的。

3.2 勘探陷落柱

利用定向鉆進技術(shù)可以對陷落柱進行勘探，還可以針對陷落柱多發(fā)區(qū)域進行精確鉆進，在設(shè)計礦層時也可以及時確定，礦層中如果出現(xiàn)鉆速變慢、鉆頭卡住、鉆孔出現(xiàn)返渣、巖粒出現(xiàn)破碎等現(xiàn)象，基本上可以確定出現(xiàn)陷落柱的情況，還可以確定鉆頭的位置。

隨鉆系統(tǒng)也具有一定的優(yōu)勢，可以標(biāo)注陷落柱的坐標(biāo)，同時將陷落柱平面圖進行詳細繪制，還可以指導(dǎo)礦井安全施工工作，提高施工的效率和質(zhì)量，避免出現(xiàn)差錯。舉個例子來講，有的礦井陷落柱分布較多，如果只是利用普通的鉆進技術(shù)很難對陷落柱的具體位置進行確定，礦層頂板的位置也很難準(zhǔn)確計算，這也導(dǎo)致煤礦施工進度受到不同程度的影響。應(yīng)用定向鉆進技術(shù)以后，施工人員對礦區(qū)有全面了解以后就可以對靶點進行準(zhǔn)確定位，后期鉆孔時也會更加方便。結(jié)合鉆孔軌跡可以對破碎帶、陷落柱、斷層等位置進行分析和確定。鉆孔施工確定以后對地質(zhì)勘探資料的獲取會更加容易，資料也更加寶貴，這也為礦井開采工作效率的提高起到了促進作用。

3.3 勘探采空區(qū)

對采空區(qū)進行勘探時，首先要設(shè)計鉆孔靶點，合理控制間距，利用定向鉆進技術(shù)對靶點進行命中，如果出現(xiàn)不返水、卡鉆等現(xiàn)象時，可以確定該區(qū)域為采空區(qū)。對其進行勘探時，可以將采空區(qū)的坐標(biāo)進行確定，進而繪制分布圖，提高施工工作的安全性，避免出現(xiàn)安全事故。大部分礦井都會存在采空區(qū)，這也讓礦井生產(chǎn)的安全性受到了影響，要想明確采空區(qū)的高度和范圍，就要利用定向鉆進技術(shù)對工作面進行勘探，對定向鉆孔和分支孔進行定向鉆探。最后，利用實際鉆孔軌跡得出的數(shù)據(jù)對采空區(qū)具體位置進行計算，進而確定采空區(qū)區(qū)域，礦井區(qū)的工作也會提高高效性和安全性。

3.4 勘探礦層地質(zhì)

首先對礦層頂板起伏情況進行勘探，之后對礦層地質(zhì)進行勘探，利用分支孔進行重復(fù)施工。對煤礦礦層地質(zhì)情況進行全面勘探，確保地質(zhì)結(jié)構(gòu)不會對后續(xù)煤礦采集產(chǎn)生影響。結(jié)合礦層頂板和底板的測量數(shù)據(jù)，將礦層厚度和傾角等進行計算，結(jié)果也會更加準(zhǔn)確。很多礦井會出現(xiàn)礦層起伏較大的情況，頂板附近也容易出現(xiàn)破碎礦層，情況也較為復(fù)雜，使用定向鉆進技術(shù)可以對頂板底板進行詳細勘探，確定礦層的厚度，還可以確定起伏較大的礦層，對地質(zhì)勘探工作具有積極作用。

3.5 勘探斷層巷道

對斷層巷道進行勘探時，可對巷道遠距離開掘工作進行勘探，對頂板和底板施工時則采用長距離定向鉆孔，同時對分支孔進行施工，將坐標(biāo)進行具測量，將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，繪制成斷層分布圖，對巷道勘探工作也可以起到指導(dǎo)作用，進而實現(xiàn)提高礦井開采工作效率的目的。定向鉆進技術(shù)在地質(zhì)勘探工作中起到了指導(dǎo)施工的作用，對煤礦采集工作的順利展開具有積極意義，還可以提供技術(shù)支持。

4 結(jié)束語

綜上所述，煤礦井下定向鉆進技術(shù)的應(yīng)用可以提高地質(zhì)勘探工作的效率和質(zhì)量，該技術(shù)不僅可以對未知區(qū)域的礦層高度、深度、結(jié)構(gòu)等進行探測，還可以將異常地質(zhì)進行標(biāo)注，提高礦井生產(chǎn)效率和工作效率。

注釋：

①[美]Norman J.Hyne.石油科技知識系列讀本：石油勘探與開發(fā)[M].劉云生，等，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2009.