摘要：煤矿井下定向钻进技术可以实现钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在预定层位中的有效延伸，增长钻孔有效抽采距离，增加钻孔瓦斯抽采量进而提高瓦斯抽采率；另外定向钻进技术可进行多分支孔施工，施工的钻孔能均匀覆盖整个工作面，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，能显著提高煤层瓦斯治理效果，现已成为我国煤矿区瓦斯高效抽采的主要技术途径。本文探讨了煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用。
关键词：煤矿；井下定向钻进技术；矿井地质勘探；应用
随着社会经济的不断增长，各行各业都取得了长足的进步和发展，对于资源的需求也逐渐上升。煤炭资源为社会各方面的生产都提供了重要的资源支撑，人们在生活中对于煤炭资源的需求较大。煤矿企业要想对煤矿进行有效的采集，提高采集的效率及效果，必须应用井下定向钻进技术，这样不仅可以为煤矿井下地质勘探工作提供便利，还可以在固体矿产井下勘探中应用这项技术，为矿井建设、地质构造勘探提供精确的勘探手段。
1 煤矿井下定向钻进技术及其在地质勘探中的施工方法
1.1定向钻进技术概述
当前，煤矿井下作业大多采用三维地震、电法等手段来探测断层，但这些探测方法对于断距小于5m 的断层，缺乏检测精准度，使断层、陷落柱、瓦斯等地质的探测不明，影响煤矿的高效掘进，甚至导致煤矿瓦斯突出或井下渗水等安全事故发生。因此，在煤矿井下生产过程中应用定向钻进技术，在保证作业效率的同时，能够提高生产安全性。要想利用好该项技术，需要了解技术的相关问题。定向钻进技术主要应用于岩层和较稳定煤层的瓦斯抽放钻孔施工中，利用定向钻机及相关的随钻系统，能够通过实时监测，获得相关数据。
1.2施工方法
定向钻进技术最大的特点是，能够人为操控转变钻头孔的轨迹及空间位置。在施工探测过程中，将探头放置在区域深层次中，探测出钻头参数及孔深，可以参照钻孔的轨迹，运算出孔垂的左右位移。通过分析使用中钻探的参数，来勘探出孔前方的煤层走势及孔周围的地质环境。为进一步掌握钻孔的轨迹，定向钻进技术的施工方法如下：
（1）明确勘测点。根据电法仪器检测出地质异常区域，在工程图中，确定钻孔点，根据煤层及巷道等资料，来设置定向钻孔。
（2）明确地层变化信息。在进行钻进过程中，要注重返渣岩性的变化，按照实钻的左右偏差，来确定钻场的空间位置。
（3）缩短异常孔段区域的钻孔。将施工定向钻孔钻进至煤层的陷落区域或者断层附近的地质破碎区域时，要将钻头提升至岩层稳定区域，进行开分支孔，再钻进下一个钻孔点内。
2 煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用
煤矿井下煤层的煤层厚度、煤层走向及煤层地质异常等信息可以利用地面钻孔探测获得，地面钻孔可以获得大范围内的煤层信息，但是对局部范围的信息获取准确性交底，只能得到揭露煤层的信息，不能实现对煤层信息的超前探测。利用定向钻孔可以提前探测到煤层的地质信息，利用前进式开分支施工工艺展开施工，可以确定煤层顶底板的标高，探测到煤层构造的具体情况。
2.1 探测地质构造
利用随钻测量技术及计算功能，可以计算出地层构造的三维坐标，然后可以在已探明构造点钻孔部位设计多个分支孔，利用定向开分支技术计算出该点的三维坐标。最后，对获得的多组三维坐标点数据展开分析，就可以勾勒出该区域地质构造的实际空间分布情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2 探测工作面煤层厚度与走向
在定向主钻孔中应该按照相应距离来设置不同探顶和探底分支钻孔，如果分支钻孔钻遇到了煤层顶板或者煤层底板，这时可以充分利用仪器得到的数据对钻与顶板、底板相应点的上下位移进行计算，然后将其转化成该点的相对标高，然后按照相对标高的顺序将多个探顶板、探底板分连在一起，这样就可以计算得到钻煤层倾角，最后结合煤层倾角、走向之间的关系可以得到工作面煤层的具体走向。煤层厚度探测也可以按照上面提到的方法进行。
2.3 陷落柱勘探
陷落柱多发勘探区域多数情况下位于煤层水平面以上，这种情况下利用定向钻进技术可以保证命中靶点的精确性，在实际煤层施工过程中如果突然遇到钻孔返渣见破碎岩粒、卡钻蹩泵等现象，说明探测过程中钻头遇到了陷落柱，这时可以有效利用随钻系统，仔细的测量每个见陷落柱点的坐标，进而绘制出煤层采掘平面图中陷落柱的分布，进而为煤矿安全施工提供指导。
2.4 巷道断层勘探
利用定向钻进技术勘探巷道断层，首先要找到一处松软煤层，并对巷道前方进行远距离勘探；然后以该松软煤层为切入点进行巷道开掘。在对巷道断层进行勘探时，受施工场地的影响，存在勘探孔施工距离太短的问题，所以在勘探过程中，可适当调整勘探方案，在煤层的底板或顶板处，施工长距离定向孔；同时，沿着煤层方向开分支孔。在最后阶段，整合施工过程所获得的全部见煤点坐标，能够准确绘制煤层地质构造图，便于迅速找到断层。以此为依据，能够指导巷道掘进的顺利、安全进行。
2.5 煤田采空区勘探
在勘探区域中，应对定向钻孔的不同靶点进行设计，通常情况下，靶点与靶点之间的间距应该在20m 左右，这种情况下利用定向钻进技术通常可以准确的命中靶点精确，当施工过程中出现了钻孔不返水等相关现象，则说明钻头的位置就是采空区，这时利用随钻系统可以对各见空区点的坐标进行测量，然后绘制出采空区的分布，为后续煤矿安全施工提供指导。
2.6 顺层孔煤层地质勘探
顺层勘探孔的特点在于钻井过程中需要沿着煤层每隔一段孔深利用孔底马达造斜钻进主动探顶，仔细探测煤层顶板的起伏情况，再提钻一段距离(通常为18~24m)进行开分支孔。在钻孔轨迹得到了充分保证的情况下，逐渐在顶板下稳定煤层中向前延伸，与此同时还要钻迸，这样经过反复的施工，达到对煤层倾角、褶皱等地质构造进行勘探的目的，煤层底板探测出以后，可以与探测出来的煤层顶板标高、底板标高相结合，对煤层倾角、厚度等参数进行计算。
可见，定向钻进技术在煤矿井下勘探中的应用，不仅可以使井下地质勘探更加方便、快捷，同时还能实现对未知区域不同地层的开发与治理，并煤层的储量与走势进行科学评估，在此基础上为矿井建设提供有效的勘探手段。在未来的工作中，我们应该在煤矿井下工作中不断尝试开发高精度地质导向智能钻进系统，仔细的分析和研究相关检测量元件，与钻返渣相结合对探头附近岩性及地质构造变化进行分析。还能在当前的技术上开发出更加适合的随钻勘探录井软件。与地震、电法等仪器现结合得到检测结果，在此基础上绘制出具体区域的地质构造图。应用定向钻进技术不仅可以为煤矿井下地质勘探工作提供便利，同时在固体矿产井下勘探中这项技术的应用空间也非常大，为矿井建设、地质构造勘探提供精确的勘探手段。
综上所述，定向钻进技术在煤矿井下勘探中的应用，不仅可以使井下地质勘探更加方便、快捷，同时还能实现对未知区域不同地层的开发与治理，并煤层的储量与走势进行科学评估，在此基础上为矿井建设提供有效的勘探手段。在未来的工作中，我们应该在煤矿井下工作中不断尝试开发高精度地质导向智能钻进系统，仔细的分析和研究相关检测量元件，与钻返渣相结合对探头附近岩性及地质构造变化进行分析。
参考文献
[1]朱永泰,陈静,秦向红.矿井地质勘探中煤矿井下定向钻进技术的应用[J]. 科技风. 2016(07).
[2]付勇涛.矿井地质勘探中煤矿井下定向钻进技术的应用[J]. 黑龙江科技信息. 2016(17).
[3]李振江.煤矿井下定向钻进技术应用探讨[J]. 江西煤炭科技. 2018(02).
[4]温志强,王庆,蔡敏博.煤矿井下定向钻进装备与技术应用现状研究[J]. 内蒙古石油化工. 2018(05).
论文作者:赵东方,冯超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/3
标签：煤层论文; 井下论文; 钻孔论文; 煤矿论文; 技术论文; 地质勘探论文; 地质论文; 《防护工程》2018年第35期论文;