山西高河能源有限公司 山西长治 046000
摘要:在煤矿内对排水巷道进行挖掘以及挖掘瓦斯巷道对煤矿的安全管理意义比较重要，该项工程具有作业量比较大、挖掘时间长、成本比较高等特点，同时也会产生一系列的问题。将螺杆马达与定向钻进技术进行融合，就可以提高煤矿隧道的挖掘速度。在煤矿隧道内进行钻孔时可使用套管护壁技术，以及钻孔的精准对接。应用先进的穿孔技术以及精准管控隧道挖掘轨迹等技术，就可以有效地提升煤矿钻孔施工作业的效率。本文着重研究了对煤矿井下钻孔技术的相关问题研究以及在实际中的应用。
关键词:煤矿井下；精准对穿孔；定向钻进
引言:
由于国家环保政策的实施要求降低煤炭资源的使用，避免煤炭过快的开采，进而对整体煤炭行业造成了较大的影响。同时因为国内的煤炭资源产能过剩，要求煤炭企业转型升级，向新能源行业发展。煤炭企业为了提质增效，就需要对煤炭的生产作业流程进行优化，改进煤炭挖掘技术和开采技术。因此对于煤矿井内的隧道开采以及钻孔就成为煤炭企业重点研究的问题。
一、施工工艺
1.钻孔轨迹
煤矿井下施工前，必须预先设计好钻孔轨迹，需要采用钻孔设备进行挖掘。因此，精准的钻孔可以有效地提高施工作业，精准对穿孔的施工目的就是为了让施工设备直接命中设定的靶点。
定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下几个因素：钻孔的类型、施工钻孔的个数及预计孔深、钻孔分支孔的数量、孔深及分支位置等。轨迹设计前，尽可能多的收集到能准确反映钻孔布孔平面和空间区域的地质测量资料（包括煤层顶层板等高线图、综合柱状图、采掘工程平面cad图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。
在钻孔的过程中，钻孔施工作业尽量要平稳进行，不要过快或过慢，钻孔轨迹尽量平稳地穿过设定的路线。在开采挖掘过程中使用定向钻进施工技术，轨迹设定时要使设备从低向高缓慢掘进，保持钻头轨迹稳定平顺，这种钻孔设备在向上掘进时，轨迹线路的角度不应该超过1度/3米，这样就可以减少钻孔施工作业遇到的阻力，也可以使钻孔产生的石渣顺着轨迹流下。在钻孔的轨迹中，每隔60米都要设置一个分叉点，以避开不稳定的地层。在轨迹的设计时，要综合考虑后期施工设备能否准确对准靶点，因此要控制设备爬升速度，水平掘进，并在轨迹处预留分支点，来科学合理设计钻孔轨迹[1]。
由于隧道的探测管会在实际的测量过程中产生一定的误差，因此，可在实际的探测过程中，调整探测管道方向，从巷道的侧方进行探测，进而可以精准探测钻头的工作情况。
2.控制钻孔轨迹
由于煤层倾角有时上下变化很大，局部煤层因陷落柱、断层、褶皱等地质构造而破碎，易出现卡埋钻现象，这就增加了钻孔轨迹精确控制难度，为了实现钻孔轨迹精确控制，特采取以下措施。
2.1 准确识别地层变化。根据煤层采掘工程面图（含煤层等高线、地质构造）分析出钻孔轨迹处煤层倾角变化，结合实际轨迹上下偏差、钻进前后返渣岩性变化，判断出当前钻头属于煤层哪一层位（顶板岩层、底板岩层、煤）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2 调整工具面使钻孔近水平钻进。根据地层变化，应及时调整工具面来控制方位角变化，使钻孔轨迹在水平面投影上沿设计轨迹左右波动，在此基础上可参考钻孔设计轨迹的倾角值控制倾角变化，使钻孔尽量处在煤层中钻进。
2.3提钻分开支绕过异常钻进区域，如因顶板、底板较硬岩层进尺缓慢，陷落柱、断层附近煤层松散破碎易埋卡钻，因与原钻孔串孔、煤层裂隙发育钻井液漏失。当遇到以上情况时，应提钻至安全煤层区域分开支孔，以便绕过该区域。
2.4 了解煤层真实情况。在世纪钻进过程中，要求每间隔60-100m距离将螺杆马达弯管方向调整为垂直向上，使钻孔快速钻至顶板，确定出顶板所处的层位标高，然后后退到合适位置分开支继续钻进，如此反复，再将两探顶点连线的延长线作为下一段钻进的参考顶板，从而保证钻孔始终在煤层中钻进。
在煤矿隧道的掘进钻孔过程中，施工作业对于钻孔轨迹管理控制标准要求非常高，在隧道掘进施工作业中，需要严格按照钻孔轨迹设计标准来施工，每掘进3米都要测量一下隧道是否产生偏差。如果钻孔轨迹产生偏差，就需要调整钻孔角度来纠正。在纠正的过程中，要缓慢的调整设备的角度。同时在，巷道掘进的过程中，也要考虑钻孔设备自身对于这种轨迹的影响。探测管往往在钻孔设备的后方，只有在巷道掘进6米后，才能通过探管设备测量出内部的钻孔轨迹，因而在实际的施工作业中，要凭借施工人员的经验来对实际的掘进过程进行判断[2]。
（三）施工的流程
可以在实际的钻孔作业过程中采用直径为133毫米的钻头以及直径为89厘米的钻杆，进行精准对穿孔施工作业。在钻进12米时，更换钻孔设备，采取直径为98毫米的定向转头，螺杆马达以及直径为73毫米的钻杆，来对钻孔轨迹实行定向掘进。在钻孔设备掘进三米时，就对实际的钻孔轨迹进行测量，并记录数据，测量设计的钻孔轨迹与实际钻孔轨迹的偏差。同时调整偏差，在穿孔后，将钻孔设备换回去，换成直径为133毫米的平底钻头，以及89毫米直径的钻杆。通过大直径的钻头将穿孔作业完成后，不直接提出转头，而是直接将设备卸下，进而卸下钻头。在钻孔作业完成后，给孔套上套管，套管与孔隙之间进行注浆以加固套管。
二、应用实例
淮北矿业的某一个矿区，离河流比较近，因此隧道经常会出漏水情况，严重影响煤矿开采作业。在煤矿的内部需要挖掘一条排水道，将煤矿内的水及时排出矿井外面。施工人员采用定向钻进的钻孔技术来，进行钻孔施工作业。初步计划也采用套管技术给钻孔进行套管，来用于排水。根据实力的勘测，钻孔位置大约深33.5米，会向右偏，24.78米，需要进行4个对穿钻孔，原计划会采用大角度的开孔方式，在接近穿孔位置时要将钻孔设备的角度调小，降为1度左右.从而在水平进行对穿钻孔。
在开孔后期可以使用，测量设备以及使用98毫米的定向钻头，来实行钻孔轨迹的精准对接，精确地控制钻头的钻进方向，并且在实际钻孔作业过程中每钻进3米就实地测量一次钻孔的角度，并使用计算机及时地计算出实际轨道与设计之间的差距，进而及时调整钻孔方向，以保证实际钻孔轨迹按照设计的要求来进行。
三、结束语
在煤矿井下采用先进的钻孔技术可以大大提高煤矿开采作业的生产效率，通过使用定向钻进技术可以提高钻孔的精度，实现钻孔的精准对接。在煤矿井下钻孔作业的实际应用过程中，采用定向精准对穿钻孔可以替换原有传统的排水道，从而可以提高煤矿井内的排水量，减少煤矿井内的瓦斯气体和粉尘。为煤矿安全生产作业提供重要的保障，同时这种对穿钻孔技术也会给煤矿企业降低生产管理成本，未来具有较强的应用价值。
参考文献：
[1]石浩.精准定向钻进技术在煤矿水害治理应用[J].煤炭工程,2018,50(3):75-78.
[2]张杰,王毅,石浩.大直径超前定向对穿钻孔负压除尘技术研究与应用[J].煤炭科学技术,2018,46(4):52-57.
[3]姚宁平,张杰,李泉新,宋昱播,刘睿全,李浩.煤矿井下定向钻孔轨迹设计与控制技术[J].煤炭科学技术,2013,41(03):7-11+46.
[4]石智军,姚克,田宏亮,李泉新,姚宁平,田东庄,殷新胜,许超.煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备现状及展望[J].煤炭科学技术,2019,47(05):22-28.
作者简介：刘远（1987年8月），男，山西长治人，2012年6月毕业于华北科技学院工程管理专业，学士学位，工程师，研究方向：工程预算。
论文作者:刘远
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/25
标签：钻孔论文; 轨迹论文; 作业论文; 煤矿论文; 煤层论文; 精准论文; 钻头论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;