关键词：定向钻机技术；水害；防治水
煤矿水害与瓦斯、煤尘、火灾和冲击地压一起是我国煤矿主要五种自然灾害。近些年以来，水害事故依然呈现频发态势，水害防治工作任重而道远。常规回转式钻进技术治理水害钻探工程量大，钻孔数量多，施工周期长，布置分散，无法覆盖整个含水异常区，钻孔轨迹不可控，不能精确探测异常位置或富水区域，易出现探测盲区，钻孔深度浅，利用率低，无法满足完孔后精确注浆加固的要求等。定向钻进技术具有施工钻孔深度大、轨迹可控、精确中靶等技术优势，在水害防治方面，能够提高施工效率，缩短工作周期，达到水害防治预期，确保了煤矿的安全生产【1】。
1定向钻进技术在矿井水害防治中的作用
（1）采空区积水定向探放水方法
采空区定向探放水施工利用螺杆马达实时定向的优势保证钻孔尽量在稳定岩层平稳穿行，利用轨迹精确控制的优势准确命中“靶点”，从高至低依次降低采空区积水水位，并通过分支孔技术预留分支点，保证每个钻孔探放水成功率，解决了沿空巷道下山掘进循环前探逐步降压的复杂问题，实现了远距离、高水压、一次放尽老空水的目标。
（2）采空区残余低洼点积水定向探放水方法
由于地层沉积原因，煤层存在一定的起伏变化，工作面在回采后会形成一定的低洼点，具备了一定的储水条件。利用定向钻进技术施工定向钻进，将钻孔层位布控在煤层下“三带”破坏带的范围内，充分发挥分支孔的作用，合理沟通每一个残余低洼点，实现有效探放残余老空水的目标。
（3）顶板富水区层定向探放水方法
顶板富水层定向探放水施工主要目的是探测煤层顶板含水层含水情况。同传统钻孔相比，定向钻富水层位探测利用随钻测量系统准确进入目标层孔段，同时减少钻场开拓及钻孔施工量，保证了每个钻孔在含水层穿行的最大有效孔段【2-4】。
（4）定向钻孔治理底板灰岩岩溶水【3】
淮南矿区太原组A组煤（3、1煤层）的开采，首先采用“疏水降压+限压开采”技术路线，利用定向钻进技术在太原组C33上灰岩中间隔布置定向钻孔，疏放太原组灰岩水，降低灰岩水压力，达到安全值、经评价合格后进行回采。鄂尔多斯准格尔矿区太原组6煤层下伏约65m为奥陶系灰岩，目前采用定向钻机在煤层底板间隔布置钻孔，对奥灰顶板砂岩层含水层进行改造处理，形成完整稳定的隔水层，实现工作面的安全回采。
2现场应用
2.1 定向钻进技术在老空水疏放工作中的应用
定向钻进技术精准探放老空水技术在淮矿西部公司某矿12402工作面进行了应用，主要任务是快速探放12403老空水，确保12402工作面沿空巷回风顺槽连续掘进，保证12402工作面按期贯通，实现工作面正常接替，避免工作面接替脱机。
2.1.1 工作面水位地质条件概况
12403、12402工作面附近区域地层形态为单斜构造，煤层结构简单，4-1煤层3.5m左右，煤层顶板为砂质泥岩与粉砂岩，两工作面煤柱为10m。12403工作面老空区积水上限标高+1089.97m，下限标高+1068.6m,水压0.2137Mpa,积水量35万方。
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2.1.2 常规探放水方案存在的问题
12403工作面回风顺槽下山掘进，可通过循环前探逐步降压疏放老空积水,但在具体实施过程中存在两方面的问题。一是施工周期短，轮次多，劳动强度大，做的钻场、水仓多，影响顺槽施工速度，即便这样，在下一组钻孔与前一组钻孔之间的掘进区段，仍然需要带压掘进，二是安全隐患大，套管长度短，存在加压注浆击穿煤壁的风险，无法保证止水效果，不能做到安全有效探放水。
2.1.3 定向长钻孔施工情况
为安全有效快速精准疏放12403老空水，采用定向钻进技术在12402胶带机顺槽施工两轮定向长钻孔，共计4个孔。第一轮钻孔在顺槽掘进1670m位置施工了3个（1、2、4#钻孔），其中4#钻孔轨迹沿4-1煤层层位布置，终孔穿透老空，1、2#钻孔轨迹均为穿层，自4-1煤层开孔，穿过4-1煤层底板进入煤层底板稳定牢靠的岩石层位，终孔上穿至12403老空区底部，穿透老空。第二轮钻孔在顺槽掘进1920m位置设计2个长钻孔，仅施工了5#钻孔，该钻孔的轨迹沿用1、2#钻孔的技术思路，自自4-1煤层开孔，穿过4-1煤层底板进入煤层底板稳定牢靠的岩石层位，终孔上穿至12403老空区底部，穿透老空。
2.1.3 定向长钻孔放水效果
通过现场实际观测资料统计，4个钻孔均精准的穿透12403老空区位置，有效疏放了老空水，其中2#长钻孔放水效果明显，瞬间最大120m3/h，1#钻孔瞬间最大水量100m3/h，4#孔孔瞬间最大水量85m3/h，5#孔瞬间最大水量110m3/h，长钻孔累计疏放老空水25.5万m3，快速降低了老空水压力，缩短了沿空积水范围，保证了12402回顺沿空持续掘进。
3结论
①在下山掘进探放老空水情况下，长距离、大跨度定向钻进技术相较于循环探放逐步降压技术思路，能够充分发挥定向钻进的技术优势，实现从“无控钻进”到“精准定向钻进”，解决了普通钻机施工孔深小，不能远距离探放的问题，克服了普通钻进方式保直钻进效果差，经常不能达到钻孔设计目的的不足。
②在钻孔设计方面，利用定向长钻孔能够变向的特点，钻孔在剖面方向上设计成“U”型，从回风顺槽底部距离巷道4.7m穿过，巷道不揭露钻孔，避免巷道揭露钻孔时钻孔突水的风险。
③疏放水效果上，常规钻孔孔径一般94mm以下，在压力0.1MPa情况下，单孔疏放水量一般在70m3/h以下，长钻孔孔径133mm，放水量能达到120m3/h以上，充分体现了长钻孔在放水效果方面的优势。
④由于长钻孔放水效果好，降压速度快，能够满足实现了边放水、边掘进，放水与掘进同步进行的。
⑤实验长钻孔在胶带机大巷施工，跨过回风顺槽，精准命中预定目标，最短孔深达到257m，最深的大达423m，充分发挥了定向钻机的技术优势，实现了矿井长距离、大跨度精准探放老空水的目的，为后期矿井水害治理提供丰富的经验。
⑥12402回风顺槽揭露4#钻孔，对于12403老空水来讲，该孔既是放水孔，也是导水通道。因此巷道揭露钻孔前必须保证钻孔处于无水或基本无水状态，才可快速通过。过完钻孔后，必须在巷道内对钻孔进行注浆封堵，严防老空水积水增加，水位上升，老空水沿该孔倒灌工作面。
⑦1、2、5#长钻孔与12402回风顺槽最小距离为4.7m的岩柱，过钻孔期间钻孔均正常放水，未发生塌孔，确保了连续快速放水。
参考文献
[1]张西峰.定向长钻孔技术在煤矿井下防治水钻孔施工中的应用.煤矿机械.2019(2):130-132.
[2]石浩,张杰.煤矿井下精确定向探放水技术.煤矿安全.2015(2):64-67.
[3]燕南飞.定向长钻孔在煤矿奥灰水害防治中的应用.煤矿安全.2016(4):64-67.
论文作者:菅红卫,,段贵宝
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷20期
论文发表时间:2019/12/2
标签：钻孔论文; 煤层论文; 水害论文; 工作面论文; 技术论文; 积水论文; 巷道论文; 《工程管理前沿》2019年5卷20期论文;