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摘要：在煤矿资源的井下开采中，定向钻技术属于一类应用频率比较高的典型技术。在应用定向钻的情况下，可以完成瓦斯治理、水源治理以及地质勘探等多方面的工作，。相对于施工常规钻孔在工艺方面更复杂，要求条件更为苛刻。并且，定向钻的施工方式在施工中的针对性和准确性也相对较高。在实际应用中，只要掌握了科学的施工工艺，即可取得良好的钻孔施工效果。本文简要介绍了定向钻孔施工工艺原理，从具体应用的角度，探讨这种施工工艺技术的合理应用方法。
关键词：煤矿开采；井下岩层；定向钻技术；施工工艺；应用
引言：
对于煤矿开采工作而言，地质环境对于开采工作的影响是非常显著的。为了取得预期的煤矿开采效果，需要在具体的技术应用角度上对相应技术的施工工艺流程进行控制。
1、定向钻孔施工的工艺原理
煤矿井下定向钻进是采用水力排渣、随钻测量的一种钻孔施工工艺，是利用泥浆泵将静压水通过加压后，通过钻杆内侧供水通道送达孔底，驱动孔底螺杆马达旋转，为钻头旋转切削煤岩提供动力，水沿着钻杆与孔壁之间的间隙排除孔内钻屑。施工过程中通过随钻测量系统实时测出孔底钻具空间姿态参数（倾角、方位角、工具面向角等），操作人员通过对比施工参数与设计参数，调整孔底钻具工具面向角，进行下一次钻进，依次按照此步骤施工直至实际钻孔轨迹沿着设计轨迹钻进至终孔。
定向钻孔施工前必须预先设计好钻孔轨迹，定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下因素：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（包括煤层顶底板等高线图、综合柱状图，采掘工程平面cad图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析布孔区域煤层瓦斯含量及压力、煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。
2、施工建设的设备应用
从阶段的煤矿井下岩层定向钻施工技术的应用上来看，支持技术应用的系统为随钻测量定向钻进系统。这一系统在应用中，主要是通过有线信号的传输达到信号互通的目的。在不断的更新和发展中，这种系统逐步发展为以无线电波和泥浆脉冲作为动力的系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除了负责信号传输的系统外，在具体的施工技术应用中，还需要应用到定向钻机、钻杆以及相关的测量装置、马达装置、泥浆泵设备等。其中不同的装置在具体的应用规格上也有相应的差异。
3、施工工艺流程阐述
3.1定向钻进阶段
这一阶段的主要工作是利用滑动的方式实现定向的钻孔效果。在应用这种技术的背景下，钻杆不需要回转，主要的技术实施是依靠泥浆泵的驱动作用，使得螺杆马达取得回转效果，从而达到对岩石结构的破碎目标。关于钻孔趋势的控制，主要依靠马达弯外壳的朝向来达到。这种施工方式的适应情况是，适应于造斜和轨迹纠偏中[1]。
3.2复合钻进阶段
这一阶段的主要工艺流程的实施，也需要借助泥浆泵的作用。泥浆泵通过向孔底位置泵送高压水，达到带动马达转动得到效果，并且进一步给钻头的转动带来动力。这时，钻头的动力作用会引发钻机的运动，从而使得钻具呈现回转效果。达到复合钻进的目的。这种钻进方式，能够有效提升钻进操作的效率，并且减低整个系统在运行中所承受的压力。
4、施工工艺的具体应用
4.1瓦斯管控中的应用
关于瓦斯产生的主要区域包括采空区以及上隅角。在具体治理中，通过在顶板区域钻出定向的梳状孔来代替高抽巷，从而达到瓦斯治理的目的。另外，梳状孔还可以适用于松软煤层的底板定向消突。
4.2防治水工程中的应用
在这个施工环节中，定向钻技术的具体应用范围包括了探水、防水以及注浆操作。可以应用于探放煤层顶部和底部的岩层含水情况。另外，还能够处理和解决采空区可能存在的给水问题[2]。关于注浆处理方面，应用定向钻孔技术，有利于促进注浆处理技术的稳定性和牢固性的增强。
4.3地质探测中的应用
在地质探测的工作环节中，定向钻主要用于探测一些异常构造体的具体情况的探测，其中也包括一部分疑似异常构造体。例如，对于断层、采空区、陷落柱区域以及部分由于长期冲刷作用而形成的冲刷带。
5、限制煤矿井下定向钻孔施工技术推广的因素
目前定向钻进技术的试验，不管是使用国内钻机还是国外钻机，施工过程中由于种种原因，使得使用定向钻进施工瓦斯抽采钻孔目前并未在煤矿井下广泛推广应用，总结起来主要是因为受到以下方面的因素制约：
定向钻进对于岩性条件要求苛刻，地层适应能力较差，定向钻孔施工时在遇到水敏性岩层及软岩层如炭质泥岩及砂质泥岩时极易出现垮孔，而在硬岩如细砂岩中钻进时，进尺效率太低，即所谓：“软的打不了，硬的打不动”。
定向钻孔的施工对于操作人员的素质及技术水平要求较高，而现在煤矿井下职工由于文化水平有限，要学习好并充分掌握定向钻进技术需要长时间的培训。
由于定向钻孔施工对施工现场供水及排水能力要求较高，施工的每个钻孔孔口段基本都要进行下套管注浆，有的遇到垮孔时，需要多次注浆，施工工艺相对常规钻进较复杂，而且钻孔施工周期一般比较长，这些对于井下钻探施工单位来讲，人力和物力成本投入太大。
6、施工工艺应用的完善和改进
6.1提升技术对地层的适应能力
这里所指的地层特点，是指多种不同类型的地层的适应能力，主要包括了泥岩缩径地层、局部破碎地层以及部分出现断层的情况。定向钻技术在遇到这种类型的地层条件时，往往会出现塌孔、卡钻等典型的应用障碍。这也是这项技术进行完善和改进的主要方向。另外，从实际应用的角度来讲，如果想保证这种技术的应用效果，则应当尽可能选取地质条件相对稳定的岩层进行施工。并且通过注浆加固措施的实施，通过人工干预的方式，实现地层稳定性的提升。而对于软弱地层而言，则可以通过完善下套管工艺为施工深度的稳定提供保障。
6.2提升钻进层位的辨别能力
这一点主要是指，技术人员和管理人员应当以地层的岩性识别需求为目标，对钻进系统进行开发和改进。从现阶段的改进工作现状上来看，防爆型地质导向钻进系统是一种可用的系统类型。其主要的应用原理是利用钻进地层所自带的伽马参数针对地层信息进行判断，并同步以钻进轨迹为依托，实现对测量参数的控制。确保钻孔的方向趋势与煤层中合理的方向保持一致。从本质上来讲，这种效果实现了从几何维度的导向钻进向精确地质导向的钻进的转变。另外，在具体的岩层层位判别方法中，可以结合返水情况进行判别，也能够根据岩屑情况和钻进参数进行判别，最后，关于岩层层位的判别，还可以借助专业的测量和辨别仪器来完成。
结束语：总的来讲，煤矿下部区域的岩层钻进施工中，定向钻的技术实施需要结合这种技术的原理合理组织实施，并且应当针对具体的应用设备类型和应用技术要点进行有效的控制。从而为取得更好的岩层钻进效果切实发挥辅助作用。另外，从技术人员本身的能力水平角度分析，也要求技术人员掌握不同阶段的钻进设备操作方法和操作规范，以取得预期的钻进效果。
参考文献：
[1]王庆,刘卫卫,崔岩波,等.定向钻进技术在煤层顶板软弱岩层疏放水中的应用[J].煤矿安全,2017,48(5):152-154.
[2]魏廷双.定向钻进技术在张集煤矿掩护巷道掘进探放水中的应用[J].煤矿安全,2018,49(9):187-190+194.
[3]李泉新. 煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究[D].煤炭科学研究总院,2018.
[4]刘徐三. 煤层瓦斯抽采水平定向钻孔钻进工艺及稳定孔壁冲洗液技术研究[D].成都理工大学,2013.
[5]黄寒静.煤矿井下岩层定向钻孔施工工艺与应用研究[J].能源与环保,2017,39(05):189-193.
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:《城镇建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/17
标签：钻孔论文; 岩层论文; 地层论文; 井下论文; 技术论文; 煤矿论文; 煤层论文; 《城镇建设》2019年第15期论文;