鉆探技術在煤礦井下防治水中的應用

摘要 水文地質條件復雜礦井，必須通過井下鉆探來防治水害。因井下環境的特殊性，井下鉆探比地面鉆探更復雜，施工難度更大，尤其是在軟巖層鉆進時。怎樣通過改良設備，改進施工工藝，來達到提高鉆探效率、治水提效的目的，是煤礦井下防治水鉆探的研究方向。開灤范各莊礦經過50多年的探水作業，積累了豐富的相關經驗，可以在兄弟礦井中加以推廣。

關鍵詞：井下鉆探；軟巖層鉆進；施工工藝

1 防治水鉆探設備的特點

防治水鉆探永遠是為生產服務的，靈活、快速、機動、有效是對鉆機的根本要求。總結起來應具備以下特點：機身輕便，大件可拆成小件搬運；占用空間小，寬度應控制在2米以下，高度應控制在3.5米以下；鉆機可任意角度旋轉鉆孔；結構簡單，易于操作和維修；安全系數高，保證鉆機本身不會產生較大的安全隱患。

2 防治水主要鉆探工藝

在井下探放水時，必須封注孔口管、承壓套管。如何高效快速的注好套管，既關系到施工的效率，更關系到防治水工程的安全性。而在松軟層封注套管或鉆孔，一直是井下鉆孔施工的難題。

2.1 孔口承壓止水套管封注

探放高壓水時必須封注承壓套管，一般采用雙層套管封注法：先用Φ108開孔短開孔，注Φ108孔口管兩米；等干24小時后戴好Φ108護口，改用Φ89巖芯管鉆進至要求深度，然后下Φ89套管。技術關鍵：○1Φ108護口必須留排氣孔，用于在封注Φ89套管時排氣，保證Φ89套管外壁與孔壁間完全被封死并上壓.○2Φ108孔口管人工封注方法：下入孔底一端必須用矸石塊堵嚴，下管前先拌水泥成面團狀（注2米孔口管需用1袋半水泥），然后往孔內投漿（俗稱拽灰），管壁抹上水泥，開始下管。下管時需手扶套管，旋轉著慢慢往孔底送，保證管壁水泥均勻分布，必要時用鉆機壓入孔底。孔口管下入孔底時由于孔內空氣被壓縮后從管內沖出，往往都能聽“噗”的一聲響，證明管壁與孔壁間已完全被封死，管已下好。○3下、斜孔Φ89套管封注方法：必須先用Φ89鉆頭鉆至設計套管長度以下2米深度，保證沖盡孔內巖粉。下管前需準備好平輪、麻繩、卡纜、提引器、簡易螺絲頭。下管時先在孔口上方固定好平輪，下入第一根套管，用卡纜將套管末端固定住后卡在孔口，連接第二桿套管，在第二根套管末端上簡易螺絲頭，用準備好的麻繩穿過提引器和平輪，提引器和簡易螺絲頭連好，松卡纜，松麻繩將第二根套管下入孔內，如此循環往復直到將套管下到孔底。下好后戴上Φ89護口，上好注漿盤開始注漿。注漿開始前必須將Φ108護口上的排氣孔瓦路打開，當注漿至排氣孔往外返漿時，關閉排氣孔瓦路，繼續注漿至設計壓力，承壓套管封注結束。

2.2 全煤層孔螺旋鉆桿鉆進

當需要全孔在煤層內鉆進時，如使用光鉆桿水循環鉆進，由于煤層松軟，容易塌孔而無法成孔。經過實踐，螺旋鉆桿在煤層內鉆進成孔率較高。在煤層中利用螺旋鉆桿不用循環水的特點，避免了循環水沖刷孔壁、泡軟煤層后塌孔；因螺旋鉆桿自動排粉，排粉干凈，孔壁完整，放水效果也較好。

2.3 松軟層跟管鉆進

松軟層指破碎的巖石、軟煤（如我公司7煤）、軟巖（如鋁釩土巖）等等。鉆進時分兩種情況：一是開孔即遇松軟層；二是鉆進到一定深度后遇松軟層。

○1開孔即遇松軟層

由于探放水孔必須封注孔口承壓止水套管，開孔時鉆頭直徑必須在Φ89mm以上，大大增加了松軟層開孔的難度。常規鉆進先用開孔短或巖芯管將孔鉆出，再下套管，但松軟層鉆好后一拉鉆具，孔內馬上又塌嚴，無法下管。

○2鉆進到一定深度后遇松軟層

此類情況主要是穿層鉆孔，如鉆孔先在12煤底板開孔，探9煤，就必須穿11煤及11煤底呂礬土巖（白砂矸）。當鉆頭穿過松軟層后，在循環水及鉆具的擾動下，松軟層開始塌落，俗稱“抄后路”，形成堵孔、卡鉆等事故，導致無法鉆進。

根據以上兩種情況，我們采用了跟管鉆進技術，并取得了一定的成效。即：當開孔即遇松軟層時，止水套管前端戴相應口徑的特制筒狀合金鉆頭，后端上螺絲頭，當第一根套管鉆進到孔內后，解下螺絲頭，上第二根套管，再鉆進，直到鉆進至設計深度，然后用光鉆桿小鉆頭清理出套管內的煤巖粉，直接上注漿盤封注承壓套管。當鉆進到一定深度遇松軟層時，先下好大一徑孔口管，然后用比鉆頭大一徑的巖芯管鉆進，鉆進到松軟層時拉鉆，再采用跟管鉆進技術鉆過松軟層并甩入孔內，起到保護松軟層孔壁的作用。

2.4 斜下孔鉆進

斜下孔鉆進時，由于鉆孔往往順層鉆進，再加上巖層自重的作用，很容易塌孔，破碎巖層鉆進則難度成倍增大。我們采用以下措施，取得了較好效果：○1班前下鉆桿，鉆頭距孔底15米時必須給水下鉆桿，同時掌握好泵壓，有憋泵現象立即提鉆。○2鉆頭下到孔底，轉動鉆機沖水10分鐘后方可鉆進。○3安排專人看管水泵吸水管，水龍頭不準有堵塞，不準吸空。○4鉆孔不取芯時，班末必須沖孔20分鐘后再提鉆，至少提出10根鉆桿（15米）。○5鉆進時遇軟或破碎巖層，不準追尺，正常鉆進，并準確記錄位置。○6鉆進中如果停電，必須立刻接通高壓風吹孔底巖粉，直到來電，期間人員不準離開。○7鉆進中如果水泵損壞，必須立刻接通高壓風吹孔底巖粉，拔出鉆桿。

2.5 高角度上仰孔鉆進

當目標與施工位置成垂直上下關系時，需要施工高角度上仰孔來達到工程目的。高角度上仰孔鉆進時必須選在頂板條件較好處，或做好頂板支護，防止掉落矸石塊傷人，鉆進過程中嚴禁張望孔內，操作人員加完桿后必須及時離開孔口下方。為保證施工安全，可采取以下措施：○1下好孔口管后再從孔口加接一根套管，降低孔口高度，以方便上護口及瓦路，原則上孔口距地表不宜超過2米。○2為保證開孔時難度及準確度，可在鉆機導正器前加接加長導正器，縮短擊發距離。○3根據工程需要提前搭好牢固的腳手架。

結語：近年來，煤礦井下突水淹礦事故仍呈多發態勢，防治水工作也將任重道遠。鉆探作為井下防治水最主要的一項手段，必須解決好設備、技術、人才幾個方面的問題，才能有效的為“有疑必探”的防治水工作服務。經驗的積累和認真總結是鉆探很重要一環，而不同礦井應努力的發展出適合于本礦井的方法和經驗，來適應本礦井地質條件的鉆探。

作者簡介：楊紅明（1981-），男，云南麗江人，水文地質工程師，開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業分公司地質科現從事水文地質技術工作。