礦井地質(zhì)勘探中煤礦井下定向鉆進技術(shù)的應(yīng)用

朱永泰 陳 靜 秦向紅

摘 要：為了精確的探測出煤層的走勢，清晰的了解陷落柱、采空區(qū)及斷層等地質(zhì)構(gòu)造的情況，同時消除異常地質(zhì)構(gòu)造為煤礦生產(chǎn)埋下的安全隱患，本文結(jié)合對定向鉆技術(shù)工作原理的分析，對礦井地質(zhì)勘探中煤礦井下定向鉆進技術(shù)的應(yīng)用展開了一系列分析，希望可以為同行的研究提供一些參考或者借鑒。

關(guān)鍵詞：礦井地質(zhì)勘探；煤礦井下定向鉆進技術(shù)；應(yīng)用

隨著近年來我國煤礦井下綜采技術(shù)的全面推廣，從煤礦安全高效開采的角度來看，井下煤層地質(zhì)構(gòu)造勘探的影響變得愈發(fā)明顯。當前煤礦中經(jīng)常會利用的物探手段有地質(zhì)雷達、三維地震及電法等，利用這些手段可以對斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造結(jié)果進行精確探測，但是對于小于5m斷層的探測來說，以上探測手段的精度并不高[ 1 ]。煤礦井下定向鉆技術(shù)具有鉆孔軌跡可控制等一系列優(yōu)點，這項技術(shù)在煤礦井下地質(zhì)勘探中應(yīng)用可以充分發(fā)揮其價值。基于此，筆者從不同角度針對定向鉆進技術(shù)在礦井地質(zhì)勘探中的應(yīng)用展開了分析和研究。

1 定向鉆技術(shù)工作原理

定向鉆進技術(shù)目前主要在巖層硬度系數(shù)f<5以及較穩(wěn)定煤層硬度系數(shù)f>5的地質(zhì)勘探孔施工中應(yīng)用[ 2 ]。定向鉆進主要由高強度中心通纜鉆桿、孔底螺桿馬達等部分組成。定向鉆進技術(shù)的工作原理為：利用彎外管孔底螺桿馬達等將鉆頭帶動起來進行回轉(zhuǎn)，利用有限隨鉆測量技術(shù)來實現(xiàn)對孔底信息的傳輸，然后利用孔口監(jiān)視器實時監(jiān)測鉆孔軌跡，并及時調(diào)節(jié)螺桿馬達工具面向角，通過調(diào)節(jié)使鉆孔傾角發(fā)生改變，實現(xiàn)對鉆孔軌跡的變化的有效控制，最終保證準確的將鉆孔軌跡鉆入到靶點中。

2 定向鉆進技術(shù)在礦井地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

煤礦井下煤層的煤層厚度、煤層走向及煤層地質(zhì)異常等信息可以利用地面鉆孔探測獲得，地面鉆孔可以獲得大范圍內(nèi)的煤層信息，但是對局部范圍的信息獲取準確性交底，只能得到揭露煤層的信息，不能實現(xiàn)對煤層信息的超前探測。利用定向鉆孔可以提前探測到煤層的地質(zhì)信息，利用前進式開分支施工工藝展開施工，可以確定煤層頂?shù)装宓臉烁撸綔y到煤層構(gòu)造的具體情況。

2.1 探測地質(zhì)構(gòu)造

利用隨鉆測量技術(shù)及計算功能，可以計算出地層構(gòu)造的三維坐標，然后可以在已探明構(gòu)造點鉆孔部位設(shè)計多個分支孔，利用定向開分支技術(shù)計算出該點的三維坐標。最后，對獲得的多組三維坐標點數(shù)據(jù)展開分析，就可以勾勒出該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的實際空間分布情況。

2.2 探測工作面煤層厚度與走向

在定向主鉆孔中應(yīng)該按照相應(yīng)距離來設(shè)置不同探頂和探底分支鉆孔，如果分支鉆孔鉆遇到了煤層頂板或者煤層底板，這時可以充分利用儀器得到的數(shù)據(jù)對鉆與頂板、底板相應(yīng)點的上下位移進行計算，然后將其轉(zhuǎn)化成該點的相對標高，然后按照相對標高的順序?qū)⒍鄠€探頂板、探底板分連在一起，這樣就可以計算得到鉆煤層傾角，最后結(jié)合煤層傾角、走向之間的關(guān)系可以得到工作面煤層的具體走向。煤層厚度探測也可以按照上面提到的方法進行。

2.3 陷落柱勘探

陷落柱多發(fā)勘探區(qū)域多數(shù)情況下位于煤層水平面以上，這種情況下利用定向鉆進技術(shù)可以保證命中靶點的精確性，在實際煤層施工過程中如果突然遇到鉆孔返渣見破碎巖粒、卡鉆蹩泵等現(xiàn)象，說明探測過程中鉆頭遇到了陷落柱[ 3 ]，這時可以有效利用隨鉆系統(tǒng)，仔細的測量每個見陷落柱點的坐標，進而繪制出煤層采掘平面圖中陷落柱的分布，進而為煤礦安全施工提供指導(dǎo)。

2.4 巷道斷層勘探

在開掘松軟煤層巷道的過程中，需要遠距離對巷道前方進行勘探，如果本煤層勘探孔的施工距離過短，可以利用底板施工長距離定向孔，或者也可以長距離在煤層頂板進行定向孔鉆進，向煤層方向進行多個分支孔的施工，準確的將煤點坐標測量出來，結(jié)合見煤點坐標將煤層中的地質(zhì)坐標繪制出來，這樣一來分析異常帶時就會非常方便，可以及時將斷層分布找出來，為后續(xù)巷道掘進提供指導(dǎo)。

2.5 煤田采空區(qū)勘探

在勘探區(qū)域中，應(yīng)對定向鉆孔的不同靶點進行設(shè)計，通常情況下，靶點與靶點之間的間距應(yīng)該在20m左右，這種情況下利用定向鉆進技術(shù)通常可以準確的命中靶點精確，當施工過程中出現(xiàn)了鉆孔不返水等相關(guān)現(xiàn)象，則說明鉆頭的位置就是采空區(qū)，這時利用隨鉆系統(tǒng)可以對各見空區(qū)點的坐標進行測量，然后繪制出采空區(qū)的分布，為后續(xù)煤礦安全施工提供指導(dǎo)。

2.6 順層孔煤層地質(zhì)勘探

順層勘探孔的特點在于鉆井過程中需要沿著煤層每隔一段孔深利用孔底馬達造斜鉆進主動探頂，仔細探測煤層頂板的起伏情況，再提鉆一段距離（通常為18～24m）進行開分支孔。在鉆孔軌跡得到了充分保證的情況下，逐漸在頂板下穩(wěn)定煤層中向前延伸，與此同時還要鉆進，這樣經(jīng)過反復(fù)的施工，達到對煤層傾角、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造進行勘探的目的，煤層底板探測出以后，可以與探測出來的煤層頂板標高、底板標高相結(jié)合，對煤層傾角、厚度等參數(shù)進行計算。

3 結(jié)語

綜上所述，定向鉆進技術(shù)在煤礦井下勘探中的應(yīng)用，不僅可以使井下地質(zhì)勘探更加方便、快捷，同時還能實現(xiàn)對未知區(qū)域不同地層的開發(fā)與治理，并煤層的儲量與走勢進行科學(xué)評估，在此基礎(chǔ)上為礦井建設(shè)提供有效的勘探手段。在未來的工作中，我們應(yīng)該在煤礦井下工作中不斷嘗試開發(fā)高精度地質(zhì)導(dǎo)向智能鉆進系統(tǒng)，仔細的分析和研究相關(guān)檢測量元件，與鉆返渣相結(jié)合對探頭附近巖性及地質(zhì)構(gòu)造變化進行分析。還能在當前的技術(shù)技術(shù)上開發(fā)出更加適合的隨鉆勘探錄井軟件，與地震、電法等儀器現(xiàn)結(jié)合得到檢測結(jié)果，在此基礎(chǔ)上繪制出具體區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造圖。總之，應(yīng)用定向鉆進技術(shù)不僅可以為煤礦井下地質(zhì)勘探工作提供便利，同時在固體礦產(chǎn)井下勘探中這項技術(shù)的應(yīng)用空間也非常大，為礦井建設(shè)、地質(zhì)構(gòu)造勘探提供精確的勘探手段。

參考文獻：

[1] 石智軍，許超，李泉新，張杰.隨鉆測量定向鉆進技術(shù)在煤礦井下地質(zhì)勘探中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2014（12）：137-140.

[2] 杜利猛，石浩，姚盼盼，呂軍鋒.水平定向鉆進技術(shù)在胡底煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014（6）：38-43.

[3] 姚寧平，張杰，李泉新，宋昱播，劉睿全，李浩.煤礦井下定向鉆孔軌跡設(shè)計與控制技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（3）：7-11+46.