礦山井下定向鉆孔施工中的關鍵技術研究

王長青

（河南富昌建設工程有限責任公司，河南 鶴壁 458000）

隨著我國向現代化工業大國轉變，城鎮化進程不斷加快，國民經濟和社會的持續高速發展，國家對礦產資源的需求在逐年增加，所以國家對礦山的開采工作也越來越重視。而井下定向鉆孔工作則是確保礦產資源順利開采的一個重要環節。鉆孔工作就是在實地進行礦產資源的取樣，然后經考察、分析、研究和計算，確定是何種礦產資源，并獲得該類礦產資源的產狀、成分、儲量、埋藏空間、開采條件等技術經濟數據，并且在做出對開采工作有利的科學正確的評估后，對礦區的資源進行實際開采。但是，當前我國很多礦山的深層礦產資源受地質條件和定向鉆孔技術的限制，還未能實現充分的開采。基于此，結合礦山井下定向施工的特點，對使用的關鍵技術進行分析研究，希望能夠為井下開采工作的順利開展提供一些方法上的借鑒。

1 礦山井下定向鉆孔施工中的關鍵技術

礦山井下的定向鉆孔工作是鉆孔在施工條件允許的彎曲范圍內，隨著開采深度的變化，有規律的將傾角進行一定程度上的變化，從而使得鉆孔能夠以理想的角度穿過礦體，實現礦產資源的順利開發。通常情況下，井下定向鉆孔工作受井下巷道條件的限制，鉆孔設備、工具必須能夠適應井下狹小空間運輸、搬遷和施工的要求，采用的鉆孔技術也必須能夠最大程度地排除井下地質環境的干擾。因而，為了克服井下條件，為了確保礦產資源順利開采，在施工過程中需要運用多種開采技術，其中最重要的是鉆孔設計技術、成孔工藝技術、隨鉆測量技術和信號傳輸技術。接下來我們進行詳細分析。

1.1 鉆孔設計技術

礦山井下定向鉆孔工作要想取得理想的鉆探效果，最大可能地排除地質環境的影響，首先使用的就是鉆孔設計技術。井下定向鉆孔設計技術能夠對鉆孔結構、鉆孔布置和鉆孔軌跡進行科學合理的設計。例如，對鉆孔方位的設計，鉆孔設計技術能夠按照中間優先然后兩邊的設計原則，確定鉆孔開孔的具體方位，還能合理調整鉆孔方位角，保證各個鉆孔在設計鉆孔的間距內分布均勻，以避免出現探放水盲區的問題[1]。鉆孔設計技術在設計定向造斜段時，能夠根據井下含水層的垂直深度來調整鉆孔的實鉆軌跡，使得鉆孔能夠盡快的進入鉆探目標層，并且能夠保證進入目標層時鉆孔的傾斜角度與地層的傾斜角度相差不大。總的來說，鉆孔設計技術能夠科學合理地設計鉆孔開孔的傾斜角度、開孔方位和相應的定向造斜強度，并預先保留一定的調整空間，避免出現施工軌跡超出可控范圍的問題，保證鉆孔能夠沿著礦產資源分布的地層延伸。

1.2 成孔工藝技術

礦山井下定向鉆孔成孔工藝技術是一套全新的鉆孔探測技術。成孔工藝技術能夠針對礦山井下鉆孔施工的特點，制定一系列完善的定向鉆孔成孔工序流程。首先在鉆進時采用大直徑的螺旋鉆桿回轉鉆進技術和復合性排渣技術施工套管段先導孔。然后再變換鉆具，使用比較大規格的擴孔鉆頭，將擴孔鉆進到孔底，與設計的好的套管銜接。最后再下入隨鉆測量定向鉆孔工具，完成定向鉆孔造斜段和定向穩斜段的工作，控制定向鉆孔在目標含礦層中長距離延伸。其中，螺旋鉆桿回轉鉆進技術原理是鉆機主動把回轉扭矩傳遞給螺旋鉆桿和鉆頭，然后鉆孔底部的鉆頭因破碎礦層產生的碎屑可以通過螺旋鉆桿攪動的被清除到鉆孔外，從而減少了鉆屑的重復破碎或局部沉積，保證鉆孔內部的干凈[2]。礦山井下定向鉆孔成孔工藝技術能夠提高大大鉆進的效率，并且在很大程度上能夠確保鉆進工作的安全，避免發生鉆孔事故。

1.3 隨鉆測量技術

隨鉆測量技術即指在鉆進工作開展的同時實現各種鉆孔參數持續且實時測量的技術。隨鉆測量技術主要是對鉆孔工具的空間參數、深度參數、傾斜角度、鉆進方位等方面進行測量，通過測量獲得的數據信息計算每個測點的位置坐標，從而得到鉆孔的實際測量軌跡圖。然后用實際測量軌跡圖來指導定向鉆孔的軌跡預測和軌跡控制[3]。隨鉆測量技術主要包括加速度計和磁強計組合的測量系統、加速度計和陀螺儀組合的測量系統以及加速度計組合的重力隨鉆測量系統。隨鉆測量技術能夠準確地獲得鉆孔的相關參數，隨著井下傾斜角度的變化，能夠始終保持測量的靈敏度，測量精度很高，使用方便。

1.4 信號傳輸技術

礦山井下定向鉆孔施工過程中在進行了隨鉆測量后，還需要將測量到的數據信息傳輸到主控中心，結合這些實時測量的信息指導鉆孔施工。井下定向鉆孔施工過程中主要采用的信號傳輸技術是有線傳輸技術、電磁傳輸技術和聲波傳輸技術。有線傳輸技術能夠將帶有接口的電纜預先埋到鉆桿工具的腔體內，每次接觸鉆桿的同時也能使核心導線互相連通，從而實現信號傳輸。有線傳輸技術具有傳輸參數大、速度比較快、不受傳輸媒介影響以及實現地面和井下的雙向通訊等等優點。接下來是電磁傳輸技術。電磁傳輸技術主要是通過地層介質得以實現信號傳輸。井下的測量儀器將測到的數據輸送到載波信號上，測量信號就能夠隨著載波信號憑借電磁波發射器發射到四周。地面上的檢測電波器把檢測到的電磁波中的測量信號進行解碼，然后計算得到測量數據[4]。電磁傳輸技術的傳輸速率高，測量數據花費的時間短。聲波傳輸技術則主要是通過監測鉆具的回轉頻率和振動聲波來判斷鉆具的狀況。

2 結語

通過對礦山井下鉆孔施工過程中采用的關鍵技術進行分析，我們可以得知鉆孔設計技術、成孔工藝技術、隨鉆測量技術和信號傳輸技術是開展井下定向鉆孔工作必不可少的技術方法。

但是，通過分析，我們發現有的技術還不是成熟的方法，例如要想發揮隨鉆測量技術的理想效果，還必須解決鉆具體積和可靠性的問題，這就有待于進一步的探索。