鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水的應(yīng)用探討

＊趙 健

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)張家灣煤業(yè)有限公司 山西 037007）

煤礦資源的開采中，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)安全生產(chǎn)效益的保障，有必要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)手段，加強(qiáng)對(duì)水害問(wèn)題的防范與治理。結(jié)合煤礦損害的類型，在鉆探技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員要明確技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，改進(jìn)技術(shù)應(yīng)用中存在的不足問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)水害問(wèn)題的防治。確保煤炭開采活動(dòng)的高效率、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，為煤礦開采活動(dòng)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)收益，推動(dòng)煤礦行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1.煤礦水害的類型

（1）頂板水害。采礦活動(dòng)的范圍廣泛，水害問(wèn)題的類型也各有不同，在煤礦生產(chǎn)活動(dòng)中，頂板水害問(wèn)題是由于采礦活動(dòng)中人員操作、機(jī)械設(shè)備操作觸碰到了巖層導(dǎo)致的，將會(huì)引起嚴(yán)重的水災(zāi)害問(wèn)題。礦體和巖層之間的關(guān)系不同，可以將水害劃分為兩種情況，一種是頂板充水型水害，另一種是頂板間接充水性水害，例如在煤礦開采活動(dòng)中，人員操作不當(dāng)和沖水層之間相互碰觸，將會(huì)導(dǎo)致井下水害風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題加劇。為了確保礦產(chǎn)資源開采活動(dòng)的有序性、安全性和穩(wěn)定性，工作人員首先需要對(duì)含水層中的連通性情況和富水性情況加強(qiáng)掌握、分析，才能夠保證此類頂板水害問(wèn)題得到有效的防范。

（2）老空積水害。按照傳統(tǒng)的煤礦資源開采生產(chǎn)模式，使用到的技術(shù)手段已經(jīng)逐漸落后，被時(shí)代所淘汰，因?yàn)榘凑章浜蟮募夹g(shù)手段進(jìn)行礦山開采活動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生大范圍采空區(qū)積水沉積，增加了老空積水害問(wèn)題的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。在礦產(chǎn)資源的開采過(guò)程中稍有不慎，就會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)滲出大量地下水，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，破壞了生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性，影響工作人員的生命安全。開采煤礦資源的過(guò)程中，容易頻頻發(fā)生采空區(qū)積水水害問(wèn)題，帶來(lái)的災(zāi)害破壞程度是不可小覷的，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和人們的幸福生活造成了巨大影響。

（3）煤炭斷層及陷落柱水害。在煤層施工中，如果出現(xiàn)了頂封板破裂的情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行整改修補(bǔ)，采取有效的補(bǔ)救措施，避免發(fā)生頂風(fēng)板破裂程度加劇的問(wèn)題。如果冒落高度、導(dǎo)水裂縫以及含水層之間形成了相連通的關(guān)系，將會(huì)造成水害滲漏事故，破壞石灰?guī)r溶洞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，支撐巖石受到損害，在內(nèi)部形成了垂直通道，此時(shí)煤礦開采活動(dòng)面臨著一定的安全威脅。工作人員要加強(qiáng)警惕，制定防護(hù)措施、防護(hù)方案，防止出現(xiàn)礦井生產(chǎn)活動(dòng)中地下水灌入的問(wèn)題，預(yù)防此類災(zāi)害事故，利用鉆探技術(shù)加強(qiáng)對(duì)水害問(wèn)題的有效防治。

2.鉆探技術(shù)應(yīng)用的重要性

在煤礦井下防治水工作的實(shí)踐中，要結(jié)合常見(jiàn)的水害類型，加強(qiáng)對(duì)井下災(zāi)害問(wèn)題的防治，利用鉆探技術(shù)，提高生產(chǎn)安全性，加快生產(chǎn)效率，鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用具有諸多的優(yōu)勢(shì)。首先利用鉆探技術(shù)時(shí)，展開鉆探作業(yè)所需要的空間較小，不需要占據(jù)過(guò)多的空間資源，就可以進(jìn)行鉆探作業(yè)和鉆探生產(chǎn)，鉆探的高度低于5m，寬度不超過(guò)2m，體現(xiàn)出了較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，松散層下留設(shè)防水煤巖柱示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 松散層下留設(shè)防水煤巖柱示意圖

利用鉆探技術(shù)對(duì)煤礦井下水害問(wèn)題進(jìn)行防治時(shí)，使用到的鉆探設(shè)備通常都較為輕便，即使是體型較大的設(shè)備，也可以經(jīng)過(guò)拆卸處理之后，拆分成多個(gè)零件，再進(jìn)行后續(xù)運(yùn)輸。鉆探設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，和其他復(fù)雜的設(shè)備設(shè)施相比，操作過(guò)程更加的簡(jiǎn)易、安全，有著較高的安全系數(shù)水平，管理難度較小，用于煤礦井下防治水工作，鉆探技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是其他的技術(shù)手段無(wú)法取代的。目前在保障煤礦井下防治水工作順利實(shí)施的過(guò)程中，鉆探技術(shù)已經(jīng)成為了一種關(guān)鍵的技術(shù)方法，有利于提高煤礦井下防治水工作的質(zhì)量和效率[1]。

3.鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水的應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國(guó)，煤礦鉆探技術(shù)起步時(shí)間較晚，技術(shù)人員在思想觀念和技術(shù)應(yīng)用方法方面存在著一定的落后之處，使得目前我國(guó)應(yīng)用于煤田生產(chǎn)的鉆探技術(shù)水平和先進(jìn)的國(guó)際技術(shù)水平相比，雖然表現(xiàn)出了明顯的不足之處，但是仍舊還有進(jìn)步的空間。在鉆探技術(shù)應(yīng)用中，我國(guó)使用的是傳統(tǒng)的鉆機(jī)設(shè)備展開常規(guī)的操作，在自主研發(fā)相關(guān)設(shè)備和鉆探技術(shù)的升級(jí)創(chuàng)新，力量薄弱，自動(dòng)化水平不足。

在微機(jī)控制和機(jī)電液一體化的操作實(shí)踐中，缺少創(chuàng)新觀念，自主創(chuàng)新的能力有限，尤其是在我國(guó)的煤礦資源開采活動(dòng)中，中小礦區(qū)使用的開采技術(shù)甚至還停留在20世紀(jì)80年代的水平，用落后的方式進(jìn)行煤炭開采活動(dòng)，雖然生產(chǎn)成本較低，但是難以起到理想的生產(chǎn)效果，生產(chǎn)安全得不到保障，鉆探技術(shù)水平難以發(fā)揮出有效的效能。

在使用鉆探技術(shù)的過(guò)程中，缺少對(duì)先進(jìn)手段的有效運(yùn)用，鉆探技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程得不到有效的控制，本應(yīng)使用不同的工藝，在不同底層的巖石軟硬度環(huán)境中展開鉆探作業(yè)。然而由于技術(shù)的研發(fā)能力不足，缺少對(duì)先進(jìn)技術(shù)手段的運(yùn)用，導(dǎo)致了鉆探技術(shù)和工藝方法在具體的實(shí)踐中，存在一定的技術(shù)短缺問(wèn)題，不可避免的浪費(fèi)了人力、財(cái)力、物力資源。在煤礦狀態(tài)生產(chǎn)中，操作有關(guān)設(shè)備，使用鉆探技術(shù)，是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，操作人員要按照規(guī)定的要求規(guī)范自身的行為，在每一道工序中提高操作規(guī)程的規(guī)范性，鉆探技術(shù)人員要了解各細(xì)節(jié)，順利推進(jìn)鉆探任務(wù)活動(dòng)的順利實(shí)施。技術(shù)型人才的缺失，參與礦井施工中的人員綜合素質(zhì)水平不達(dá)標(biāo)，技術(shù)人員技術(shù)能力專業(yè)、知識(shí)水平參差不齊，是目前煤礦鉆探技術(shù)應(yīng)用中亟待改進(jìn)的問(wèn)題[2]。

4.鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水的應(yīng)用要點(diǎn)

在煤礦井下鉆探技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，主要使用的工具包括下述幾種，全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)工藝、高角度上仰鉆孔鉆進(jìn)工藝、松軟層根管鉆進(jìn)工藝、斜下孔鉆井工藝。和傳統(tǒng)常規(guī)的鉆孔工藝方法相比，上述技術(shù)的應(yīng)用可以準(zhǔn)確地采集異常區(qū)域的位置參數(shù)，計(jì)算異常區(qū)域所在的具體位置，從而達(dá)到規(guī)避盲區(qū)的問(wèn)題，提高防水水平，解決井下老空積水的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)，具備超前防治的技術(shù)性能，可以在礦井采煤活動(dòng)中發(fā)揮出一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

鉆探工作人員按照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行生產(chǎn)和施工活動(dòng)時(shí)，施工周期較長(zhǎng)，工作量較大，而利用此類新型的工藝技術(shù)和方法，大大地提高了人員的工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在鉆探技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，要確保防治水的效果達(dá)標(biāo)，有必要明確技術(shù)要素，從不同類型的技術(shù)、工藝著手，加強(qiáng)對(duì)技能要點(diǎn)的嚴(yán)格把關(guān)，某煤礦注漿堵水工程平面布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 某煤礦注漿堵水工程平面布置圖

（1）全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)工藝。在煤層中需要全孔鉆進(jìn)的作業(yè)情境中，使用全煤層孔螺旋鉆桿鉆進(jìn)工藝方法的適用性較強(qiáng)，因?yàn)椴扇÷菪降你@進(jìn)方式時(shí)，可以在逐漸鉆進(jìn)煤層的形式下，提高煤層成孔率，發(fā)揮出該工藝技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，降低煤孔坍塌風(fēng)險(xiǎn)。和光鉆桿水循環(huán)的鉆孔方式相比，該方法的安全性增強(qiáng)，利用螺旋工藝時(shí)，使用到了有關(guān)的動(dòng)力工具。例如鉆機(jī)齒銅產(chǎn)生的動(dòng)力，會(huì)向鉆頭方向傳遞，排出鉆屑，向孔外位置清除孔內(nèi)垃圾，形成旋孔，在該工藝模式下，常規(guī)的鉆孔工藝應(yīng)用中存在的問(wèn)題得到了改進(jìn)。

（2）高角度上仰孔鉆進(jìn)工藝。施工位置和被打孔鉆進(jìn)位置之間呈現(xiàn)出相互垂直的狀態(tài)時(shí)，此時(shí)要選擇高角度上揚(yáng)孔鉆進(jìn)工藝的方法進(jìn)行施工，利用該工藝，要選擇有良好條件的頂板位置，加強(qiáng)頂板支護(hù)管理，使用腳手架對(duì)石塊掉落的現(xiàn)象進(jìn)行防范和治理。井下工作人員要注意在操作過(guò)程中應(yīng)保持高度的精神集中，要以安全生產(chǎn)安全施工為目標(biāo)，完成加桿之后立即離開孔口下方的位置。為了確保開孔作業(yè)的精準(zhǔn)程度，需要對(duì)擊發(fā)距離進(jìn)行調(diào)整，縮短距離值。將一個(gè)有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)正器接入鉆機(jī)導(dǎo)正器前，對(duì)上孔口和地表距離進(jìn)行控制應(yīng)低于2m。從而為上護(hù)口和瓦路施工作業(yè)創(chuàng)建便捷條件，使用一根套管在孔口管下位置進(jìn)行加接處理，對(duì)空口高度進(jìn)行調(diào)整，降低高度值，優(yōu)化鉆孔效果[3]。

（3）松軟層跟管鉆進(jìn)工藝。在煤礦生產(chǎn)中，松軟層指的是一種煤炭形式，在松軟層中進(jìn)行鉆探作業(yè)，要使用與該煤炭形式相匹配的工藝方法，松軟層跟管鉆進(jìn)工藝的應(yīng)用具有明顯的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樵诰唧w的松軟層鉆進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，會(huì)遇到兩種情況，第一種是鉆進(jìn)到一定深度時(shí)遇到松軟層，另一種是一進(jìn)入到開孔階段就發(fā)現(xiàn)了松軟層，無(wú)論是哪種形態(tài)，井下的打孔作業(yè)難度均顯著增加。井下打孔作業(yè)的施工環(huán)節(jié)無(wú)法使用普通的打孔方式，利用普通的打孔工藝方法，遇到松軟層會(huì)出現(xiàn)煤孔塌陷的問(wèn)題，管道無(wú)法正常放入松軟層當(dāng)中。在鉆進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)，第一根套管鉆進(jìn)孔內(nèi)之后，可以將螺絲頭松解，再鉆進(jìn)第二根套管，直到鉆進(jìn)深度達(dá)到要求，值得一提的是，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要將套管內(nèi)的煤粉等物質(zhì)清理干凈，再進(jìn)行注漿封管作業(yè)。

（4）定向斜下孔鉆進(jìn)工藝。在使用定向斜下孔鉆進(jìn)工藝進(jìn)行鉆進(jìn)施工的環(huán)節(jié)，要使用斜向器，在預(yù)定方位上設(shè)置合適的位置，進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)之前，要展開前期的測(cè)定工作，對(duì)斜向器的實(shí)際方位進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)斜向器在孔底的實(shí)際方位參數(shù)和預(yù)定方位參數(shù)要進(jìn)行相互比較，按照偏差值進(jìn)行調(diào)整和校正處理。定向斜下孔鉆進(jìn)工藝的應(yīng)用過(guò)程中，要求技術(shù)人員要把握工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，在完成了測(cè)斜儀底部引流鞋缺口的定位之后，確保定位準(zhǔn)確性，在監(jiān)視屏信息的顯示當(dāng)中，采集有關(guān)的方位角信息，包括鉆孔的工具面向角和頂角方位角等。

按照設(shè)計(jì)的工具，面向角標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比和分析，明確其中的誤差，對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整后，再進(jìn)行后續(xù)的鉆進(jìn)作業(yè)。在斜下孔鉆進(jìn)環(huán)節(jié)，考慮到鉆孔的鉆進(jìn)過(guò)程是按照順層鉆進(jìn)的形式，巖層具有一定的自重作用，因此成孔率受到了影響，增加了透水風(fēng)險(xiǎn)。在該工藝方法的應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員需要以保證成孔率為目標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)巖層自重作用的分析，防范透水事故問(wèn)題，制定應(yīng)急方案。

（5）井下探放水鉆探技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用是以定向鉆進(jìn)技術(shù)為依據(jù)發(fā)展而來(lái)的，因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)、施工環(huán)境具有一定的差異性，因此在使用定向鉆井技術(shù)的過(guò)程中，需要從精確性、標(biāo)準(zhǔn)性等層面上加強(qiáng)把握。在井下鉆探環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)地控制鉆井靶點(diǎn)，確保鉆進(jìn)生產(chǎn)的精準(zhǔn)程度，達(dá)到一定的理想標(biāo)準(zhǔn)。使用井下探放水鉆探技術(shù)時(shí)，要從雙面角度辯證的看待該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用弊端，因?yàn)樵摷夹g(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，把握精準(zhǔn)度的難度較高。在具體的技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要明確井下探放水鉆探技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，合理地分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境，提高勘探精準(zhǔn)程度。

（6）迅速鉆進(jìn)救援技術(shù)。發(fā)生水害安全事故問(wèn)題時(shí)，煤礦工程的技術(shù)人員需要立即抓住救援的黃金時(shí)間，展開救援工作，為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題蔓延、擴(kuò)散、防治爭(zhēng)取時(shí)間。要利用迅速鉆進(jìn)救援技術(shù)開展搜救工作，保證被困人員的心態(tài)穩(wěn)定和聯(lián)絡(luò)暢通，在救援時(shí)利用空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝，輸送空氣，為被困人員提供充足的氧氣支持。利用鉆進(jìn)技術(shù)，在救援活動(dòng)中應(yīng)考慮積水范圍和深度，逐一排查安全隱患因素，展開快速救援。

5.結(jié)論

綜上所述，隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭行業(yè)作為重要的國(guó)民支柱型產(chǎn)業(yè)，要迎接新時(shí)代的趨勢(shì)和挑戰(zhàn)，加大資源的開發(fā)和利用效率，利用鉆探技術(shù)防治煤炭水態(tài)害問(wèn)題的發(fā)生。加強(qiáng)對(duì)損害問(wèn)題的防范與治理，對(duì)不同的施工技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)化，加強(qiáng)制度建設(shè)，優(yōu)化鉆探方案，保障人員的生命安全，對(duì)施工鉆探工程的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)加強(qiáng)保障，防范技術(shù)損失，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)，推動(dòng)煤礦行業(yè)安全穩(wěn)定向好的方向發(fā)展。