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摘要:煤礦開采工作并非其他工業或農業生產可比，開采過程中安全要求較高，一旦出現問題，不僅僅會損失物資財產，還會對施工人員、采礦人員的生命安全產生直接威脅。井下定向鉆進技術應用得好，能夠在很大程度上提高煤礦安全生產，因為煤礦井下定向鉆進技術對于煤礦的地質勘探工作具有重要的支撐作用，能夠降低采礦風險。當然，應用井下定向鉆進技術時也不能對安全問題置之不理。

關鍵詞:煤礦;井下定向鉆進技術;礦井地質勘探

近些年我國的煤礦井下綜合開采技術應用較好，提高了煤礦生產的安全性和采礦效率。井下煤層地質構造對勘探的影響非常大，如果做不好這方面的工作，煤礦井下綜合開采技術就無法高效應用。在煤礦地質勘探中，經常使用地質雷達等方法。應用這些方法可以精準掌握斷層、陷落柱等地質構造，但是針對高于5m的斷層，這些方法無法有效應用，即便應用了，探測準確度也不是很理想。因此，煤礦井下定向鉆進技術對5m以下的斷層進行地質勘探時，應用優勢特別明顯，鉆孔軌跡可以有效控制。這一技術在使用過程中還存在一些問題，需要再具體應用時根據現場情況逐一解決。

1定向鉆進技術概述

1．1工作原理

煤礦生產中的井下定向鉆進技術是利用水力將礦渣排出洞穴之外，然后一邊鉆進一邊測量，是一種專門用于鉆孔的施工工藝。這種技術利用泥漿泵的壓力，將水輸送到鉆頭的底部，然后通過鉆頭和孔壁形成的空隙，用水力將礦渣排出，鉆頭轉動對煤層產生旋轉切割的動力來源于孔底的螺桿馬達旋轉。在這個施工過程中，跟隨鉆頭隨時進行的測量系統能夠對鉆頭底部的活動姿態參數進行及時測量、及時調整。施工人員設計好施工參數，鉆頭的角度能夠根據原先的預定設計，參考現實施工情況，進行角度、力度等方面的調整，直到達到預定的鉆孔軌跡為止。當然，定向鉆進技術也有一定的局限性，硬度系數高于5的穩定煤層比較適用于此項技術。孔底螺桿馬達等器具是定向鉆進技術的主要工具，孔洞部位的監視器完成實時測量工作，并控制螺桿馬達的鉆進方向，使鉆孔的變化軌跡與預定目標一致。

1．2定向鉆進技術的施工方法

煤礦定向鉆進技術能夠勘探煤層走向，還能了解煤礦周圍的地質環境。探頭能夠在深層區域探測到孔的深度和鉆頭的參數，準確掌握需探測地點的地層內地質情況，及時調整異常鉆孔區域中間的距離，對其進行深入研究，確定大致方向，再根據其他輔助技術對鉆孔的實際位置進行精準定位。明確其位置以后，探測清楚鉆孔所在區域的地質特點和地層變化概況，在實際工作的時候，鉆頭鉆進以后能夠向地面返回巖渣，根據巖渣的具體情況，就能夠了解鉆孔的上下左右偏差，并掌握鉆孔的空間情況，這時就可以根據施工要求調整鉆孔距離。

1．3定向鉆孔的設計

橫向鉆孔施工技術必須提前設計好鉆孔的軌跡。影響定向鉆孔軌跡設計的因素很多，如鉆孔類型、鉆孔數量、預計深度、鉆孔的具體位置和分布情況等。在進行鉆孔軌跡設計之前要全面收集資料，全面掌握，包括鉆孔部的采掘工程平面CAD圖、鉆孔柱狀圖、煤層頂板和底板的等高線圖，還需要了解即將布孔區域的煤層瓦斯多少、煤層厚度變化情況。鉆孔的方位角必須先做好規劃研究，在設計之際，首先要明確方位角和鉆孔施工的相關要素，然后確定分支孔的數量、具體在什么位置。分支鉆孔的位置安排要掌握在工作面收縮線之內，這樣能夠降低無效孔段。鉆孔設計深度應該在300～600m范圍內。鉆孔的方位角確認以后，還要確定分支孔的方位角，分支孔的方位角不僅應該屬于一個平面，分支孔間距還要均勻分布，一般間距掌握在5～7m之間。鉆孔傾角也要提前安排規劃，需要慮及多方面的問題，如工作區域的巖石性質情況。要通過綜合柱狀圖等資料確定終孔目標層位，鉆孔的剖面軌跡應該維持在穩定延長線之內，這樣進行鉆進才能夠取得更好的成效，鉆孔的平面和剖面軌跡應該通過計算機輔助設計技術進行。將參數輸入專門的定向軌跡鉆孔設計表，根據具體情況不斷調整方位角的數據，直到符合要求為止。調整方位角和傾角時，不能忽略鉆孔的彎曲強度，最后將鉆孔的平面和剖面繪圖數據引入CAD成圖，并和手動繪圖進行效果對比，然后進一步調整方位角等參數，兩個圖形能夠高度擬合才算完成相關工作。

1．4限制煤礦井下定向鉆孔施工技術推廣的因素

在定向鉆進施工中，無論使用國外還是國內制造的鉆機，都會因為種種原因導致施工效果并不理想，影響了該技術在煤礦井下工作中的推廣應用。定向鉆進技術對于巖石的性質要求極其嚴格，不能廣泛適用于所有地層的定向鉆孔。施工時，如果遇到水敏性巖石層或軟巖石層，就會出現鉆孔垮塌的情況。如果遇到細砂巖等硬質巖石，就會影響鉆孔的推進效率。一般硬度大于5或小于5的巖石層比較適合該項技術。定向鉆進施工技術還要求操作人員技術水平高，綜合素質好，但是很多煤礦井下工作人員文化水平不高，不能掌握定向鉆進技術，往往需要經過很長時間的培訓，才能完成相關工作［1］。

1．5新型定向鉆進技術的概述

在實際開采煤礦資源中，勘測煤礦資源信息是重難點。因此，新型定向鉆進技術的研發上是對煤礦資源走向和厚度等想關信息的勘測工作的重點。在實際勘測中，定向鉆進技術對進行距離探測以測算探頭實際軌跡和實際位移距離，并確定標高，標高結合以后測算出煤層走向、形狀，提升了開采效率。新型定向鉆進技術對順層孔煤層環境信息勘測起重要作用。一般先對不同位置探頂，通過造斜鉆準確測算出煤層傾斜程度，再開分支活動。在實際鉆孔時，要注意保持鉆孔軌跡，多次測算以明確煤區角度，并確定鉆孔深度和地下煤層基本信息，最后通開采方法。通過新型定向鉆進技術還能夠進行采空區測算:確定鉆孔中心靶，再鉆進，如果鉆孔巷道沒有溢水或是鉆頭卡在地下，證明是采空區，然后計算采空區坐標，然后確定正片區域內采空區實際規模，最后制定開采規劃。在進行巷道內部勘察時新型定向鉆進技術也能起到重要作用，能使巷道勘察的工作效率有效提高。在實際施工時，需先選區切入煤層的內部勘測，然后在區域內選擇一塊比較松軟的體層進行進一步的勘測。在勘測的實際施工時，假如出現距離不夠長和探測距離不符合實際等困局，則需要根據實際的深入進度重新設計勘察方案，先標記煤層的坐標點。再根據實際勘測概況測算地下煤層分布情況。依據已經測算出的地下煤層分布情況處理相應的分支孔。在進行陷落柱的測算中新型定向鉆進技術也能實現發揮有效作用，也是選取一片土質松軟的區域，然后通過新型定向技術進行鉆進，如果在鉆進時鉆機的速度變慢或者是停止鉆進，則表示現在的深入區域就是塌落柱的所在。然后根據實際情況重新進行測算活動，根據相關數據重新設計方案。

1．6展望

盡管種種因素限制了煤礦井下定向鉆進技術的應用范圍和深度，但是總體來說前景比較看好，應用越來越多。我國在相關技術應用及設備制造方面已經進入國際前列，但與某些掌握核心技術的發達國家相比，仍然存在不少差距，需要繼續改進。我國應該在完善現有研究成果的基礎上進一步發展有線隨鉆測量技術、無線隨鉆測量技術，研制相關裝備，也可以在引進國外先進技術裝備之后總結經驗，作為參考，研制國產孔底螺桿馬達。煤礦井下定向鉆進技術的改進還可以引進國外的石油定向鉆進新技術，研究能夠精準定向的智能鉆進系統，以便更好地控制鉆孔軌跡。如果我國的鉆孔能力能夠達到1500m，那么相關技術就能夠進入國際先進行列。煤礦井下定向鉆進技術可以對鉆孔軌跡進行精準控制，有效延伸預定深度的鉆孔軌跡，還可以多分支同時施工，覆蓋整個工作面，工作效率非常高，一孔可以多用。

2地質勘探中定向鉆進技術的施工方法

煤礦井下定向鉆進技術可以通過人為控制改變鉆孔的軌跡和轉孔的空間分布位置。在探索未知區域的地層時，通過對鉆探參數和返回巖石碎渣的性質情況，對鉆孔軌跡進行計算控制，從而使施工按照預定目標進行。定向鉆進技術在應用于地質勘探時，有不少施工要求需要注意。首先要確定目標勘測靶點，然后使用適當的方法在異常區域進行探測，然后在采掘工程圖上確定鉆孔的目標靶區，并參考其他地質資料對定向鉆孔的工作參數進行設計。其次要在鉆進過程中研究鉆頭返回的巖石碎渣的狀態變化，確定軌跡的偏差，包括上下偏差和左右偏差，進而確定地質的異常區、鉆孔的空間位置和分布。最后，在定向鉆進施工期間，遇到陷落柱和斷層附近有松散煤層等情況時，會導致鉆頭被卡住，或者遇到采空區無法返回相關參數時，應提鉆至穩定區域，并開分支孔繼續進行鉆進，直到達到下一個靶點為止。

3定向鉆進技術應用策略

通過地面鉆孔可以對煤層的基本情況做整體把握，對地下煤層的厚度也可以充分了解其走向，地質異常信息等情況也能掌握，但是局部信息無法有效掌握，不能夠提前預測一些重要信息。如果使用定向鉆進技術，就可以突破這種局限性，了解煤層頂板和底板高度，充分掌握煤層構成的具體情況。

3．1對地質構造進行探測

定向鉆進技術用于地質構造勘探的價值潛力巨大，只有應用好這項技術，進行找礦、開采才有支撐平臺，能夠顯著提高煤礦開采效率和開采質量。工作人員在使用井下定向鉆進技術時，可以通過跟隨鉆頭鉆進的測量系統確定部分區域的三維坐標，可以設計若干個分支鉆孔，并確定其三維坐標。對已經取得的三維坐標數據進行綜合分析，然后進一步對探測區域的地質情況做好預測工作［2］。

3．2對工作面煤層厚度與走向進行探測

在定向鉆進工作中，工作人員應該按照一定的距離設置不同的探頂和探底分支鉆孔，如果分支鉆孔與煤層的頂板或底板相遇，可以利用儀器獲得的數據計算煤層底板和頂板的相對標高，將這些頂板和底板的標高連在一起，就可以得到煤層狀態變化和煤層傾角等數據，再根據傾角以及走向關系得到其他結果。煤層的厚度探測也可以采用這種方法。

3．3巷道斷層勘探

如果遇到比較松軟的煤層巷道，必須提前在遠距離對巷道的周圍地質情況做好勘探，可以根據距離長短適當使用長距離定向孔等技術，依靠分支孔施工繪制煤層的地質坐標，如此就能夠準確掌握異常地質情況，還可以找出斷層的分布規律，給后續的巷道開掘工作提供依據。

3．4陷落柱勘探

陷落柱多發區一般都在煤層水平面之下，施工人員利用定向鉆進技術能夠準確確定目標靶點，在對煤層進行施工時，如果發現返回的巖石碎渣問題特別突出，就說明鉆頭進入了陷落柱，這時就可以利用隨鉆頭轉進的測量系統掌握其坐標，然后繪制陷落柱的分布圖，保證煤礦施工具有較高的安全性。

3．5煤田采空區勘探

在具體地質勘探工作中，所有的靶點都要由工作人員進行設計，靶點距離一般不超過20m，在這個基礎上使用定向鉆進技術，可以更好地確定靶點，如果鉆頭在鉆進時沒有出現返水的狀態，說明鉆頭鉆進了采空區，這個時候就要利用隨鉆系統確定位置坐標，并繪制采空區的分布圖，支撐以后的煤礦安全生產工作［3］。

3．6做好順層孔煤層地質勘探工作

工作人員需要沿著煤層用孔底馬達進行順層勘探孔工作，每隔一個孔就需要重復進行這樣的工作，在工作期間要探測煤層頂板的起伏情況，一般18～24m就要開一個分支口。在保證鉆孔軌跡正確的情況下，要實現頂板下的穩定煤層向前延伸，掌握煤層傾角等地質構造。定向鉆進技術應用在煤礦地質勘探工作中，能夠提高地質勘探效率，有效掌握未知區域的具體情況，從而提高開發效率，對煤層的走勢和儲量進行準確評估，為以后的礦井建設工作提供有力支撐。工作人員應該不斷嘗試開發新的定向鉆進技術，通過改進設備，總結工作經驗，提高工作效能。

4確保煤礦井下定向鉆進技術有效應用的輔助外圍措施

4．1合理布置巷道

在運用煤礦井下定向鉆進技術時，要優化施工策略，合理布置巷道，煤礦要通過合理布置巷道提高工作質量，保證井下定向鉆進機的安全性，提高煤礦的生產效能，使煤礦開采具有高度科學性。近年來，煤礦開采技術水平不斷提升，開采方法逐漸完善，對于煤礦巷道的布置有了很高的要求，合理的巷道布置能夠使開采工作的效率顯著提升，能夠增強安全性，但是巷道布置必須和開采方法結合，才能使通風效果良好，使巷道的布置工程量降低，從而節約經濟成本。煤礦在進行巷道布置時，應該根據綜合掘進技術和開采綜合技術，實現高質高效的生產目標，建設好巷道才能加快煤礦開采速度。工作人員要合理布置巷道，才能夠最終促進煤礦生產企業的社會效益和經濟效益提升。

4．2選取適宜的開采技術

爆破開采技術是我國煤礦開采中經常使用的一種技術，通過對火藥爆炸性能的利用，使煤層產生松動，降低開采工作難度。但是這種技術有一定的局限性，富含地下水或者有斷層的地段不能使用，否則就會出現煤礦坍塌等危險現象。水力開采技術主要用于不具備穩定性的煤層和邊角煤層的開采，硬度較高的煤層無法使用該項技術。綜合機械開采技術能夠連續作業，機械化程度高，能夠完成很多難以通過單項技術完成的工作，多種機械聯合應用，工作速度很快，工作人員的工作量大大下降，工作效率很高，安全性也會提高。但是該技術價格昂貴，保養費用高，特別是占用場地面積大，不適用于小型煤礦，只有具備較高經濟實力的大型煤礦才適用這種技術［4］。

4．3完善的瓦斯處理技術

完善的瓦斯處理技術也十分重要，如果瓦斯很可能使煤礦井下定向鉆進技術降低使用價值，完善的瓦斯處理技術是確保煤礦井下鉆進技術能夠高效應用的一個必備條件，只有處理好瓦斯問題才能保證安全生產。在煤礦實際開采期間，我國很多企業都使用了抽放技術，但是這種技術往往不能夠有效清除瓦斯，理論與實踐效果相差甚遠，相關企業必須通過改進技術，提高瓦斯處理效能，應選擇合適的排放技術，降低瓦斯引發的安全隱患問題，確保生產有效進行，避免企業的經濟效益和社會效益損失。科研單位和生產廠家應該投入研發資金，研發高效能的瓦斯處理設備，同時要降低價格，方便企業廣泛引進，促進我國煤礦獲得較好的發展局面。

5結語

隨著我國經濟的發展，社會的進步，科學技術取得了越來越多的成就，煤礦行業也使用了越發先進的科學技術提高生產效能。隨著社會各界資源需求量的增加，煤炭資源的開采要求也在提高，需要使煤炭開采的質量和數量達到這一目標，就要做好地質勘探工作。井下定向鉆進技術在開采前對煤層情況進行測量的一個好方法，能夠使煤礦在開采前充分掌握地質情況，使開采工作效率更高，為礦井建設、地質勘探工作提供精準的數據，使煤礦獲得更好的發展局面。開采效能直接影響煤炭的產量和質量，而定向鉆進技術決定了開采技術的應用是否十分恰當，煤礦要獲得長久的經濟效益和社會效益，就要應用包括煤礦井下定向鉆進技術在內的先進生產技術，以此提高市場競爭力。

參考文獻:

［1］馬明輝．煤礦井下定向鉆進技術在礦井地質勘探中的應用探討［J］．內蒙古煤炭經濟，2020(18):160－161．

［2］杜海鵬．煤礦井下定向鉆進技術在礦井地質勘探中的應用［J］．內蒙古煤炭經濟，2019(17):208－209．

［3］張金國．井下定向鉆進技術在礦井地質勘探中的應用［J］．中國金屬通報，2018(11):101+103．

［4］武杰．煤礦井下定向鉆進技術在礦井地質勘探中的應用［J］．內蒙古煤炭經濟，2018(02):46－47．

作者：周科 單位：中國煤炭地質總局