钻探在煤矿防治水中的应用与研究

李 雪 峰

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)

钻探在煤矿防治水中的应用与研究

李 雪 峰

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介绍了钻探设备的特点，从孔口际压套封、螺旋杆钻进、松软层跟管钻进等方面，对钻探工艺进行了阐述，并对钻探在煤矿防治水中的应用进行了研究，有利于保证煤矿开采的安全性。

钻探，煤矿，煤层，钻进技术

我国煤矿开采大多是在井下，开采的深度较大，涉及到的地质条件较为复杂。煤层处于不同的地质层空间。在生产过程中运用钻探方法主要是为了对地层情况有比较清楚的了解，从而在开采过程中避开危险区域，对于部分问题能够提前做好相应的预防措施。地下水层是存在一定规律的，开采过程中要了解并合理的利用其存在的规律，对于防治水工作进行有目的，有针对性的布置。

1 钻探设备的特点

考虑到工作环境，对于设备要求快速，灵活，有效，机动。具体来说有以下几个方面的要求：首先是灵活性，开采工作在地下进行，受到工作环境的限制，设备体积不能过大，最好能够拆解，在使用的时候进行快速组装，对于设备体积，宽度在2 m，高度在3.5 m以下为佳。其次是钻机可以进行任何角度的旋转钻孔，能够有效提升工作的效率和质量。最后对于设备自身而言要有良好的性能，具有较高的安全系数，发生故障的概率小，并且在故障发生后，能够就地进行快速的修理，而无需借助外部的力量，为工作节约大量时间。

2 钻探工艺

2.1 孔口际压套封

该项工艺是在探放高压水时采用的，一般情况下，采用的是双层封注方法，首先进行短孔开孔，24 h后戴好护口，钻芯管要达到一定深度，然后再进行套管工作。操作过程中应该注意到的技术关键是，护口需要有排气孔，套管外壁与孔壁封死并上压。采用人工封注方法时，用碎石将下入口底端封严，在管壁内涂抹水泥后开始下管工作，以旋转方式转送到底，由于管内的空气被压缩，往往能听到一定的声响，存在声响则证明套管工作已经顺利完成。

2.2 螺旋杆钻进

当煤层比较松软的时候，在钻孔过程中容易出现塌孔现象，导致无法正常成孔，此时如果继续使用光钻杆进行工作就无法达到工作目标。因此要改用螺旋杆钻进方法，该方法在使用的过程中不会利用到循环水，避免了水对孔壁的冲刷作用，导致煤层在含水量过多的情况下被泡软而出现塌孔。同时螺旋钻进法也有自身的优点，如工作的过程中孔壁完整，排粉干净，排水效果良好。

2.3 松软层跟管钻进

煤矿存在一定松软层，具体体现在岩石破碎，煤层较软。在此种情况下，钻探工作遇到的问题主要是易塌孔。在钻进工作中一种情况是开孔就会遇到松软层，而另一种情况则是在一定深度之后遇到松软层，无论是哪一种情况，对于钻探及煤矿的开采工作而言，都存在不利影响。对于开孔就遇见松软层，开孔时，钻头的直径达到了一定范围，相应的增加了开孔的难度。常见的情况是先用一定方法将孔钻出，如用岩芯管。然后再下套管，但是存在钻具拉动，钻孔易塌的现象。对于钻进到一定的深度后遇到松软层，在穿过松软层之后，由于钻具自身的震动加之循环水影响，松软层会出现塌落现象，容易造成堵孔，卡钻，无法继续有效的钻进。

对于松软层出现的两种情况，采用的方法通常是跟管钻进。具体操作过程是，接触到松软层时，止水管前端要配置口径合适的特制钻头，并且在后端也要配置，一般而言前端钻头为合金钻头，后端为螺丝头。等到第一根套管进入到孔内，将螺丝头解下。并启用第二根套管，钻进到需要的深度时，将套管内的煤岩粉进行清理，清理工作采用的是光钻杆小钻头，完成清理工作的要承压套管进行封注。

对于钻进到一定深度之后遇到松软层，通常的作法是对松软层的孔壁进行一定的保护，在操作方面，先下大孔径管，之后是岩芯管跟进，接触到松软层时，用管跟进技术穿过松软层。

2.4 斜下孔钻进

钻孔在持续钻进过程中会受到多方面力的影响，钻孔通常情况下是顺层钻进，受到岩层自重作用影响下，容易形成塌孔，岩层破碎导致了钻进工作难度增大。那么为了改变此种情况，可以采用相应的改进措施。

班前下钻杆，钻头与孔底的距离达到15 m的时候就要给水下钻杆，此时要注意到泵压，有异常现象要立即提钻；钻头与孔底相接触，转动钻机进行冲水作业，作业时间10 min为宜。作业完成后继续钻进工作。工作过程中要有专人对水泵进行看护，避免堵塞及吸空现象出现。在不取芯的情况下，班末必须要进行冲孔作业，作业时间控制在20 min为宜，完成后提钻，钻杆数量保持在10根左右。钻进过程中，遇到松软层或者是破碎岩层要继续钻进，不要追尺，并对相关位置准确记录。钻进过程中如果遇到意外停电情况，必须要利用高压风对孔底岩粉进行清理，在此期间工作人员不应该离开各自工作岗位，直到供电恢复正常。另外一种情况则是在钻进的过程中如果遇到水泵损坏，也要立即进行吹孔作业，避免设备上吸附有残渣，并将钻杆拔出。

2.5 上仰孔钻进

上仰孔钻进存在的情况通常是施工位置与目标呈现垂直上下关系，为了达到工程目标就需要采用此种方法。采用此种钻进方法，钻孔的位置选择要求顶板条件要好，或者作好一定的支护工作，防止在钻进时掉落物体对人员造成的伤害。钻进过程中禁止向孔内张望，在加杆工作完成后，要立刻离开孔口下方。为了确保钻进过程中人员安全，还可以另外采用一定的安全措施。如孔口高度降低，降低的范围要视具体情况而定，原则上是孔口与地表之间数值范围在0 m～2 m区间内。采用的方法是在孔口管下好后，从孔口加接套管。无论是哪一项工作，在开展前都要搭建好脚手架，以满足工程需要，同时为了保证开孔的精度，可以对导正器进行加长工作，将击发的距离缩短。

此种方式体现的优点在于，首先是一项具有高难度的钻进技术，体现了施工队伍技术水平，同时也为后期工作在技术方面积累了宝贵经验，为钻孔技术的深入研究和持续发展奠定了基础。

3 钻探在防水工作中的应用

3.1 水害的成因及类型

煤矿在开采过程中存在透水事故的可能性，引发透水事故的水源通常有大气降水，地表水，地下水，老空区积水，不同水源有自身的特点，并且产生的危害也各不相同。当井田范围内存在大量地表水体后，煤层与含水层之间存在水力联系，地表水就有可能会进入到矿井。地下水作为透水水源也是主要水源，按照不同的类型可以分为直接、间接、自身透水水源。老空区积水则是废弃的采矿空间内积水，根据空间来划分又可以分为老窖积水，采空区积水。当正在开采的煤层接近时，经过某些诱发因素的作用就可能会导致事故的发生。

3.2 钻探防水的应用

对于老空区积水，钻探工作可以从如下方面开展，首先是要选择合适的点作为钻孔，在对存有的积水进行排放时要将钻孔阀门打开，对于阀门大小控制要从水泵的排水能力方面进行判断并作分析，保证适时，安全，有效。当钻孔没有流水的时候要准确的判断，一种情况是积水区已经无积水，另一种情况则是孔口已经高于水位，此时应该将水泵与钻孔联合。此项技术对于老空区积水效果较为良好。

三灰水：第三层石灰岩富水性中等，如果没有一定的防水措施在施工过程中会遇到较多问题，其一是由于水量大而导致的掘进工作困难，其二则是巷道排水在含水层处在疏放状态时难度较大。对于此种情况，在施工的过程中防水方案采用的是注浆后一次性掘进通过的形式。

断层：断层属于一种特殊地质，存在断层的情况下，开采条件就会变得更加复杂。通过钻探并对结果分析，可以了解到断层的具体情况，地层中含水层的情况，工程进行过程中可能会引发的相关问题等，为后期工作开展理清障碍。

水文补勘：由于地下条件较为复杂，前期的勘察工作不一定能够对所有因素都考虑到，因此在工程进展中要及时的开展相应补勘工作。工作开展的首要步骤就是要选择合适的位置进行钻孔，通过钻孔建立地质观测系统，为排水实验，岩样采集，渗透性能研究提供相应的依据。

4 结语

煤矿开采属于危险系数比较高的行业，事故的发生具有一定的偶然性。对于该行业而言，安全工作与生产效益是并重的。因此，对于常见事故要做好预防工作。井下防水钻探已经有了一定的经验积累，对于企业而言，在工作中应积极应用新技术，并在实践过程中不断总结积累经验。安全生产的保障一方面依赖于制度，另一方面则要靠技术来实现。钻探防水只是煤矿安全工作中的一项技术，企业在生产实际中要灵活运用多种方法，最大程度的保障生产安全。

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Theapplicationandresearchondrillingincoalminespreventionandcontrolwater

LiXuefeng

(ShanxiCoalGeologyandHydrologyExplorationInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper introduced the characteristics of drilling equipment, from the porthole pressure cover sealing, screw drilling, soft layer simultaneous casing drilling and other aspects, elaborated the drilling process, and researched the application of drilling in coal mines prevention and control water, to ensure the safety of coal mines.

drilling, coal mining, coal seam, drilling technology

1009-6825(2017)23-0085-02

2017-06-08

李雪峰(1986- ),男，助理工程师

P634

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