定向长钻孔技术在铁矿井下防治水钻孔施工中的应用

于 壮，刘金涛

（河钢集团矿业公司司家营南区矿山分公司，河北 唐山 063700）

随着这些年各个铁矿区矿井开采的范围和深度的增加，矿区内部面临的水害问题也越来越突出，为了防止这些水害事故的发生，我们需要采取一定的防水措施来保证铁矿井的采矿安全，而定向长钻孔技术就是防止水的措施之一。根据“铁矿防治水规定”，再结合各个矿区的水害特征，常规的防止水措施已经无法解决问题，仍然存在一部分明显的弊端，比如说它的探测范围比较有限、存在视野盲区[1]、钻孔的数量较多然而精确性较差等等。然而随着定向长钻孔技术的出现以及投入到矿井的实际应用，这种效率高、精准度高的钻孔技术已经越来越受到钻孔人员的认可，它在钻孔应用的过程中取得了不少成就并解决了不少实际的水害隐患。所以，将定向长钻孔技术投入到铁矿井下防治水钻孔施工的应用，将是以后铁矿钻孔的趋势之一，这对推进铁矿防治水应具有重要意义[1]。

1 定向长钻孔技术的概念及优势

概念：定向长钻孔技术就是采用定向钻孔施工长距离钻孔，它能探查出钻孔施工上下四方可能会存在的水体，比如说老空水、顶板水以及底板水等等，在采用定向钻孔技术后，它不仅能利用封浆堵住水源，还能够进行加固改造等一系列工作。

优势：和传统的钻孔技术相比，有三点优势比较突出。

1.1 钻孔的成孔精度较高，偏斜的程度也比较小

根据常规的钻孔机的特点和多年来对铁矿井探测水的作业经验，常规式的钻孔机在实际的钻孔过程中很容易出现偏斜，和原本预计的轨道偏差较大，并且在同一处施工的地方还经常出现串孔的现象，经常不能够达到预定的探查范围和层次。而在采用定向长钻孔技术之后，利用其自身的螺杆马达实时的定位功能，能够轻易并且准确的保持钻孔轨迹，最终达到预期的效果，也就是位置准确，误差较小。

1.2 探测水钻孔的一次性探测距离较远

常规的钻孔机探测的距离较小，通常只有200到300的距离，在钻孔过程中还要为了保证采掘安全需要不断的施工探放水钻孔，水钻孔的数量多且杂，施工的周期也比较长，严重影响了采掘进度。而定向长钻孔机的钻孔能力较强，成孔之间的距离也比较长，比如说采取矿区内经常使用的ZDY6000LD型钻孔机之后，它的一次性钻孔深度能够达到上千米，不仅保证采掘的效率，还很大程度上减小了探测循环[2]的次数。

1.3 定向长钻孔机的探测效率较高且它的钻孔轨迹可以认为控制

常规的钻孔机只能进行直线钻孔，如果在工作面掘进巷道前面有老空水存在时，需要对其进行半扇形或者扇形探水钻孔探查，在钻孔施工种，不仅需要的钻孔较多，还存在着一定的视野，根本很难排除水体危害。而定向长钻孔技术可以利用自身的螺杆马达的定向功能，在施工过程中采取弧形轨迹，在掘进巷道前形成一个圈闭，很大程度能够排除水体隐患[2]。

2 定向长钻孔技术的具体应用

2.1 在探查老空水方面

老空水主要存在铁矿周围的窖中、矿井本身的采空区域或者在空区域相连的巷道内，存在的位置往往比较高，而且这种水体的集合形态也很不规则，在矿井的采掘过程中和这种水体空间关系也是相当复杂，由于多方面原因，缺乏对老空水方面的具体资料，很难判断它的水体分布情况。老空水的分布较为集中，相互间的水压传递相当之快，在采掘过程中一旦接近，老空水便会一触即发，尽数崩溃而出，发生大规模的透水事故。而且这种积水不光只存在于地下水丰富的区域，在较为干旱的矿区也普遍存在，是各种矿井下很难避免的一种水害，尤其是在兼并重组的矿井中老空水尤为突出，是矿井防止水的工作重点。采用定向长钻孔技术是避免老空水害的可靠途径，能够很大程度上避免这种水害。在采用定向钻孔技术后，利用自身的实时探查功能，提前将它放入到老空水的探测区域中，然后研究关键技术，通过定向钻孔机的精准探查，实现对老空水的预防。

2.2 在探查顶板水方面

定向钻孔技术在探查顶板水方面具有很大的优势，不仅能够扩展面积，还能够在很长一段时间内疏放顶板水，通过采用定向钻孔技术，将工作面上的顶板水有效的进行了疏散，在矿井的采掘过程中让顶板水能够得到控制[3]。

2.3 在探查底板水方面

要精确的探查底板水需要用较为成熟测控技术作为基础，通过对定向钻孔的轨迹来实现对精准度的控制，最终达到能够探测到底板水或者有疑似底板水存在的目的。

3 定向长钻孔技术存在的问题和解决措施

在钻孔的施工过程中务必要和采空区巷道贯通起来，这就暴露出对钻孔的精准度要求较高、钻孔在和巷道贯通时容易出现的水体瞬间涌出而造成的卡钻事故和水头压力过高而如何保障安全等问题，就这些问题，笔者采取了以下几点措施来保证钻孔的施工安全。

（1）在钻孔施工过程中，施工人员遵循“铁矿防治水规定”的要求，安装好防喷装置和反压装置，以此防止水体崩溃时对施工人员造成危害。在启动螺杆钻具时，如果钻具还处在井底，就必须要向上提起0.3米到0.6米，开泵时要记下压力表的读数，并且要和计算的压力值比较，如果比较结果有出入也是正常现象，因为这是由钻头的侧钻引发的。

（2）钻头在钻进时要严格按照要求加压，在使用螺杆时要注意钻进的参数要和钻进的推荐值相同，然后螺杆钻具逐渐加压，增加马达扭矩，泵压也随之升高，要注意升高的泵压要和规定的马达压降值相同，这个压力表增大的数值能够反映出马达上的负载是否正常，还能够看出钻压是否适合，所以务必要把钻压保持稳定，把泵压控制在推荐的范围以内。在钻孔的封孔时要严格按照标准执行，封孔候凝结束之后还要对其进行打压试验，要打压合格了才能下钻具继续钻进。

（3）为了避免钻孔和采空区巷道相通而造成的水崩事故，在定向钻进距离靶点10米时必须停止转动，并采用回转钻具，利用回转钻具才能和靶点相通。在钻进的过程中，若是循环压力要比计算值低，那就很可能是钻杆出现了损坏。若是比计算值高，则表明由于侧钻造成压力的问题已经排除，如果仍是高于计算值，就很可能是转动轴处出现了卡死，遇到这种情况，如果地面上无法排除，就要立即起钻。

（4）钻孔的开孔要严格按照之前设计的坐标进行，不能有任何偏差，而且在开孔后还需要专业人员对开孔的区域进行复查，通过复查的开孔坐标制出钻孔的平面图[3]和侧面图，以此来保证开孔处的准确性。在实际的定向钻孔中，会遇到很多原因导致停钻，如果钻头卡住，要采用大幅度上下活动钻具方式取出钻头，而不是采用循环转盘的方式，因为这样会造成台阶。在活动钻具时，为了防止钻具卡住，接单根要快速。

（5）钻孔的施工过程中每隔一百米就要采用两根及以上的测量短节对钻孔的轨道进行复查，复测的轨迹和实际的轨迹进行对比，如果对比两者之间的差值两次都在1%以内，就用两次对比的平均值作为实际的坐标计算数值，如果两次比较超过了1%，则需要查明原因后再对其进行取值。

4 总结

定向钻孔技术现在广泛运用在煤矿的瓦斯抽放以及石油钻探等领域，在2008年五月份，螺杆钻具配套机具及测量系统结合起来，完成了深度超过1千米水平定向钻孔，这一组合起来的综合钻孔技术让国产的钻孔技术有了新的突破，之前的钻孔机在深孔注浆以及防止水方面并不完善，然而这种定向钻孔机的出现，让它在矿井的防水方面起到了很大的作用，不仅弥补了之前的技术空白，还将钻井技术提升到了另一个高度。本文从定向长钻孔技术的优势出发，较为详细地阐述了它在铁矿井下的防止水应用，最后对定向钻孔需要注意的几点提出了一些措施，希望通过本文的阐述，能对定向钻孔技术在铁矿中的实际应用具有一定借鉴意义[4]。