浅谈水平定向钻进技术在煤矿地质构造勘探中的应用

摘 要：定向钻孔技术具有着对钻孔轨迹进行精确控制的作用。从煤矿地质构造勘探工作的实际情况来看，水平定向钻孔技术可以有效满足煤矿对探明地质构造的要求。本文主要对水平定向钻进技术在煤矿地质构造勘探领域的应用形式和应用实践等问题进行了探究。

关键词：水平定向钻进技术；地质构造勘探；定向钻孔数据

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.096

0 前言

煤矿井下高产高效综采技术的全面推广，让煤矿井下煤层地质构造勘探工作成为了煤矿安全高效开采的主要影响因素。现阶段三维地震法和地质雷达等物探手段已经在断层、陷落柱等地质构造结构的勘探过程中得到了运用。为了给矿方施工提供较为准确的地质参数，相关人员也可以将水平定向钻进技术应用于煤矿地质构造勘探工作之中。

1 水平定向钻进技术在煤矿地质构造勘探领域的应用形式

从煤矿井下定向钻进技术的工作原理来看，弯外管孔底螺杆马达的应用，可以让高压水成为驱动孔底马达带动钻头回转的工具。与之相关的有线随钻测量技术发挥着传输孔底信息的作用。在借助孔口监控设备检测钻孔轨迹的同时，人们可以通过对螺杆马达工具面向角进行调整的方式，改变钻孔倾角和方位角的数值，进而对钻孔的轨迹变化进行控制。根据不同煤矿在地层条件方面的差异性，定向钻进技术主要应用在了地质构造勘探、煤层及高位瓦斯抽采工作之中。

（1）地质构造勘探定向钻孔。在相关人员对煤矿地质情况缺乏掌握的情况下，他们可以借助地质构造勘探定向钻孔形式探测地质情况，以便降低煤矿的开采成本。现阶段煤矿地质构造勘探工作主要涉及到了以下因素：一是煤层顶底板走向的勘测工作；二是陷落柱的探测工作；三是断层构造的探测工作；四是地质体边界和煤层倾角的探测工作。（2）瓦斯抽采定向钻孔。瓦斯抽采定向钻孔主要应用于井下煤层气的抽采钻孔工作。集束型瓦斯抽采定向钻孔形式、梳状抽采瓦斯定向钻孔形式和顶板高位抽采钻孔形式为瓦斯抽采过程中所常用的定向钻孔形式。

2 水平定向钻进技术在煤矿地质构造领域的应用实践与钻孔设计依据

（1）煤矿地质地层特征分析与钻孔设计依据。以某地煤田的煤矿地质特征勘探工作为例，该地的断层走向为NE30°，倾向为NW，倾角为70°，落差和延伸長度分别为350m和10km。这种断层走向对煤层气成藏具有一定的控制作用。在这一区域中也存在有石门上向斜、蒲池背斜和蒲池西背斜等多种地质形态。除此以外，该地煤层起伏较大的问题也给巷道开拓和煤层开采工作带来了一些不利的影响。针对这一区域地下煤层所表现出来的易塌孔和易喷孔的问题，相关人员将定向钻孔布置在了顶板之中，并在向上到煤层以后使用开分支孔重新探煤的钻孔形式。

这一钻场区域的地层起伏倾角较大，且为负角度，在钻探施工工作开展过程中，相关人员需要在注重钻探轨迹控制的基础上，为排渣的顺畅性提供保障，在钻进至探煤点以前，相关人员需要及时在这一区域预留分支点。

（2）定向钻孔施工工艺的应用实践。从这一区域的实际情况来看，为满足钻探施工的要求，相关人员采用的定向钻机为ZDY6000LD型定向钻机。此类钻机的额定转矩的最大值为6000至1600N·m，定向钻进转矩为3000-800N·m。由于该区域煤层起伏相对较大，因而钻孔设计可以为探测主运和辅运巷道掘进方向的煤层趋势提供保障，也可以为抽掘采衔接工作的开展提供一定的依据。这一区域煤层瓦斯压力较大，且易于破碎，本煤层的施工难度相对较大，因而在勘测阶段，相关人员采用的是前进式开分支的绝缘方法。根据钻孔开孔设计的设计参数，回转钻进工艺钻进12m开孔成为了勘测阶段所使用的主要施工方式。调整工作面的措施如下所示：首先，在钻机每钻6m以后进行一次停泵测量工作，这一阶段相关人员需要借助轨迹控制方法完成工具面的调整，在工具面调整工作完成以后，相关人员会通过加钻杆继续钻进的方式开展新一次的测量工作。

（3）定向钻孔数据分析。在本文所涉及到的煤矿地质构造勘探案例中，相关人员共对4个定向钻孔进行了施工，其中T5钻孔的施工方位为90°，孔径为96mm。T4钻孔的施工方位角为103°；T1和T2使用的是经过了梳状孔前进式开分支方式，下表所示的内容为定向钻孔施工的施工统计结果：

根据表格中所反映的信息，辅运石门煤层倾角值为-19.73°。主运与辅运之间的煤层倾角值为9.72°。对此人们可以借助均角全距法等研究方法确定煤层与底板分界点之间的三维坐标数据，原钻孔轨迹中的开分支探顶方法是三维坐标数据体系构建过程中所不可忽视的内容。

3 结论

定向钻进技术具有着精确钻孔轨迹的作用，从煤矿地质构造勘探工作的实际情况来看，人们可以在通过原钻孔轨迹中开分支多次探顶的方式确定煤层与底板分界点的三维坐标数据。在钻场区域地层起伏倾角较大的情况下，相关人员需要在注重钻探轨迹控制的基础上，为排渣的顺畅性提供保障。

参考文献：

[1]杜利猛，石浩，姚盼盼，吕军锋.水平定向钻进技术在胡底煤矿地质构造勘探中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014（06）：38-43.

[2]王跃东.复杂地质条件矿井水平定向钻进施工技术分析[J].山西大同大学学报（自然科学版），2011（03）：69-71.

作者简介：吴晓康（1986-），男，山西襄汾人，硕士，地质测量部主任，工程师，研究方向：煤矿地质防治水。