煤矿井下随钻测控千米定向钻进技术与装备
何维胜+赵志志
[摘 要]本文首先介绍随钻测量定向钻进原理。主要阐述定向钻进技术在煤矿井下的应用环境及条件，以及其布孔方式和成孔原理，通过在神华宁煤集团羊场湾煤矿一号井DF29断层探查工程的实施，为矿井井下地质勘探工程提供技术和实践借鉴，更好的进行采掘工作面划分。
[关键词]煤矿井下定向钻进技术；应用
中图分类号：R527 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0044-01
随着我国煤矿高产高效综采技术的不断提高和全面推广，煤层地质条件的超前勘探对其影响越来越显著。目前我国煤矿在对地质构造等的勘探主要采用了电法、地震等物探手段，但是这些手段对于一些比较构造采集数据较为模糊，而采用常规钻孔钻探手段则所探距离较短，且钻孔轨迹无法精确测量，无法精确的指示煤层顶板富含水和瓦斯异常区。随着我国煤矿不断的引进国外先进技术和装备，随钻测量技术开始进入我国煤矿，并取得了飞速发展，目前已经广泛的应用于煤矿井下长距离瓦斯抽采和探放水钻孔的施工，且效果显著，针对随钻测量技术的这些优势，国内一些煤矿开始尝试将此技术应用于煤矿井下地质勘探。
1 井下定向钻进技术原理
煤矿井下随钻测量定向钻机系统主要包括钻头、螺杆马达、测量仪器、通缆钻杆、定向钻机、泥浆泵等。
2 定向钻进工藝技术及其特点
定向钻进工艺技术原理：根据钻孔施工要求，结合已有现场地质资料，首先确定布孔方案；设计钻孔参数并预测钻孔轨迹，为钻孔实际施工提供参考和指导；孔底螺杆马达是采用高压水驱动孔底马达带动钻头回转，螺杆马达本身带有弯度达到定向钻进效果；有线随钻测量技术传输孔底信息，利用孔口监视器及时检测钻孔轨迹，并通过调节螺杆马达工具面向角，改变钻孔倾角和方位角的变化，进而控制钻孔轨迹变化，实现钻孔轨迹准确钻进至靶点。
3 定向钻进技术在煤矿地质超前探查的应用
目前煤矿井下定向钻进随钻测量技术已逐步应用到煤层的地质勘探中，根据地面钻孔、物探、井下常规钻孔及巷道掘进所采集的地质条件，如煤层走向、厚度及其地质异常，对煤层情况进一步探查。
依据现有地质勘探资料：羊场湾煤矿一号井DF29逆断层位于16采区160203工作面机巷下部原始煤层，该断层距离机巷最短170m，该煤层区域为采掘接续160205工作面，由于DF29逆断层的存在，影响了160205工作面的走向、倾向长度。因此，探查断层的确切位置对工作面的布置有着非常重要的作用。
3.1 探查区域地质概况
该区域煤层为二层煤，煤层为黑色，块状，主要由半亮煤及丝炭组成，内含少量呈薄膜状分部的黄铁矿结核，阶梯状断口，灰褐色条痕，条带状结构，层状构造，厚7.4～8.8m，平均煤厚7.8m。距煤层直接底板0.60m处含一层夹矸（泥岩），目标区域内广泛分布，平均厚0.3m，煤层结构：7.2（0.3）0.6，煤层硬度系数1-2；二层煤伪顶岩性为炭质泥岩，薄层状，质柔性软；直接顶岩性为粉砂质泥岩，灰色，厚层状，完整，局部夹灰白色中粒砂岩薄层；老顶为中粒砂岩、粉砂岩，厚层状，成分以石英为主；直接底为泥岩，灰褐色，硬度中等；老底为粉砂岩，灰色，厚层状，完整，硬度系数3-4。
3.2 DF29逆断层探查过程及结果
钻孔在预计断层面处若出煤且可钻，终孔位置为DF29逆断层上盘，确定断层位置后钻孔不再继续施工。钻孔在预计断层面处若正常在煤层中钻进，探孔见煤层顶板后退钻开分支继续施工主孔，终孔位置过预计断层面50m。
3.3 DF29逆断层探查施工过程
根据设计方案，打钻地点位置为160203机巷，首先施工主孔1#孔，根据1#孔探查结果，再决定下一步施工方案。探查断层1#孔2017年3月5日17：00开钻，于3月16日结束施工，主孔施工孔深186m，未施工分支孔，总进尺186m。钻孔轨迹图如图2所示。
DF29逆断层探查结果
施工的1#孔位于预想断层上盘，1#孔实测表明：一定区域（孔深143m～178m）煤层稳定，可钻性较好，在接近预想断层位置时，孔内返出煤屑与于开孔段返出煤屑颗粒无变化，在正常钻进至178米钻孔轨迹见二煤底板泥岩后继续施工支186m，初步判断在钻孔孔深0m～186m范围内不存在DF29逆断层。
根据钻孔探查结果分析：160205工作面区域煤层沿倾向顶板坡度变化较大，倾角在19°～27°之间，局部超高27°。DF29逆断层有可能向煤层下部漂移；也可能该断层不存在，煤层沿倾向为一单向斜构造。该断层不影响160205工作面布置。
4 结语
随钻测量定向钻进技术为煤矿井下地质勘探实现精确探查提供了有效手段，对影响采区、采掘工作面划分的地质构造探查起着重要作用。
通过利用井下定向钻进技术对羊场湾煤矿一号井DF29逆断层的探查施工，160205工作面由原设计走向长度600m延长至1200m，预计工作面储量增加128.3万吨，为更好的进行矿产开发利用提供了地质保障，取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 石智军，胡少韵，姚宁平，等煤矿井下瓦斯抽采（放）钻孔施工新技术[M].北京：煤炭工业出版社，2008：3-9.
[2] 姚宁平，张杰，李乔乔。煤矿井下水平定向钻技术研究与应用[J].煤炭科学技术，2012，40（10：53-57）.
