井下长距离定向钻进技术在矿井煤层顶板预疏水中的应用

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1、井下长距离定向钻进技术在矿井煤层顶板预疏水中的应用摘要：针对目前神华宁煤集团马家滩、鸳鸯湖矿区2煤顶板直罗组粗砂岩含水层赋存情况，采用定向钻进技术对该含水层进行预疏放。分析顶板预疏水的必要性和可行性，介绍定向钻进技术施工设备、定向钻进施工工艺及施工技术要求，对煤矿生产接续、工作面安全回采具有重要意义。关键词：定向钻进疏放水施工工艺中图分类号：TD743文献标识码：A文章编号：1007-3973(2013)012-017-021概述神华宁夏煤业集团红柳煤矿隶属于神华宁煤集团马家滩矿区，本区2号煤顶板直罗组砂岩含水层沉积环境复杂，富水性不均匀且

2、渗透性差和可疏性差。根据对该矿区2煤开采水害现状分析，本区2煤开采主要受直罗组下段粗砂岩含水层影响，直接充水水源来自煤层老顶直罗组下段粗砂岩(“七里镇”砂岩)含水层。为确保2煤的安全开采，采用长距离定向钻进技术对该区2煤顶板直罗组粗砂岩含水层提前进行疏放，确保矿井安全生产。2顶板疏放水的必要性和可行性疏水降压是矿井水害防治的重要技术途径，也是在特定条件下必须采取的防治水技术手段，对于红柳煤矿而言，必须采取顶板疏放水技术措施，方能避免突水灾害的发生。其必要性与可行性分述如下：2.1必要性矿井主要充水含水层一一直罗组下段砂岩孔隙裂隙含水层处于顶

3、板冒落带及导水裂隙带发育范围之内，为2煤采后直接充水含水层。随着顶板的周期性冒落，工程层位与含水层之间的隔水保护层丧失功能，含水层水将直接进入工作面采空区，给矿井生产造成影响或灾害。因此，在这种水文地质条件下，必须采用预疏水技术防治矿井水害。2.2可行性矿井主要充水含水层以静储水量为主，动态补给量有限。以静储水量为主的矿井充水含水层发生矿井充水时，往往是瞬间冲击水量大，后期水量迅速衰减甚至干枯，当矿井生产诱发该类含水层突（透）水时，往往在总出水量有限地条件下给矿井带来严重灾害，采用预先疏水技术可以有效地消减峰值水量而达到减轻或消除矿井水害的

4、目的。3工作面顶板直罗组下段粗砂岩含水层静储量预计根据红柳煤矿1121工作面涌水机理，二煤顶板含水层周期性涌水水量以直罗组下段粗砂岩含水层古封存地下水静储量为主，红柳煤矿1020202工作面静储量计算如下：考虑到该含水层水压和弹性释水系数的乘积较小，在静储量计算时将含水层弹性释水水量忽略，仅取重力给水的水量值。利用以上公式，分别对定向钻孔覆盖范围内1020202工作面顶板直罗组下段粗砂岩的含水层总静储量及下一次周期来压井下定向钻孔覆盖范围内含水层的静储量进行估算，结果分别为122.3万m3、9.17万m3。4定向探放水施工设备4.1定向钻机

5、ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机是一种低转速大转矩自行式全液压动力头式坑道钻机，适于孔口动力的大直径近水平深孔钻进和孔鹿动力的螺杆马达定向钻进。该钻机具有结构合理、技术性能先进、工艺适应性强、操作省力、安全可靠、运输方便等优点，目前在煤矿井下探放水钻孔的施工中已得到广泛应用。4.2随钻测量系统YHD1-1000随钻测量系统主要用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻检测，可随钻测量钻孔倾角、方位角、工具面等主要参数，同时可实现钻孔参数、轨迹的实时显示，便于施钻人员及时了解钻孔施工情况，并根据测量结果及时调整钻具组合方式和钻进工艺参数

6、，使钻孔尽可能的按照预定方向延伸。测量系统由孔口监视器、随钻测量探管、通缆式钻杆、通缆式送水器等组成，在采用孔底马迗钻进过程中，将随钻测量探管连接在孔底马达后面，在钻进过程中，随钻测量探管采集钻孔倾角、方位角、工具面向角等数据通过通缆式钻杆和通缆式送水器传送到孔口监视器，通过系统软件的分析处理，在孔口监视器上显示钻孔参数和钻孔轨迹等信息，通过系统软件可实现系统分析、数据处理和存储、通讯等功能。系统组成如图1所示。5钻孔布置及施工工艺4.1钻孔布置根据项目区周边巷道、现有排水通道及工作面地质情况，本次定向疏放水钻孔钻场布置在1010202工作

7、面回风巷(原)内，共布置了2个钻场。其中，一号钻场布置在回风巷内CH6测点处，二号钻场布置在回风巷内CH4测点南48m处。钻孔间距根据常规钻孔布置情况及工作面区域富水性情况一号钻场区域富水性相对较强，钻孔间距按照60m进行布置，二号钻场区域富水性相对较弱，钻孔间距按照73m进行布置。项目区共布置了9个主孔7个分支孔共计16个钻孔。钻孔布置如图2所示。5.2钻具组合(1)开孔：96腿钻头+73mm通缆钻杆+73水尾(2)扩孔：165mm钻头+73醐通缆钻杆+73水尾(3)钻进：96mm钻头+73mm螺杆马达+76mm下无磁钻杆+76mm测量短

8、节+76mm上无磁钻杆+73mm通缆钻杆+73水尾6施工技术要求(1)钻孔仰角应严格测量，角度误差控制在令令耙阅凇W杲庇巾既放斜鹈骸⑽也愫穸炔12.锹蓟徊闵瞳取？(2)在调整工具