[摘要]分析了千米钻机在防治水工作中应用的必要性和可行性，并与普通钻机相比的优势，提出了千米钻机施工探放水的工艺技术和应用前景。

　　[关键词]千米钻机 防治水 应用前景

　　[中图分类号] X45 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-5-347-1

　　1前言

　　概述：山西煤销集团晋城公司的矿井是通过兼并重组整合后形成的。整合前的矿区多为地方矿井，采掘无序，对井田破坏严重，采空区遍布矿区。以前的小煤矿是否留有隔水煤柱，采空区积水范围和积水量多大等都急需查清，水害成为制约矿井安全生产的最大障碍。

　　2当前防治水方法存在的不足

　　目前水害防治工作主要是通过物探和钻探结合的方法。这是目前防治水的主流做法，我们有必要对物探和钻探成果的可靠性进行分析。下面以华阳煤矿为例进行分析。

　　首先我们讨论一下物探中应用比较广泛的瞬变电磁法的可靠性。当遇到周边有金属物和结构时瞬变电磁所测到的数据会受到干扰，变得不准确。而井下金属物品（例如金属防护网）的存在是不可避免，此外煤体中可能含有矿物成份如黄铁矿、菱铁矿及赤铁矿为主的山西式铁矿等矿物，瞬变电磁法成果的可靠性很大程度上值得商榷。这些因素都会影响瞬变电磁成果的可靠性，这时钻探验证显得尤为重要。

　　接下来讨论钻探的可靠性。经过对千米钻机和普通钻机钻孔轨迹的分析，我认为钻孔轨迹为“双螺旋”形状，即在剖面和平面上呈“s”状。剖面上，由于钻杆和钻头的自重影响，钻孔在同一地层钻进时，钻孔整体呈向下的趋势；但同一地层的硬度不可能均匀，存在软硬不均的问题，这个时候钻头就会引导钻杆向硬度低的方向钻进。当钻孔遇到其他地层尤其在换层的时候，钻头偏向硬度低地层的趋势更加明显；此外施工工艺和手法也会影响钻孔的轨迹，钻孔施工过程中，给进压力较大时，钻孔内的钻杆会向上蜷起呈弓形，钻头引导钻杆会加大向下的趋势。在平面上，由于同一地层平面上硬度不均匀，钻孔也呈现“s”形。钻孔在平面和剖面上呈现“s”形，增加了钻孔轨迹的不确定性，特别是长距离的钻孔很容易偏离设计较大，失去设计的原始意图，达不到设计钻孔的目的。

　　《防治水规定》对探水钻孔的终孔位置精确到米，按照上述对钻孔轨迹的分析，普通钻机在施工过程中精确到米比较困难，尤其是帮距的控制更是比较困难。探水钻孔的终孔位置偏离巷道多远，垂距上能否满足要求，普通钻机施工结束后都无法确定。钻探是最可靠的验证方式，是我们防治水工作的最后一道防线，但是普通钻机达不到《防治水规定》中对钻孔终孔位置在帮距和剖面上的精确要求，增加无效进尺的同时，也增加了施工的风险。

　　3千米钻机的优势

　　（1）通过随机配备的测量短节中的三轴加速度传感器、三轴磁传感器对钻孔的倾角、方位角、磁偏角进行采集，对数据进行处理，然后通过通缆钻杆将数据传输到孔口监视器中，将钻孔数据转换成实时的图形文件。然后根据钻孔的左右偏差和上下偏差，通过调整螺杆马达的工具面向角来调整钻孔轨迹，达到精确钻进的目的。可以严格执行《防治水规定》中对帮距的要求，确保施工的安全可靠。

　　（2）通过精确测量，可以确定积水区域，初步估计积水面积。通过方位角和钻孔孔深，可以对积水面积和积水量有一个宏观的认识和了解，对矿井的采空区调查和积水范围调查做了很好的补充，提供了精确数据，为防治水工作的决策提供重要依据。

　　（3）施工的过程中，还可以对前方的地质构造做出判断。通过对钻孔倾角的采集结合施工过程中地层情况，以及分支孔的施工可以探明含水层、顶底板、断层等地质情况，补充精确地质资料，对前方的是否地质构造做出准确判断，提前确定过构造的方案，合理布局。

　　（4）另一个优势在于千米钻机的施工能力大、施工效率高。以西安煤科院ZDY-6000LD为例，钻孔施工能力能达到600m左右，是普通钻机的三倍甚至更高，按照不低于60m超前距的留设，单次掘进距离可以达到500米左右，而经过普通钻机探水后单次掘进距离最大为140米左右。施工深钻孔能够减少了探水的次数和钻机搬家次数，增加了掘进的距离，减少了探水和掘进衔接过程中工期的耽误。千米钻机的施工效率高，周期短，钻孔覆盖范围大可以进行区域性的探放水工作也是它的主要优势。

　　（5）千米钻机钻孔可以提前预抽。依靠千米钻机钻孔能达到600米以上的施工能力，如果探明前方200米甚至更远的地方有积水区，可以提前对积水进行预抽，可以边施工边放水，这样既不会影响施工，又能将积水排走，避免影响工期。

　　4结论

　　千米钻机施工对煤层的硬度系数要求为f<3，如果在松软煤层钻进就会增加风险，如钻孔塌孔、掉钻和卡钻等。

　　针对三巷（运输大巷、轨道大巷和回风大巷）并行，采用千米钻机施工的可能性。矿井的运输大巷、轨道大巷和回风大巷同时向前延伸时，在中间的一条大巷内布设钻场分别向前方和两侧施工钻孔，覆盖整个区域，两侧的巷道就不需要施工探放水钻孔。这样的好处就是打钻地点和时间集中，效率高便于管理。如果探到积水区，积水顺着钻孔都从中间巷道排到水仓，排水集中，便于管理废水，杜绝巷道淤泥积水的问题，推进文明施工和质量标准化。另外两侧的巷道根据打钻的结果安排掘进，不存在掘进和探放水的衔接问题，便于管理。根据钻探结果安排掘进，也不会影响施工。

　　这样只在中间巷道布设钻场，就可以将探放水钻孔覆盖整个区域，做到区域防治水，同时结合短探前进，做到区域和局部相结合，有的放矢的防治矿井水害。

　　5结束语

　　采用千米钻机在我矿，甚至在晋城煤销集团其他矿井进行水害防治，跟普通钻机相比具有很大的优势，能解决防治水的众多难题。同时可以缩减钻孔工程量、增加掘进距离等，因此采用千米钻机进行水害治理具有深远的意义。一方面践行了“有疑必探、先探后掘”的治理方针，另一方面可以从根本上消除威胁矿井安全生产的水害，在晋城煤销集团具有广阔的推广应用前景。

 

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