1、2023 年第 10 期2023 年 10 月地质构造的精准探测极大程度制约着煤矿的安全生产，特别是在工作面衔接布置过程中，一些大型构造往往成为阻碍工作面正常回采的决定性因素，依靠传统常规钻机探测存在钻探距离近、连续性差、效率低等缺点，不但增加了钻探难度，而且无法达到远距离精准探测断层的目的。定向钻机不仅功率大，探测距离远，而且在孔内可实现定向钻进，随着探测目标的变化可实现孔内轨迹调整，准确施工至探测层位，不需要重新开孔，大大提高了探测效率，为远距离地质构造精准探测及探放水提供了技术保障。1矿井概况屯兰矿为山西焦煤西山煤电集团有限责任公司所属的国有大型井工矿井，井田面积 62.257 8 km
2、2，设计生产能力 4.0106t/a，水文地质类型复杂，地质类型极复杂，属全区带压开采矿井，井田开拓为“两斜一立”多水平综合开拓方式。井田位于太原市西山煤田的西北部、马兰向斜的东翼，地层倾向南南西，倾角 2毅15毅。井田整体构造形态呈走向北北东北北西、倾向南西南东的波浪状单斜构造，有少量宽缓褶皱，次一级小型波状褶曲发育，断层较多且成组出现。井田内的主要构造为断层和陷落柱，其次为褶皱，目前井田范围内共揭露断层 573 条、陷落柱 204 个；共有积水采空区 30 个，积水面积 1.84 km2，估算积水量约 1.83105m3。2以往矿井探构造及探放水措施矿井构造发育，采空区积水多，且构造的精准
3、探测直接影响着工作面的布置，采空区积水疏放时间也直接影响着工作面的回采进度。以往采用普通钻机对构造进行探测，距离控制在 50 m 以内，且由于钻杆偏移，无轨迹测量，无法判断钻探见煤、见岩的准确位置。2013 年因 12412 工作面内部构造探测不清，判断失误，导致工作面切眼揭露断层，造成工作面无法回采的事故；2016 年在南翼下组煤盘区下组 8 号煤层对上组2 号煤层采空巷道积水进行疏放时，由于普通钻机无定向钻进功能，不能准确施工至目标巷道，18401 工作面探放上覆 12401 底抽巷积水时共施工 4 个钻孔才打透采空区，累计疏放水量 5 500 m3，延误了回采时间，影响了矿井的衔接布置及
4、产量保供。可见，普通钻机在构造的远距离精准探测及探放水过程中做不到准确、高效。图 1 为 12412 回采面断层布置图，图 2 为 18401 轨道巷探放上覆 12401 底抽巷积水钻孔分布图。收稿日期：2023-01-28作者简介：赵辉，1987 年生，男，山西平遥人，工程师，主要从事地质防治水工作。定向钻机在远距离地质构造精准探测及探放水中的应用赵辉（西山煤电集团有限责任公司屯兰矿，山西 古交 030206）摘要：列举了以往构造未探清尧 探放水不精确给煤矿带来的损失袁 阐述了定向钻机探测的必要性袁 同时结合屯兰矿12519 底抽巷远距离探断层和 22307 轨道顺槽远距离探放水实例袁 进一
5、步证明了定向钻机在地质构造的精准探测及探放水过程中发挥着关键作用袁 可为矿井采掘布置和安全生产提供可靠的技术依据遥关键词：定向钻机曰 远距离曰 构造精准探测曰 探放水中图分类号：TD421.3；TD745+.2文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)10-0189-03Application of Directional Drilling Machines in Accurate Detection of RemoteGeological Structures and Water ExplorationZHAO Hui(Tunlan Coal Mine,Xishan Coal
6、Electricity Group Co.,Ltd.,Gujiao 030206,Shanxi,China)Abstract:This paper enumerated the loss caused to coal mine by the lack of structural exploration and the inaccuracy of waterexploration,and expounded the necessity of directional drilling machine detection.Meanwhile,combined with the examples of
7、long-distance fault exploration in 12519 floor roadway and long-distance water exploration in 22307 track gate in Tunlan CoalMine,it further proved that directional drilling machine played a key role in the process of accurate geological structureexploration and water discharge,which can provide a r
8、eliable technical basis for mining layout and safe production.Key words:directional drilling machine;long-distance;accurate structural exploration;water exploration（总第 217 期）实践运用1892023 年第 10 期2023 年 10 月注：琢 为钻孔开孔倾角，为正角度。图 218401 轨道巷探放上覆 12401 底抽巷积水钻孔分布图3定向钻机远距离探构造（以 12519 底抽巷为例）3.1工作面概况工作面位于南五盘区左翼，
9、煤层向南西倾斜，该区域煤层整体呈单斜构造，局部煤层倾角变化大，煤层倾角 4毅6毅，平均约 5毅。根据地表资料及相邻巷道揭露情况分析，该区域断层发育，皮带顺槽向前施工300 m 范围内可能揭露 F1，F2，F33 条正断层，其中 F2断层对掘进影响较大，且断层发育区域一般为瓦斯富集区1，加之屯兰矿南五盘区埋深较大，瓦斯含量大，需要准确探测出断层位置及落差，有计划地揭露断层，防止断层附近出现瓦斯突出或瓦斯超限事故。3.2定向钻机施工情况为了查明断层的位置与落差，本次探测使 用ZDY6000LD(B)千米定向钻机进行探测，该钻机为履带式液压坑道定向钻机，以孔底马达为动力来源，配置随钻测量系统进行坐标
10、测量，并通过工具面方向对钻孔轨迹进行调整控制，从而实现定向钻孔2-3，根据相邻巷道揭露断层位置，推测出预计见断层位置，设计定向钻孔轨迹对 3 条断层进行探测。实际施工轨迹如图 3 所示。图 312519 底抽巷断层探测钻孔轨迹剖面图3.3成果根据定向钻机探测成果，预计巷道开口后在 55 m，150 m，250 m 处将分别揭露H=1.8 m65毅，H=5.8 m60毅，H=4.8 m59毅3 条正断层，实际掘进过程中巷道在预报位置平偏差 13 m 范围内揭露断层。揭露后断层走向与预报相符，实际揭露断层位置及落差如图 4所示。单位：m图 112412 回采面断层布置图图 412519 底抽实际揭
11、露断层图为煤层底板标高，H 为断层落差。F12，F13断层导致 12412 工作面无法回采12412 工作面12412 切眼18401 轨道巷12401 低抽巷点线为打透采空区钻孔；直线为未打透采空区钻孔。开钻位置624.7638.35312519 底抽巷148626.9628.7249624.7615.812519-1-1#，最长孔深 250 m613.9单位：m2826242220181614121086420-2-4-6-8-10-12-14-16推测断层100150200250300050水平距离/m注：1902023 年第 10 期2023 年 10 月图 522307 轨道顺槽探放
12、 22301 采空区积水钻孔轨迹剖面图注：K2-1 未施工至采空区开分支后 K2-2 孔打通采空区。4定向钻机远距离探放水（以 22307 轨道顺槽为例）4.1工作面概况22307 工作面位于北三盘区右翼，该区沿 2#煤层施工，2#煤层稳定，最大厚度为 3.40 m，最小厚度为2.50 m，平均厚度为 2.80 m；22307 皮带顺槽掘进期间面临着同层 22301 采空区积水影响，经估算采空区积水面积约 1.7105m2，积水量约 2.3105m3，最近平面距离约 15 m。为提前对 22301 工作面积水进行疏放，保证 22307 皮带顺槽的顺利掘进，决定在 22307 轨道顺槽利用定向钻
13、机对 22301 采空区开展定向放水，最近距离约 120 m。4.2定向钻机施工情况本次探测使用 ZDY6000LD(B)千米定向钻机进行探测，该钻机为履带式液压坑道定向钻机，采用孔底马达为动力来源，配置随钻测量系统进行坐标测量，并通过工具面方向对钻孔轨迹进行调整控制，从而实现定向钻进。实际施工轨迹如图 5 所示。4.3成果本次探放水在 22307 轨道顺槽共施工 2 个定向钻孔对采空区水进行疏放，均施工至预计采空区位置，累计疏放水量 7.5104m3，消除了 22301 采空区积水对 22307皮带巷掘进期间的威胁，为生产衔接提供了保障。图 6 为 22307 放水钻孔平面布置图。5结束语隐
14、伏构造的探测及远距离探放水是煤矿生产中的难点，槽波等物探手段虽然有效，但只能圈定异常区范围，不能做到精准探测，影响矿井的衔接及安全生产。实践证明，定向钻机在地质构造的精准探测及探放水过程中可发挥强大的作用，利用钻孔轨迹精准定位，利用工具面调整钻进方向，从而达到精准探测的目的，彻底摆脱常规钻机钻探过程中因孔斜导致探测不清，影响矿井安全生产的事故发生，为矿井采掘布置和安全生产提供可靠的技术依据。参考文献：1 周松元.山门水煤矿瓦斯赋存地质规律研究 J.煤炭技术，2010，29(12)：125-126.2 姜海峰.千米定向钻机对断层构造的探测应用 J.矿业工程，2018，16(1)：47-49.3
15、原宏洲.槽波探测技术在煤矿构造探查中的应用 J.山西冶金，2022，45(1)：291-292.（编辑：刘晓芳）图 622307 放水钻孔平面布置图20191817161514131211109876543210-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-1510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 9505钻孔水平投影长度/m100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 1852 号煤顶（底）4 号煤顶（底）K2-1 实钻K1 实钻K2-2 实钻K2-1孔K2-2孔22301采空区2.2 m3/hK1孔1.8 m3/h赵辉：定向钻机在远距离地质构造精准探测及探放水中的应用191
