坑道鉆探技術發展及存在的問題

蓋曉松

摘 要：和地面煤田鉆探相比較，坑道鉆探在國內起步較為遲緩，但在先進科技的驅動下，近些年該項鉆探技術在鉆探行業中的應用范圍不斷拓展，成為煤炭產業可持續發展的重要支撐。筆者通過回顧既往實踐歷程，查閱相關文獻資料，重點探究了幾種常用坑道鉆探技術的發展歷程，指出技術應用階段暴露出的不足，并提出幾點可行的完善措施，以期對促進坑道鉆探推廣過程有一定助益。

關鍵詞：坑道鉆探技術;發展現狀;問題分析;措施探究

施工硐探、地質補勘等是過往于礦井復雜地質環境中找煤、采煤的常用手段，盡管以上技術應用階段取得一定成效，但暴露出資金投入量高、周期漫長等不足，噬待改進。對礦井地質、采礦工程設計要求及維持過程安全等視角分析，開展井下鉆探作業時推動采煤工作持續發展的重要支撐。因井下鉆探和地面鉆探在本質上存在差異，需要特殊鉆探設施的輔助，故而促成了坑道鉆井技術。伴隨綜采工作面的建設，坑道鉆探應用范疇逐漸拓展，且技術日益成熟，在促進國內煤礦產業健康、長效發展方面發揮重大作用。

1 坑道鉆機

坑道鉆探操作空間窄小、設備設施移運難度大，通常在近乎水平向或斜行鉆孔，以上特征對坑道鉆機構造形式形成較大影響。在該方面上，世界不同國家發展進度盡管參差不齊，但歷經的流程大體一致，早期多用立軸式鉆機鉆井，逐漸被被動力頭式鉆機取代。我國在上個世紀80年代初期自主研發了全液壓動力頭式坑道鉆機[1]，發展至本年代末期已構建了系列化生產模式，有MK、MYZ等諸多產品。90年代又有很大突破，品種類型增長，生產質量顯著提升。

全液壓動力頭式鉆機持有的很多優勢是立軸式鉆機無法毗鄰的，故而其有很大的推廣空間。但我們應清晰認識到，為全面提升該類鉆機的應用效率，需解除多種現實問題。首先，

立軸式鉆機在購置成本上占據優勢，且維修技術要點易于掌握，故而當下國內很多企業依然持續使用該種鉆機。為推廣全液壓動力頭式鉆機，就一定要強化宣傳力度，引導企業不應單純關注不同鉆機設備在成本上存在的差異，也要考慮優化作業條件、提升鉆探整體效益等問題。其次，保證設備售后服務質量，協助現場人員掌握準確操作鉆機及常見故障的解除方法，并保證配件供應的時效性。對該類鉆機自身整體分析后，我們發現盡管品種規格充實度有增加，但在齊全性方面始終占劣勢。

國內大部分設備制造廠家為滿足市場需求而加大新產品的研發力度，規格品種不全的現狀逐漸被改善[2]。和國外同類產品相比，國產設備在運行安穩性及自重方面不占優勢，受主客觀多種因素的制約，以上這種差距短期內無法整體解除，但我們詳細在多個專業技術人員的協同努力下，差距將會日益減縮。從宏觀層面上分析，國產鉆機整體構造、液壓系統設計技術成熟度已抵達很高層面上，后續工作的側重點是完善零部件的設計水平及生產工藝流程。創設相配套制造廠要完善坑道鉆機產品質檢機構，嚴格依照相關規范，做好各生產商鉆機設備品質的檢測、驗收工作。

2 定向鉆進工藝

過往，國內坑道鉆探施工工法在很長時間內更新進度遲緩。比如，在70年代中期才陸續將金剛石鉆進、繩索取心發用于地面鉆探領域內，到80年代末期，北京礦務局才率先使用坑道鉆探。定向鉆進、坑道鉆探兩種技術的發展路線很很大相似點，70年代末就有機構開展了300m“水平鉆”相關的準備工作，在后續十年中付出很多努力，但并沒有得到相關部門的肯定與支持，定向鉆進施工作業運行可謂是步履艱難。直至90年代初期，綜采技術推行階段對作業面及開采區中構造物探測準確度提出嚴格要求，水平長鉆孔技術逐漸被用于高瓦斯礦井生產進程中，這是坑道定向鉆進法被應用的最強大動力。

90年代初期，撫順分院創建和鉆頭徑向破煤機制、鉆進軌跡調控相關的項目，該項目推進階段，以三彎矩方程法為支撐，測求出孔底鉆具的受力于變形狀況，構建了徑向切削模型，參照過往實際鉆進材料，科學預估了鉆孔軌跡，使國內坑道定向鉆進理論專研抵達了更高層面[3]。

近些年，國內相關機構在定向鉆進工藝研究方面取得的成績是可喜可賀的，但我們應認識到定向鉆進相關理論的研究力度應持續被強化，并且促進理論研究與鉆探實踐整合過程，進而確保取得的研究成效能準確指導鉆探實踐活動。定向鉆進工藝研究階段，相關人員應予以孔壁穩定性問題一定重視，特別是順沿煤層鉆進階段，一旦孔壁塌落，則將會直接擾亂鉆進計劃實施過程。針對地質勘探鉆孔，推薦采用泥漿護壁與優化排粉情況;針對瓦斯抽吸鉆孔工況，一方面要保證成孔的完整度，還需確保滲透率處于較高層面上。

3 鉆具

3.1 鉆桿

針對坑道鉆探施工階段，依照銜接形式的差異性，可以將鉆桿細化為兩種類型，一是接頭內徑顯著大于鉆桿內徑的裝置;二是接頭內徑與鉆桿等同或偏大，即被叫做“外平”鉆桿?，F階段，全液壓動力頭式鉆機推廣力度不斷強化，后種鉆桿應用頻率更高。對鉆桿規格大小加以分析，過往礦井生產階段多選用小內徑淺鉆孔，φ42、φ50規格鉆桿就能順利完成鉆進作業。而現如今，鉆孔內徑與深度指標均有擴增，取芯形式也表現出多樣化特征，與之相對應的是大內徑常規鉆桿、繩索式取芯鉆桿陸續被用于礦井生產領域。

當下，國內對大內徑重型繩索式取芯鉆桿的研發力度不足。因為在臨近水平孔鉆進階段，鉆桿和孔壁兩者形成了較大摩擦阻力，促進了鉆桿結構的磨損過程，鉆桿的回轉阻力相應上升，為保證采區地質勘探工作順利、有效推進，就應強化壁厚偏大、聯接強度高的大內徑重型繩索式取芯鉆桿開發力度。

3.2 鉆頭

回顧過往數十年的坑道鉆探作業歷程，普遍采用的是硬質合金鉆頭[4]。80年代末期，在繩索取芯技術的帶動下，金剛石鉆頭逐漸由地上推廣至井下。很多礦務局在瓦斯抽吸鉆孔實踐中，以金剛石鉆頭為支撐，攻堅了硬巖形成的阻礙?，F如今，鉆頭型號呈多樣化特征，為坑道鉆探技藝及鉆進效率提升做出強大鋪墊。

硬質合金鉆頭用于鉆井實踐中滯留的問題豬油有兩個：一是鉆頭構件生產品質穩定性不足;二是操作者技術水平偏低。位解除如上兩個問題，要求生產單位應自覺完善內部管理模式，健全相關技術方案，循序漸進強化產品質量的穩定性。也要大力普及鉆探知識，整體提升操作人員的技術水平。

3.3 專用鉆具

比如，為保證鉆孔方向調控的精準度，建議聯合選用穩定組合鉆具、螺桿鉆具等;為大幅度提升鉆進于硬巖內的作業效率，推薦使用液動沖擊器或風動潛孔錘等。推廣新工藝技術階段，相關部門不能“拿來就用”，要結合具體工況做出調整，以從根本上保證專用鉆具使用過程安全性，為礦下鉆進、規范成孔。

4 結束語

歷經40余年的發展歷程，國內坑道鉆探工藝技術在發展進程中取得很大突破，但是我們還是要認識到技術應用階段依然暴露出一定不足，應持續強化新型鉆機的宣傳力度，促進坑道鉆機產品更新換代進程，保證設備售后服務工作質量，加強相關技術人員技術培訓;立足于市場需求，加大鉆探儀器新品種的研發力度。

參考文獻：

[1]張帥帥.鉆探物探一體化技術在煤礦水害探測中的應用[J].礦業裝備，2019，41（06）：26-27.

[2]陳偉武.介休鑫峪溝煤礦地面2號注漿孔鉆探施工技術[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2019，46（09）：63-68.

[3]王江平.基于超前鉆探技術的煤礦防治水應用研究[J].內蒙古煤炭經濟，2019，42（15）：26-27.

[4]楊金亮.地質勘查和深部地質鉆探找礦技術的應用研究[J].世界有色金屬，2019，22（06）：106-107.

作者簡介：

李志鵬（1990- ），男，漢族，籍貫：河南省鞏義市，同煤集團地質勘測處，本科，助理工程師。