8月17日,在亭南煤业1418运输巷,一台ZDY20000LD煤矿用履带式全液压坑道钻机正在向待掘区域深处钻进。操作台前,探放水工区职工桂思驰紧盯屏幕,根据钻孔轨迹变化调整钻进参数。此时,正在施工的1418CT-3定向钻孔已向前延伸864米。
“与常规短探相比,长距离物探孔钻场可以远离掘进工作面布置,减少探掘作业相互影响。大功率定向钻机施工效率高,能够根据随钻数据及时调整钻孔轨迹。”桂思驰说。

(商讨长掘长探钻孔施工方案)
这条不断向前延伸的钻孔,是该公司在1418工作面创新应用“长掘长探”工艺的一个现场缩影。针对掘进工作面水害隐蔽致灾风险,该公司以长距离定向钻孔为载体,融合孔内瞬变电磁技术,把水害超前探查进一步向待掘区域延伸。按照设计,相较传统短探方式,可省去23次停工布设设备环节,减少迎头占用工时40.25小时。
一边是探测距离、钻孔功能在做“加法”,一边是设备布设次数、迎头占用时间在做“减法”。这一加一减,背后是该公司围绕1418工作面水害超前探查与掘进施工衔接方式进行的一次优化。
过去,随着巷道不断向前掘进,常规短探方式需要每70米停头一次开展探查。对于待掘距离较长的1418工作面来说,多次布设设备不仅占用迎头作业时间,巷道内掘进机、动力电缆等金属设施也会对物探成果产生干扰,既占用时间,也影响探测效果。
如何既把前方水文情况探清楚,又尽量减少探查作业对正常掘进的影响?

(研究探讨孔内物探施工技术细节)
“我们把长距离定向钻孔和孔内瞬变电磁技术相结合,在孔口下放物探设备,边推进边探测至孔底。”该公司地质测量部(防治水办公室)副部长成晓明介绍,“这样既能减少探掘作业之间的相互影响,也能让探测设备远离巷道内掘进机、动力电缆等干扰源,对钻孔径向60米范围内的富水异常情况进行探查,研判巷道前方水害风险。”
按照设计,“长掘长探”工艺覆盖1418运输巷迎头前方470米至1173米、1418回风巷550米至1181米待掘区域。
“长”起来的,不只是探查距离。
依托长距离定向钻孔,该公司将孔内物探、瓦斯抽采等需求统筹起来,通过“一孔多用”提高钻孔利用效率。钻孔既可以作为孔内瞬变电磁探测的通道,实现钻探与物探相互验证,又可结合现场实际在孔口接入抽采管路,超前预抽巷道前方煤体瓦斯,实现由单一功能向综合治灾拓展。
钻孔向前延伸得越远,对轨迹控制的要求也越高。长距离定向钻进过程中,他们采用一级止水套管与长距离定向裸孔相结合的施工方式,利用泥浆脉冲随钻测量系统实时监测钻孔轨迹,并根据钻进情况进行分段调控,使钻孔按照设计轨迹向目标区域延伸。
“长距离定向钻孔不是单纯追求打得远,关键还要打得准、控得住。”该公司地测防治水副总工程师陈德峰说,现场通过机载电脑实时对比实钻轨迹与设计轨迹的倾角、方位、位移等数据,并结合孔口返渣、钻进压力等情况辅助判断地层变化和钻孔状态。一旦出现轨迹偏差,及时采取低压慢速钻进等方式纠偏,直至恢复正常钻进。

(操作人员进行测斜作业)
今年5月,在4402运输巷长距离定向钻孔施工中,单孔深度达到1125米,钻孔轨迹始终控制在目标设计层位范围内,为长距离定向钻进积累了现场经验。
“打得准”的同时,还要把钻进过程中的风险管住。针对钻进过程中可能出现的瓦斯、积水等风险,该公司配套使用气水分离器、边打边抽防喷装置,并设置多级沉淀池,对钻进过程中产生的气、水进行相应处置。钻孔终孔后进行充分冲孔,保证物探设备下放和数据采集。
钻孔打通的是探测通道,最终要回答的,还是待掘区域水害风险“有没有、在哪里”。
8月16日,在1418运输巷钻场,技术人员对已经终孔的1418CT-3钻孔开展孔内瞬变电磁探测。该钻孔终孔孔深876米。物探设备下入孔内后,钻杆每推进3米进行一次标记,记录设备推送距离。完成数据采集后,技术人员对探测数据进行分析。探测结果显示,未发现富水异常区,查清了1418运输巷前方水害风险。
从分段短探到长距离超前探查,1418工作面的“加减法”还在继续。一孔向前,增加的是超前探查距离和钻孔利用空间,减少的是重复短探对迎头作业时间的占用。
今年以来,该公司共设计施工长距离定向探查钻孔3个,目前已全部完成,累计进尺2925米,最长单孔1125米,完成孔内物探超前探查2500米。