摘要：我国含碎软煤层赋存层位多、分布广，这类煤层透气性差、瓦斯含量高、煤体力学强度低。煤炭既是我国的主体能源，又是重要的化工原料。即便在“碳中和、碳达峰”的新背景下，我国既有的煤炭资源相对充足，石油、天然气相对不足的能源禀赋条件也意味着煤炭产业和消费改革不可能一蹴而就，必须“立足国情、控制总量、兜住底线，有序减量替代，推进煤炭消费转型升级”。因此，在将来较长时间里，煤炭还将在我国能源消费中继续发挥压舱石的作用。我国煤矿以井工开采为主，井下复杂的地质条件容易产生瓦斯、水害、冲击地压等灾害，给矿工的生命和煤矿财产造成严重的安全威胁。随着开采深度和强度的不断增加，各种煤矿灾害发生的概率、强度和治理难度也有所提高。钻探仍是我国勘查、治理各种煤矿灾害的重要手段，但是传统钻探装备自动化程度低、劳动强度大、下井人员多，在煤矿其他各领域智能化技术快速发展的背景下已成为煤矿智能化建设的一大瓶颈。因此，“科技强安行动”、《煤炭工业发展“十三五”规划》、《煤矿机器人重点研发目录》以及《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》等政策文件都将煤矿智能（自动）钻探技术作为研究与应用的重点之一。
关键词：煤矿井下；定向钻进技术；矿井地质勘探；应用
引言
煤矿开采是一项较为特殊的工作，该项作业的施工和工作人员的生命安全之间存在高度的关联性，如果作业中出现问题，不但会导致煤矿开采企业的经济效益受到一定的影响，还会威胁煤矿开采工人的安全。因此，加强煤矿开采中先进技术的应用是确保开采作业人员生命安全的基础，而定向钻进技术是一种比较先进的煤矿开采技术，可以为煤矿开采工作人员的安全提供保障，值得推广应用。
1定向钻进技术概述
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定向钻进技术比较重要的应用便是针对抽采煤矿井下瓦斯等相关毒性气体的防治，同时该项技术的应用可以有效确保煤矿井下勘探工作的有序推进，创造一个比较安全的作业施工环境，给煤矿井下开采工作的开展提供了有力保障。具体应用该项技术的过程中，通常是将相关的工艺设备、测量工具及其井下作业工具加以结合，借助对钻孔运动轨迹不断做出适当的动态性调整，确保钻头可以顺沿指定的方向到达预先设计的目标位置，从而有效提升实际工作开展的效率，缩减作业施工成本，获取较为理想的效果，针对后续作业施工起到一定的参考与指导作用，从而明显提高作业施工的安全性。相较于过往所采用的常规钻半轴螺栓
探作业技术来讲，定向钻进技术在分支孔的施工中通常存在如下优势：①实施伴随钻探工作的开展进行勘探相关信息的计算与保存。②以较小的误差计算并创建出地层结构中相应的三维坐标，然后应用定向分支技术对这一点的坐标进行计算，借助多个三维坐标的创建，整体的三维模型便得到了较为有效的创建，实现了针对这一区域地质结构的勘探，产生的误差比较小。③借助已经完成作业施工的众多地质钻孔和实揭煤层剖面的比较，探寻地质钻孔相应的偏斜规律，对其中的相关影响因素加以分析，利用实践验证的比较，可以更加准确地确立地质钻孔偏斜所具有的规律性。
2煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用
2.1顺层孔煤层地质的勘探能量传送器
顺层孔煤层地质的勘探工作中，定向钻孔技术在其中起到十分关键的作用。在这种对煤层地质的勘探中，孔底马达造斜钻头是其关键的应用工具，可以完成对煤层中相应顶板实际起伏状况的勘探。在结束地质勘探工作以后，可以采用提钻的作业方法开分支钻孔，孔的深度通常保持在60~100m范围内，提钻的距离需要控制在18~24m范围内。同时，钻孔相应的轨迹要求应始终保持在煤层中，通过不断地反复进行作业以确定与煤层开采方向相应
的倾角和褶皱，从而使钻孔实际深度的设计条件得以较好实现。然后继续进行作业，顺沿分支孔的方向实施钻进处理，直至煤层位置，确切煤层地板的相应高度，接下来运用所获取的数据信息，计算出煤层整体的高度和所具有的厚度，这样可以保证所制定的煤层开采方案更加安全与可靠。
2.2井下顶板锚杆注浆支护
井下顶板锚杆注浆支护是一种新的支护方案，主要特点是将锚固与注浆结合起来，采用中间空的锚杆作为支护体和注浆管道。在进行支护的同时，利用注浆材料提高围岩的结构强度和完整性，从而达到提高支护稳定性的目的。由于井下巷道顶板较为薄弱，在对多种方案进行分析后，确定了采用高强度锚杆与注浆锚杆相结合的支护方案。注浆锚杆采用直径为25mm、长度为2500mm的中空锚杆，锚杆之间的间距设置为1000mm，在设置时每排设置5组，采用直径为22mm的高强度螺纹钢管，锚杆采用了全长式锚固的方案，在装配后设置高预紧力，同时在支护区域铺设钢丝网，以确保支护安全性。在灌浆时采用水泥灌浆料，为了提高凝结速度，在灌浆料内放置7%的添加剂，保证灌浆凝结的可靠性和快速性。
2.3钻孔轨迹自动测量与控制技术
目前，国内外煤矿自动化钻机均采用回转钻进原理，尚不具备轨迹测量与控制，即定向钻进功能。而现有的定向钻机自动化程度又普遍较低，定向钻杆质量一般比回转钻机大得多，但是由于定向钻机缺少钻杆自动装卸系统，因此钻杆装卸环节的劳动强度极大，安全性较差。此外，现有定向钻机的轨迹调节与钻进控制也缺乏相应的自动化技术，完全依靠人员经验，不符合煤矿智能化发展的趋势。因此，多个国内大型煤炭企业提出了为自动钻机赋予定向钻进功能的迫切需求，以中煤科工集团重庆研究院有限公司和中煤科工集团西安研究院有限公司为代表的煤矿安全科技企业也主动承担起了相关技术开发的责任。其中，钻孔轨迹自动测量与控制技术是实现定向钻进自动化的重中之重。在现有钻孔轨迹测量技术的基础上，优化条件判断算法和数据传输方式，实现轨迹测量的快速判断与传输，达到与自动钻进匹配的快速、准确、自动测量。同时，应用电液比例精确控制、自动反馈修正算法及强力转矩传感器等最新技术，实现工具面向角自动、准确调节，摆脱钻孔轨迹控制对于人员经验的依赖。
2.4钻孔作业线自动化体系建设
对于煤矿灾害防治而言，“有人值守”模式限制了现场安全水平和施工效率的进一步提高。
即使将来以“智能钻孔机器人技术”进一步提高移机转场、开孔定位、钻孔过程控制等环节的智能化水平，如果孔口除渣及钻具维护等重要配套工序的自动化技术不能解决，“有人值守”的模式依旧难以改变。因此，研究钻具、钻渣处理，以及故障诊断等钻进配套工序的自动化技术，实现钻孔前、中、后全流程的自动化，建设钻孔作业线自动化体系，可使“有人值守”模式向“有人巡检”模式发展，进一步减少钻孔现场人员需求。开发适用于钻孔恶劣工况的钻杆信息微型存储芯片与读写装置，研究钻具寿命管理与预警算法，实现钻具关键信息追溯以及寿命智能化预警；研究集成式集渣器、钻渣固液分离机、自动化转运装置等设备，实现钻渣从孔口到归集处的自动、清洁、高效处理，改善钻孔现场环境，减轻除渣工序的劳动强度；基于自动钻机传感器系统，研究故障监测系统，并建立故障诊断及处理专家数据库，实现自动化设备的故障自动诊断、处理及预警，减少典型故障对于人工判识的依赖，降低维保难度，提高维保效率。
结语
当前，煤矿的实际需求量不断上涨，原本的浅层煤矿资源基本已然被开发，并且过往所采用的煤矿开采技术也已经无法适用深层煤矿资源的开采作用中。这便需要对一些新型的定
向钻进技术加以应用。综上所述，定向钻进技术在矿井地质勘探中具有重要的应用，可以实现对陷落柱、采空区和巷道断层等相关地质结构的勘探，从而确保煤矿井下开采作业的安全性，提高开采作业的效率和质量。
参考文献
钢板桩引孔
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糖化锅
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