坑道鑽探

坑道鑽探，將地面鑽探技術套用在坑道內進行的鑽探作業。其主要目的有：①探明圍岩的構造;②揭示礦體的產狀;③在採礦坑道超前探測地下水和瓦斯等險情；④發現盲礦體；⑤代替某些勘探坑道或指導坑道掘進方向等。

基本介紹

• 中文名：坑道鑽探
• 外文名：Tunnel Drilling
• 定義：在坑道內進行的鑽探作業
• 目的：探明圍岩的構造，揭示礦體的產狀
• 國內起始時間：20世紀50年代
• 學科：煤地質學

主要任務

在煤炭工業中，其主要任務是，①在補充勘探或超前探查中，進一步查明待開採煤層的賦存狀態或掘進工作面前方的地質構造，為開採和掘進設計提供更為詳實的地質資料;②用以排除隱患，防治災害，為煤礦安全生產服務，包括瓦斯抽放、探放水、煤層注水降塵、難冒落頂板注水軟化、探查火區及注水滅火等;③其它一些工程鑽孔施工。在用於勘探目的時，坑道鑽探與巷探比較，具有成本低、速度快，而且不影響後期採掘工作等優點，但取得的信息量不如巷探豐富。在條件許可時，應儘量用鑽探代替巷探。用坑道鑽探代替地面鑽探，對礦井深部進行勘探，可以避開地表覆蓋層和淺部採空區，既節省鑽探工程量，又可簡化鑽探工藝，加快工作進度，降低成本。

發展

中國從20世紀50年代起就開始採用坑道鑽探，並在雲南省箇舊錫礦區取得良好效益，隨後設計生產了KD-100型坑道鑽機，並從國外引進了JKS-25、泰美克-250等型號的坑道鑽機。到80年代中國地質、煤炭、有色金屬等系統設計生產的DK型、MK型和鑽石型坑道鑽機都逐漸形成了系列，其鑽深能力分別有50米、75米、100米、150米、300米和600米等，並且已廣泛在全國礦山使用。

坑道鑽探除能獲得可靠的地質資料和地下水及瓦斯等資料外，與採用開掘坑道相比，勘探速度快幾倍到幾十倍，勘探成本相應大幅度下降。這項鑽探技術已發展成為礦產勘探和採掘過程中不可缺少的方法之一。

特點

坑道鑽探特點有：①地下坑道空間小，常需要開拓鑽窩，為減小鑽窩開拓費用，宜採用體積小、機械化和自動化程度高的鑽探設備，並採用繩索取心或水力反循環取心鑽探工藝；②坑道內要鑽各種不同方位和傾角的鑽孔，鑽機要能鑽任意角度的鑽孔（見圖坑道鑽探一開孔就在基岩內鑽進，鑽孔結構簡單，鑽孔口徑較小，常用兩種孔徑，地質找礦勘探常用46毫米和59毫米兩種孔徑，煤田坑道鑽探孔徑稍大，常用75毫米和91毫米兩種孔徑；④坑道鑽探受工作環境限制，鑽機的動力只適宜用電力液壓馬達或壓縮空氣驅動，所有裝備都要有防水、防潮、防火、防爆及漏電保護等設施。

[DK-150型鑽機施工狀態圖]）;③

鑽進方法

在鑽進方法上，除勘探鑽孔需採取岩心外，通常都採用無岩心鑽進，鑽孔結構也較簡單。迴轉鑽進是普遍採用的方法，只有在硬岩中進行無岩心鑽進且對鑽進速度要求較高時，才採用風動衝擊鑽進。因為含煤岩系中軟及中硬岩石居多，所以硬質合金鑽進套用最廣。在硬岩中進行取心鑽進或繩索取心鑽進時，多用金剛石鑽進。近年來，複合片鑽頭也開始套用於煤礦井下，個別礦井還用鑲齒牙輪鑽頭在硬岩中進行大口徑無岩心鑽進。除了套用地面鑽探中的成熟技術之外，在坑道鑽探中還發展了水平鑽和煤層鑽。

水平鑽和煤層鑽都屬於受控定向鑽進 ，但是水平鑽要使鑽孔軌跡維持近似水平，既可穿過煤層也可穿過圍岩，而煤層鑽則要使鑽孔在煤層中延深，為此鑽孔軌跡要按煤層的起伏變化而彎曲。它們都是隨著綜合機械化採煤技術的推廣，要求對地質構造的探測精度不斷提高;為更有效地進行瓦斯抽放，要求鑽進較深的沿煤層鑽孔等技術需求的出現而發展起來的。在國外，從20世紀70年代初開始研究，至70年代末已基本成熟，80年代得到推廣套用和進一步完善。中國從20世紀70年代末開始作技術上的準備，80年代末正式列項，將煤層鑽與地質預測、物探等手段結合起來，開始綜採煤層地質條件綜合探測技術的試驗研究。

一般來說，這兩種定向鑽進方法的技術關鍵都是，①用精度高、性能可靠的鑽孔測斜儀在鑽進過程中經常對鑽孔的傾角和方位角進行測量，及時掌握鑽孔軌跡的變化;②隨時將鑽孔實際軌跡與設計軌跡相比較，同時參照岩心或岩屑的變化，判斷鑽孔偏斜的方向和大小，然後採取相應的糾斜措施，改變鑽孔方向，使之回到設計軌跡上或煤層中。

造斜工具

用於定向鑽進的人工造斜工具種類較多，但在水平鑽和煤層鑽中套用效果較好的是採用穩定組合鑽具或螺桿鑽具配以造斜件。用穩定組合鑽具進行定向鑽進(見穩定器)的優點是，在正常鑽進的同時進行造斜，其工效高、成本低;其缺點是，造斜效果在很大程度上取決於施工人員的經驗，並且對鑽孔方位(水平偏差)的控制能力較差。用螺桿鑽具配以造斜件進行定向鑽進，可提高造斜的可靠性，並且對鑽孔傾角和方位角都能進行有效的控制。但是，螺桿鑽具價格高，使用壽命短，增高了鑽探成本，只宜短時使用。在生產中，通常將兩種方法相結合，以獲取較好的技術經濟效果。