水害事故严重程度仅次于瓦斯灾害,是影响矿井安全高效生产的重要灾害类型之一。神华宁煤集团位于我国西北侏罗系裂隙水害代表区域,尤其是鸳鸯湖、马家滩等矿区的部分新建矿井受顶板水害威胁严重。红柳煤矿是鸳鸯湖矿区顶板水害的代表,受直罗组砂岩含水层危害,防治水需求紧迫。目前红柳煤矿主要采用井下物探技术和大角度上仰常规钻孔进行顶板含水体探查和疏放,存在探查准确度低、钻探治理工程量大、疏水时间短效果差,无法超前区域治理等不足,不能满足矿井高效开采需要。本文从红柳煤矿顶板水害防治需要出发,通过分析矿井地质与水文地质特征,研究利用井下定向钻孔进行顶板水探放的技术方法,通过定向钻孔设计技术、成孔工艺技术和配套钻进装备研制选型,总结出一套适用于红柳煤矿顶板水害防治的井下定向钻孔钻进技术与装备,选择3121工作面进行了技术应用实践,顶板水探放效果显著。主要研究工作及成果如下:(1)针对顶板水探放定向钻孔施工特点,完成了定向钻孔设计技术研究,从钻孔结构、平面和空间布置方案及轨迹设计三个方面对顶板水探放定向钻孔进行了合理设计。(2)本文完成了顶板水探放定向钻孔成孔工艺研究,综合采用大直径螺旋钻杆回转钻进和螺杆马达随钻测量定向钻进等两种技术方法,完成了顶板水探放定向钻孔高效高成功率施工,对使用到的各种钻进技术的原理、钻具选配和技术关键点进行了分析,保证了大直径套管下放、岩层大位移定向钻孔和高精度探查孔快速成孔。(3)结合顶板水探放定向钻孔施工需要,完成了配套钻进装备的研制选型,形成了完善的钻进装备体系。(4)在红柳煤矿进行了技术应用,验证了本文研究成果能够满足该矿顶板水害防治的需要。施工完成的顶板水探放定向钻孔既可保证在目的层长距离延伸,又满足工作面全面积覆盖无盲区,且能够加大与顶板含水层、导水裂隙和地质构造带的钻遇率,实钻最大单孔疏放水量达到216 m3/h,起到良好的顶板水探放效果。(5)通过对定向钻孔的探放水量、水质和水温分析,及与常规钻孔对比及相邻工作面施工情况对比,证明采用井下定向钻孔进行顶板水探放的效果明显,优点突出,具有全面推广价值。