淺談井下鉆探主要危險(xiǎn)因素辨識(shí)及防治措施

孫天學(xué)，陳遵義，王秋旺，郭振華

（五礦邯邢礦業(yè)邯鄲地質(zhì)勘查有限公司， 河北 邯鄲市 056107）

0 前 言

鉆探技術(shù)是獲得地下蘊(yùn)藏的真實(shí)地質(zhì)資料和直接信息的一種技術(shù)。通過(guò)鉆探可對(duì)所取得的地質(zhì)和礦產(chǎn)資源參數(shù)作出評(píng)價(jià)（李樹德等，2007）。在礦山開采過(guò)程中，井下鉆探發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，一方面可以獲得可靠的地質(zhì)資料，為礦山的采礦設(shè)計(jì)提供依據(jù)；另一方面井下鉆探已納入了井下生產(chǎn)，是井下開拓工程必不可少的工序之一，再加上井下鉆探相對(duì)于坑探來(lái)說(shuō)具有成本低、操作方便等特點(diǎn)，在礦山得到了廣泛推廣和應(yīng)用［1］。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)礦山資源的開采步伐也在加快。許多老礦山經(jīng)歷了多年開采，資源日趨緊張，探采深部資源迫在眉睫。然而由于深部地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，礦山在探采深部資源的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻的安全問(wèn)題。由于受場(chǎng)地及施工環(huán)境等因素的影響，井下鉆探施工也面臨著各種危險(xiǎn)因素的威脅，如斷鉆、冒頂、突水等，如何辨識(shí)各種危險(xiǎn)因素并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，值得探討。

1 井下鉆探事故統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)公司2000～2009年井下鉆探事故類型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，主要為孔內(nèi)事故（折鉆、燒鉆）、地壓危害（冒頂、片幫）和水害，其中孔內(nèi)事故又是三類事故中常發(fā)生的。

事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，孔內(nèi)事故主要發(fā)生在地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜地段，特別是在軟巖層、斷層破碎帶鉆進(jìn)時(shí)，易發(fā)生折鉆和燒鉆，這也符合復(fù)雜地層對(duì)鉆探的影響。冒頂片幫事故主要發(fā)生在采場(chǎng)進(jìn)路的頂板和拱腳處鉆探施工中，是由于圍巖受鉆進(jìn)擾動(dòng)，其應(yīng)力重新分布或是破壞了巖體整體結(jié)構(gòu)等方面的原因，若鉆探人員沒(méi)有及時(shí)撤離或空區(qū)冒落時(shí)形成空氣沖擊氣浪沖擊井下鉆探人員，則會(huì)造成采空區(qū)頂板冒落傷人或拱腳片幫傷人事故。水害主要發(fā)生在超前探水（礦區(qū)穩(wěn)定水位下）期間，由于孔口裝置安裝不合格或施工地點(diǎn)地質(zhì)條件復(fù)雜，大量空區(qū)水或構(gòu)造裂隙水沿鉆孔或裂隙處瞬間高壓釋放，井下鉆探人員沒(méi)能及時(shí)撤離則引起事故的發(fā)生。

2 主要危害因素分析及辨識(shí)

2．1 孔內(nèi)事故危害

2．1．1 事故發(fā)生原因分析

井下鉆機(jī)類型各異，公司使用的井下鉆機(jī)主要為KY－200全液壓坑道鉆機(jī)、HD－150全液壓坑道鉆機(jī)、XY－2巖心坑道鉆機(jī)及履帶式雙臂液壓鑿巖臺(tái)車等，以上鉆機(jī)主要被用于進(jìn)行探礦、探空區(qū)、超前探水、采場(chǎng)中深孔施工及井下各種工程孔的施工等，鉆探施工深度較淺，孔深一般不超過(guò)200m。通過(guò)對(duì)公司2000～2009年井下孔內(nèi)事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，井下鉆探事故的原因主要有以下幾種。

（1）沒(méi)有選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)，這是引起事故的主觀原因。鉆機(jī)的鉆進(jìn)參數(shù)是指鉆壓、鉆速、沖洗液（一般為水或空氣）。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)到軟巖層或斷層破碎帶時(shí)，特別是施工上斜孔時(shí)，孔壁易坍塌，同時(shí)對(duì)鉆桿施加了一定的力，而操作人員在沒(méi)有察覺(jué)的情況下，繼續(xù)對(duì)鉆桿施加鉆壓，在復(fù)合力的作用下，鉆速?zèng)]有減緩，鉆桿就會(huì)發(fā)生彎曲斷裂。當(dāng)鉆具被巖屑等堵塞時(shí)，沖洗液無(wú)法正常循環(huán)，鉆頭不能被及時(shí)冷卻，若繼續(xù)鉆進(jìn)，很容易發(fā)生燒鉆事故。

（2）地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜。主要是指巖層蝕變段、斷層破碎帶、巖溶等構(gòu)造發(fā)育段，當(dāng)鉆進(jìn)到該層段時(shí)，孔壁易發(fā)生坍塌，從而引發(fā)折鉆、燒鉆等事故。

（3）鉆探設(shè)備老化，管材質(zhì)量不合格。

（4）鉆探操作人員違章作業(yè)。沒(méi)有按規(guī)程操作，現(xiàn)場(chǎng)注意力不集中，在鉆探異常發(fā)生的同時(shí)沒(méi)有察覺(jué)而貽誤了采取相應(yīng)對(duì)策的時(shí)機(jī)。

2．1．2 事故危害分析

孔內(nèi)事故危害是施工單位需要解決的重要難題，是影響井下正常生產(chǎn)的危害因素之一。

（1）孔內(nèi)事故影響鉆孔的施工質(zhì)量，增加了施工成本，貽誤了工期，從而順延了其它工程的施工，給礦山的正常生產(chǎn)帶來(lái)一定影響。

（2）危及人身安全?？變?nèi)故障的情況看不到、摸不著，全憑經(jīng)驗(yàn)判斷來(lái)決定采取處理方法，如處理事故不科學(xué)，操作不好就會(huì)傷人［2］。

（3）損失鉆機(jī)設(shè)備。當(dāng)發(fā)生折鉆或燒鉆等事故時(shí)，如果事故處理不順，遺留在孔內(nèi)的鉆桿可能無(wú)法打撈上來(lái)，給施工方帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。

2．1．3 孔內(nèi)事故辨識(shí)

鉆探施工人員在現(xiàn)場(chǎng)只要注意力集中，憑借其操作熟練程度和經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)孔內(nèi)事故進(jìn)行辨識(shí)。

（2）鉆具搖擺嚴(yán)重，回轉(zhuǎn)吃力，提動(dòng)困難且孔內(nèi)有異常響聲；

（3）孔口沖洗液突然中斷或泵壓升高；

（4）鉆具上附有大量堵塞物，應(yīng)及時(shí)清理［3］。

2．2 地壓危害分析及辨識(shí)

地壓危害問(wèn)題是礦山急需解決的難題，同時(shí)也是井下鉆探需要高度關(guān)注的安全問(wèn)題。井下鉆探人員要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，提高技術(shù)操作水平，不斷探索各種鉆探新工藝的試驗(yàn)研究，合理選擇各鉆進(jìn)參數(shù)，配合礦山加強(qiáng)地壓的安全管理，摸索地壓發(fā)生的規(guī)律，從而采取相應(yīng)的預(yù)防措施，以減少安全事故的發(fā)生。

2．2．1 巷道圍巖變形和破壞原因分析

該公司井下鉆探施工的礦床為矽卡巖型礦床，該類型礦床是指產(chǎn)在中酸性（少數(shù)情況下可以是酸性或基性～超基性）侵入巖、火山巖與碳酸鹽類巖石或其它巖石接觸帶或其附近巖石中的礦床（薛春紀(jì)等，2006）。礦床頂板一般為奧陶系灰?guī)r，該巖層節(jié)理較發(fā)育，但穩(wěn)固性較好；礦體為致密塊狀磁鐵礦，礦層完整體性好，穩(wěn)固；底板為矽卡巖和閃長(zhǎng)巖，由于受構(gòu)造影響，該巖層局部發(fā)生蝕變，強(qiáng)度降低，巖層穩(wěn)定性極差。發(fā)生巷道圍巖變形層段主要為矽卡巖段和蝕變閃長(zhǎng)巖段。

辛北爾康普(Siempelkamp)公司與Action Tesa公司在幾年前的IndiaWood展會(huì)開始合作。

由于巖層蝕變后強(qiáng)度明顯降低，鉆探在該區(qū)段施工時(shí)，鉆桿旋轉(zhuǎn)對(duì)巖層有一定擾動(dòng)，再加上節(jié)理裂隙發(fā)育，局部支護(hù)不及時(shí)，巖層應(yīng)力集中處很容易釋放，從而發(fā)生巷道變形。

2．2．2 采空區(qū)頂板冒落原因及危害分析

采空區(qū)頂板冒落是礦山主要的危險(xiǎn)因素，特別對(duì)于矽卡巖型礦床，由于接觸帶巖性一般強(qiáng)度較低，在巖石受擾動(dòng)后很容易破壞，從而發(fā)生應(yīng)力釋放。巖體冒落主要取決于巖性與結(jié)構(gòu)面。由于空區(qū)的位置、形成的時(shí)間、圍巖的穩(wěn)固程度等不同，造成的危害形式也不同。在復(fù)雜空區(qū)礦體中，空區(qū)冒落危害有以下幾種形式：

（1）空區(qū)冒落時(shí)形成空氣沖擊氣浪沖擊井下人員；

（2）空區(qū)底部冒落危及上部作業(yè)人員；

（3）空區(qū)頂板落塊或冒落引起的滾石碰砸鄰近作業(yè)人員［4］。

2．2．3 地壓危害辨識(shí)

發(fā)生地壓危害的條件，一是地壓應(yīng)力的釋放一般要有一定的高差和時(shí)間，圍巖發(fā)生變形時(shí)有異常聲響；二是地壓危害發(fā)生時(shí)鉆探人員正在危險(xiǎn)區(qū)施工。因而，鉆探人員在地壓危害發(fā)生前要及時(shí)辨識(shí)并撤出危險(xiǎn)區(qū)。

2．3 水害分析及辨識(shí)

2．3．1 水害分析

井下鉆探人員在富水礦區(qū)深部（穩(wěn)定水位）進(jìn)行超前探水，由于地質(zhì)條件等多種因素的影響，鉆探人員面臨著空區(qū)突水、構(gòu)造裂隙突水的威脅。

（1）民采空區(qū)水害。該公司井下鉆探施工的礦山，大都經(jīng)歷了多年開采，礦區(qū)長(zhǎng)期遭受周圍民采礦井的非法盜采。民采掠奪式的無(wú)規(guī)劃、無(wú)設(shè)計(jì)的私采濫挖，遺留下了大量不明采空區(qū)。這些采空區(qū)形成之后，在有水源補(bǔ)給的情況下，長(zhǎng)年累月逐漸匯集，使采空區(qū)大量積水，對(duì)礦山的安全生產(chǎn)形成了嚴(yán)重威脅。同時(shí)，由于這些民采采空區(qū)開采很不規(guī)范，越層越界現(xiàn)象嚴(yán)重，分布無(wú)規(guī)律，地表無(wú)痕跡，積水范圍、積水量無(wú)據(jù)可查，給礦山防治水工作帶來(lái)了極大的困難［5］。

（2）構(gòu)造裂隙水害。由于礦床受構(gòu)造影響，礦區(qū)內(nèi)的含水巖層奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r裂隙、巖溶較發(fā)育，且含有一定量的構(gòu)造裂隙水，對(duì)鉆探施工有一定的威脅。

（3）大氣降水水害。礦山大都經(jīng)歷了多年開采，對(duì)地表生態(tài)環(huán)境有一定的破壞，特別是越界的民采空區(qū)，采礦后沒(méi)有對(duì)采空區(qū)及時(shí)進(jìn)行充填，造成了地表不同程度的塌陷及形成了大小不等的地裂縫，為大氣降水向礦坑滲透提供了通道，在雨季易引發(fā)礦井回灌，從而引起水害的發(fā)生。

2．3．2 水害辨識(shí)

水害是威脅井下鉆探施工的主要危險(xiǎn)因素，根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)水害的辨識(shí)總結(jié)了以下幾點(diǎn)：

（1）圍巖發(fā)出異常聲音且周圍水氣變濃；

（2）鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿突然進(jìn)尺迅猛，壓力表突然增大，鉆孔中有“臭雞蛋”味氣體逸出。

3 防治措施

3．1 孔內(nèi)事故的防治措施

（1）井下施工現(xiàn)場(chǎng)必須配備常用公錐、母錐、吊錘、導(dǎo)向器、割管器、反絲鉆桿等專用的工具和器具。

（2）對(duì)鉆探操作人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，交流安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。鉆探技術(shù)人員結(jié)合本礦區(qū)實(shí)際情況，編寫一些安全生產(chǎn)知識(shí)教育材料。

（3）提高鉆探工作人員的責(zé)任心，尤其是直接操作者。必須認(rèn)真、全面、謹(jǐn)慎地掌握全部鉆進(jìn)情況，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)和每一種事故預(yù)兆進(jìn)行詳細(xì)分析研究。

（4）嚴(yán)格按照巖心鉆探規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，杜絕機(jī)臺(tái)“三違”現(xiàn)象發(fā)生。

（5）在鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)孔內(nèi)情況要全面掌握。交接班時(shí)，對(duì)孔內(nèi)安全情況要全面細(xì)致地交代清楚；對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)狀況以及各有關(guān)設(shè)備的安全情況也應(yīng)詳細(xì)交代［3］。

3．2 地壓危害的防治對(duì)策

（1）井下鉆探期間要加強(qiáng)施工場(chǎng)地范圍內(nèi)的頂板管理，分班前、班中、班后及時(shí)撿敲頂板出現(xiàn)的浮石。

（2）配合礦山安全管理人員做好地壓監(jiān)測(cè)、監(jiān)控工作，建立和完善行之有效的地壓監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)地壓活動(dòng)規(guī)律，鉆探管理人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)和信息傳遞，堅(jiān)持日常監(jiān)測(cè)，建議礦山采用有效支護(hù)方式預(yù)防巷道變形或采空區(qū)冒落。

（3）加強(qiáng)機(jī)臺(tái)安全檢查，增強(qiáng)鉆探人員的安全意識(shí)，杜絕機(jī)臺(tái)“三違”現(xiàn)象的發(fā)生。

3．3 水害的預(yù)防對(duì)策

對(duì)礦區(qū)內(nèi)水害特點(diǎn)進(jìn)行研究，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。在超前探水期間要做好孔口裝置的管理工作，孔口裝置的安裝技術(shù)要求如下：

（1）在孔口四周呈三角形施工3個(gè)錨桿，用于固定孔口管；

（2）用108mm鉆頭開口，鉆進(jìn)深度5m后，安裝91mm×4mm孔口管，管長(zhǎng)5．2m，孔口外露長(zhǎng)0．2m，孔內(nèi)長(zhǎng)5m；

（3）用膨脹橡膠纏繞孔口管，纏繞長(zhǎng)度5m，將纏繞膨脹橡膠的孔口管打入鉆孔中，并注漿；

（4）用鋼筋將孔口管和錨桿焊接在一起；

（5）在孔口管上安裝孔口閥門及壓力表。

孔口管安裝必須進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢查，抗壓強(qiáng)度不得低于4MPa。鉆探施工期間鉆桿要在孔口裝置中運(yùn)行，如遇鉆機(jī)壓力表或鉆孔內(nèi)水量瞬間增大，要及時(shí)關(guān)閉高壓閥門，查明原因后再繼續(xù)鉆進(jìn)。在危險(xiǎn)區(qū)施工時(shí)，要組織鉆探人員進(jìn)行專門的逃生演練，以增強(qiáng)施工人員的自救能力。

對(duì)于大氣降水危害，鉆探管理人員應(yīng)加強(qiáng)施工礦區(qū)的水文氣象調(diào)查，了解地表水分布情況，摸清其可能帶來(lái)危害的井下對(duì)應(yīng)部位，及時(shí)調(diào)整鉆探作業(yè)時(shí)間和地點(diǎn)，避免安全事故的發(fā)生。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)井下鉆探存在的主要危險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)，分析了其成因和帶來(lái)的危害，提出了相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策，并落實(shí)到各個(gè)施工機(jī)臺(tái)。實(shí)踐證明，2009～2011年，該公司井下鉆探安全生產(chǎn)工作取得了良好的成效，如表1所示，安全事故發(fā)生率連續(xù)3年保持下降。

表1 2009～2011年井下鉆探事故統(tǒng)計(jì)

對(duì)于以后的工作，首先要提高鉆探人員的技術(shù)水平，及時(shí)檢修鉆探設(shè)備，建立一套完善的井下鉆探管理制度；其次，鉆探管理人員要配合礦山安全管理人員做好地壓的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控工作，成立防治水領(lǐng)導(dǎo)小組，建立健全井下鉆探工作崗位責(zé)任制，加大安全監(jiān)管力度，杜絕“三違”現(xiàn)象的發(fā)生，為井下鉆探作業(yè)提供一個(gè)安全的環(huán)境。

［1］ 《采礦手冊(cè)》編輯委員會(huì)．采礦手冊(cè)（第4卷）［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，1990．

［2］ 王京慶．鉆探工程孔內(nèi)事故的危害及預(yù)防［J］．勞動(dòng)保護(hù)，2006（1）：74－75．

［3］ 李繼文，王 平，等．鉆探工作中常見孔內(nèi)事故的預(yù)防與處理［J］．吉林地質(zhì)，2010（4）：129－131．

［4］ 李現(xiàn)區(qū)．團(tuán)城鐵礦采空區(qū)冒落規(guī)律辨識(shí)及冒落危害防范［J］．采礦技術(shù)，2010，10（4）：68－69．

［5］ 竇梅林．西石門鐵礦開采主要危險(xiǎn)因素辨識(shí)及預(yù)防措施［J］．中國(guó)礦業(yè)，2011，6（3）：101－103．