急傾斜松散薄煤層探放水鉆孔施工技術(shù)

胡仲國 何順強 康發(fā)坤 李 虎 殷光蓮 潘永安

(四川川煤華榮能源股份有限公司太平煤礦)

太平煤礦煤層賦存南北走向，東西傾斜，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層較多，坡度變化較大。礦井以主平硐為中心分為南北兩翼，南翼煤層賦存相對簡單，傾角普遍在45°以上；北翼煤層賦存相對復(fù)雜，傾角普遍在25°～45°。礦井以11#煤層為標志層分為上下組，隨著礦井采掘不斷開展，+900 m水平回采工作基本結(jié)束，逐步轉(zhuǎn)入深部+700 m水平。11#煤層硬度低且黏結(jié)差，屬松散煤層，為保證巷道快速安全掘進，需施工探放水鉆孔探明上方積水和前方開采情況。

1 工作面概況

31112工作面是+700 m水平南一采區(qū)11#煤層第一區(qū)段第一個工作面，其上方為采空區(qū)，煤層傾角最大為49°，最小為41°，平均為46°，屬急傾斜煤層。31112工作面煤層結(jié)構(gòu)相對簡單,總厚度為0.48～2.00 m,平均厚1.35 m,煤層利用厚度為0.45～1.48 m,平均為1.12 m，煤層普氏硬度系數(shù)為1～2，屬松散煤層；煤層含13層夾矸，夾矸厚0.03～0.54 m,平均厚0.23 m,巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖夾煤線。

該煤層直接頂板為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾煤線，平均厚10.1 m，向內(nèi)600 m至工作面切眼煤層直接頂變?yōu)榈[巖。老頂為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖，平均厚12 m。直接底為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖，平均厚15.6 m。老底為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖，平均厚9.1 m。

2 探放水鉆孔施工

2.1 鉆孔布置

由于該煤層屬松散煤層，煤層硬度低且黏結(jié)度弱，若按照普通鉆孔施工方式將鉆孔布置在煤層中，極易發(fā)生塌孔和埋鉆現(xiàn)象，延長打鉆時間，而且增加了投入。為縮短打鉆時間，降低成本，充分利用急傾斜煤層工作面回采后煤層頂?shù)装迕奥浼耙苿右?guī)律，將鉆孔開口位置布置在煤層的頂?shù)装逯校渲?#、3#、4#、5#鉆孔布置在煤層頂板中，2#、6#鉆孔布置在煤層底板中，所有鉆孔開孔位置布置在距煤層0.3 m 處，鉆孔方向沿煤層走向按一定傾角呈扇形布置，終孔布置在煤層中。探放水鉆孔布置見圖1、圖2,鉆孔參數(shù)見表1。

2.2 鉆孔施工工藝

2.2.1 鉆孔機具

選用ZL-500型煤礦用坑道鉆機，電機功率為7.5 kW。該鉆機采用液壓傳動，體積小，重量輕，操作簡便，解體性能好，數(shù)分鐘之內(nèi)便可完成分解或組合，便于搬遷，不僅占地面積小而且能適應(yīng)各種不同工作環(huán)境的需要。鉆進深度為150 m，開孔直徑為115 mm，終孔直徑為56 mm，鉆桿直徑為42 mm。

2.2.2 鉆孔施工過程

巷道施工至允掘最大距離時停止巷道掘進工作，施工鉆孔所需的鉆場，然后在鉆場內(nèi)采用“四壓兩戧”對鉆機進行穩(wěn)固。鉆機安設(shè)好后，首先按1#鉆孔布置位置、方位、傾角進行施工，采用φ115 mm鉆頭開孔，鉆進5 m后安設(shè)止水套管并固定后，再采用φ56mm鉆頭鉆進至設(shè)計終孔長度。1#鉆孔施工到位后，按1#鉆孔施工方式依次施工頂板側(cè)的3#、4#、5#鉆孔，再施工底板側(cè)2#、6#鉆孔，所有鉆孔按設(shè)計施工完畢后，將鉆機移出鉆場。

圖1 鉆孔平面布置

圖2 鉆孔開孔位置

鉆孔編號鉆孔方位/(°)鉆孔傾角/(°)鉆孔長度/m開孔位置距巷道底板高度/m距煤層距離/m終孔位置1#28+170煤層頂板1．20．311#煤層中2#30+170煤層底板1．10．311#煤層中3#16+1274煤層頂板1．50．311#煤層中4#7+1947煤層頂板1．750．311#煤層中5#351+3131煤層頂板20．311#煤層中6#299+5022煤層底板1．350．311#煤層中

2.2.3 技術(shù)質(zhì)量保障措施

(1)由于探放水鉆孔布置在煤層頂板巖石中，防止因反推力使鉆機移位，鉆進過程中必須保持鉆機自身的穩(wěn)定，在鉆孔施工前必須將鉆機壓柱和戧柱打設(shè)牢固。

(2)ZL-500型煤礦用坑道鉆機共分為4個檔位，除“0”位，其余3個檔位分為高速、中速和低速，該鉆孔布置在巖石中，鉆進速度不宜太快，選擇低中速檔位較為適宜。

(3)由于探放水鉆孔布置在煤層頂板巖石中，當壓力較小時鉆進速度極為緩慢，且鉆頭磨損較為嚴重，壓力較大時鉆桿不能承受，造成彎曲，導(dǎo)致鉆孔不直，從而達不到設(shè)計要求，根據(jù)實際施工情況，鉆機壓力控制在3 MPa為宜。

(4)1#、2#鉆孔主要探明巷道前方煤層采掘活動，其施工長度決定巷道允許掘進距離；3#、4#、5#、6#鉆孔主要探明巷道上方煤層采掘活動和積水情況，所有鉆孔終孔位置必須打設(shè)至煤層中。

(5)止水套管直徑選擇主要取決于開孔和終孔直徑，本次鉆孔開孔直徑為115 mm，終孔直徑為56 mm，故止水套管選用φ63 mm鋼管制作，在鉆孔兩側(cè)開小孔，灌注水泥漿進行固定，為縮短固定時間，可在水泥漿中添加水玻璃。

3 結(jié) 語

該探放水施工方式充分運用了急傾斜煤層開采后頂?shù)装鍘r石運動規(guī)律，通過煤層頂?shù)装逋暾耘卸簩拥牟删蚧顒?，該施工方式不僅提高鉆孔進度和成孔率，而且每個鉆孔均達到設(shè)計長度要求。采用該鉆孔施工技術(shù)，3～4個小班能完成一次探放水6個鉆孔的施工，較鉆孔布置在煤層中速度提高了2～3倍；縮短鉆孔施工時間1.5個月，單進水平提高到140 m/月，工作面提前3個月形成，多生產(chǎn)原煤6萬t，較大程度緩解了礦井單翼生產(chǎn)過于集中和接續(xù)緊張局面，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。