超前鉆探技術(shù)在煤礦井下防治水中的應(yīng)用

趙慧國(guó)

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦，山西 原平 034000 ）

1 礦井基本情況

1.1 工程概況

梨園河煤礦隸屬于大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司，當(dāng)前礦區(qū)面積23.7556km2，生產(chǎn)規(guī)模180萬(wàn)t/年，批準(zhǔn)開(kāi)采礦種為2#～6#煤層，準(zhǔn)采標(biāo)高1880～820m。煤礦距北同蒲鐵路南部軒崗火車(chē)站9 km，距寧武站15km，且有公路相接。井田地處云中山北端，為桑干河與陽(yáng)武河分水嶺，屬剝蝕斷塊的低山中山區(qū)，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，溝谷縱橫發(fā)育，地形總體北高南低。本區(qū)處于永定河水系桑干河支流與子牙河水系滹沱河支流的分水嶺，區(qū)內(nèi)無(wú)較大的河流，主要發(fā)育一些沖溝，地下水補(bǔ)給來(lái)源于大氣降水，溝谷中僅在春季積雪融化和夏秋兩季雨后有短期地表徑流，經(jīng)觀測(cè)地表徑流的流量一般為0.08L/s，其余季節(jié)基本干枯。

1.2 工作面水文地質(zhì)情況

51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面屬于511區(qū)，其四鄰關(guān)系為：東部為工業(yè)廣場(chǎng)煤柱，南部為斜井煤柱，西部為511軌道上山，北部為51103回風(fēng)巷。該工作面設(shè)計(jì)掘進(jìn)方位為a=90°，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)928m，跟5#煤底板沿煤層走向掘進(jìn)。相應(yīng)地面無(wú)村莊及地面建筑，地形為基巖覆蓋，溝壑發(fā)育，地面標(biāo)高為1746～1679m，工作面預(yù)計(jì)標(biāo)高1464～1449m，蓋山厚度約230～282m。

1.3 水害分析

（1）小窯采空區(qū)積水。根據(jù)《大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦生產(chǎn)補(bǔ)充勘探報(bào)告》、《大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦礦井水文地質(zhì)類(lèi)型劃分報(bào)告》，現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，井田內(nèi)無(wú)大的地表水體，井田內(nèi)的關(guān)閉小窯均位于井田最北部，離現(xiàn)采掘活動(dòng)區(qū)2200 m以上，小窯水不會(huì)對(duì)采掘產(chǎn)生影響。

（2）奧陶系巖溶承壓水。梨園河礦奧灰水水位標(biāo)高為1080～1130m，僅井田南部部分為帶壓開(kāi)采區(qū)，現(xiàn)工作面位于井田中北部，預(yù)計(jì)最低標(biāo)高為1464m，高于奧灰水水位標(biāo)高，經(jīng)計(jì)算T＜0.06 MPa/m，不存在承壓水。因此奧灰?guī)r溶水對(duì)工作面掘進(jìn)無(wú)影響。

（3）采空區(qū)積水。51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面屬于511區(qū)，其四鄰關(guān)系為：東部為工業(yè)廣場(chǎng)煤柱，南部為斜井煤柱，西部為511軌道上山，北部為51103回風(fēng)巷。無(wú)采空區(qū)，所以工作面掘進(jìn)不受采空區(qū)積水威脅。

（4）頂、底板含水層水。5#煤層位于太原組中部，頂板主要含水層為砂巖裂隙水，底板含水層為太原組砂巖裂隙水。我礦所有掘進(jìn)工作面至今還未出現(xiàn)過(guò)頂?shù)装搴畬铀傲严端凰F(xiàn)象，只是在遇見(jiàn)斷層時(shí)有少量滴水，在遇見(jiàn)7.0m以上的斷層時(shí)滴水量最大為1.0～1.5m3/h。針對(duì)以上水患分析，51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)主要進(jìn)行“有掘必探”超前探。

2 超前鉆探鉆孔布置及主要參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 超前鉆探設(shè)備選定

本次選用ZL-750型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)，由鎮(zhèn)江安達(dá)煤礦專(zhuān)用設(shè)備有限公司生產(chǎn)。其主要技術(shù)參數(shù)為：鉆進(jìn)深度200m；終孔直徑Φ75mm；鉆桿規(guī)格Φ50 mm；鉆孔傾角0～±90；輸出轉(zhuǎn)速80/180 r/min；輸出扭矩1250/580N?m；給進(jìn)能力60kN；起拔能力45kN；給進(jìn)行程850mm；爬坡能力20；接地比壓＜0.06MPa；電機(jī)功率22kW；主機(jī)外形 尺寸3050×1300×2210mm；整機(jī)重量（不含鉆具）約2800 kg。

2.2 超前鉆探設(shè)計(jì)

采用礦井瞬變電磁儀YCS256對(duì)掘進(jìn)巷道進(jìn)行超前探查，勘探裝置類(lèi)型采用重疊回線組合裝置，工作面掘進(jìn)過(guò)程中，每70m利用交接班時(shí)間在巷道迎頭左方、前方、右方呈扇形布置進(jìn)行探測(cè)，預(yù)計(jì)探測(cè)13站。

物探施工結(jié)束后，采用ZL-750型鉆機(jī)對(duì)物探結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確保掘進(jìn)前方無(wú)水害威脅。結(jié)合水害分析，巷道沿底掘進(jìn)，針對(duì)實(shí)際情況，物探無(wú)異?！坝芯虮靥健痹O(shè)計(jì)4個(gè)鉆孔。鉆探驗(yàn)證孔按超前30m留設(shè)安全距離，1#孔沿掘進(jìn)方向水平鉆進(jìn)，2#孔沿掘進(jìn)方向鉆進(jìn)見(jiàn)頂，3#孔朝左手幫鉆進(jìn)，4#孔朝右手幫鉆進(jìn)。因煤層發(fā)生變化或地質(zhì)構(gòu)造影響，導(dǎo)致向頂板施工的鉆孔未達(dá)到設(shè)計(jì)孔深，如探入巖石1m時(shí)停止探鉆。如遇低洼處或斷層構(gòu)造有淋水水量加大處，進(jìn)行補(bǔ)打一站。

表1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

鉆孔設(shè)計(jì)傾角只做參考，δ表示為巷道傾角，實(shí)際布置鉆孔傾角時(shí)，根據(jù)煤層實(shí)際傾角決定。物探結(jié)果有異常時(shí)，針對(duì)異常范圍位置另行補(bǔ)充鉆孔設(shè)計(jì)。

第一站鉆場(chǎng)位置的確定及鉆場(chǎng)、水倉(cāng)要求。工作面開(kāi)口先掘進(jìn)專(zhuān)回、行人、皮帶、軌道措施巷，且四條上山在掘進(jìn)時(shí)已進(jìn)行了“有掘必探”，水文地質(zhì)條件清楚，無(wú)需二次進(jìn)行鉆探。因此51103進(jìn)風(fēng)巷第一站鉆探位置定在車(chē)場(chǎng)與511軌道巷貫通后5m進(jìn)行。鉆場(chǎng)布置在巷道前進(jìn)方向左手幫（2.5×2.5×3m），右手幫為臨時(shí)水倉(cāng)（2.5×2.5×5 m）。

2.3 物探安全措施

（1）下井前需要充分了解井下作業(yè)地點(diǎn)的安全情況，確保物探工作順利進(jìn)行。（2）施工隊(duì)組要停止掘進(jìn)、打眼，抽干工作面積水，清理巷道底部浮煤，全力配合物探工作。（3）物探人員要細(xì)心操作，并密切注意儀器顯示的數(shù)據(jù)情況。發(fā)現(xiàn)異常必須及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理。（4）物探工作進(jìn)行過(guò)程中，要由通風(fēng)瓦檢員現(xiàn)場(chǎng)全程檢查瓦斯情況，由安檢員負(fù)責(zé)檢查工作面頂板支護(hù)情況。（5）在物探過(guò)程中如存在安全隱患，必須及時(shí)停止作業(yè)，等待處理完畢繼續(xù)作業(yè)。（6）工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%，嚴(yán)禁施工。

3 鉆探安全措施的研究

鉆探工作開(kāi)始之前，所有參與51103進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)的人員及鉆探人員學(xué)習(xí)《煤礦安全規(guī)程》、《井下鉆探操作規(guī)程》及51103進(jìn)風(fēng)巷“有掘必探”設(shè)計(jì)方案。具體的安全措施如下：

（1）每站開(kāi)鉆前由機(jī)電隊(duì)架設(shè)4寸排水管路及排水能力不小于60～80 m3/h的水泵2臺(tái)（1臺(tái)使用，1臺(tái)備用），從臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)至511軌道大巷排水溝，聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)后，確保鉆探時(shí)能安全使用。（2）51103進(jìn)風(fēng)巷在超前鉆探時(shí)，施工隊(duì)必須把巷道清理平整，不得有浮煤，雜物等。（3）每站開(kāi)鉆前施工隊(duì)必須將排水溝挖好并保證排水。鉆機(jī)安裝必須平穩(wěn)，牢固，打好防止鉆機(jī)移動(dòng)的戧壓杠。（4）確定超前探孔位置時(shí)，鉆探隊(duì)在開(kāi)鉆前必須按照測(cè)量人員提供的實(shí)際鉆孔方位、傾角進(jìn)行鉆探。鉆探隊(duì)必須按設(shè)計(jì)方案施工，不得擅自修改設(shè)計(jì)，如確實(shí)要減少或增加孔數(shù)時(shí)必須經(jīng)地測(cè)副總批準(zhǔn)，總工同意后方可，巷道掘進(jìn)時(shí)掘進(jìn)隊(duì)必須根據(jù)下發(fā)的51103進(jìn)風(fēng)巷停止（允許）掘進(jìn)通知單執(zhí)行。（5）在鉆探的過(guò)程中，操作人員必須密切注意孔內(nèi)煤粉的濕潤(rùn)程度，如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)水壓有變化等異常情況時(shí)，應(yīng)立即停鉆但不得拔出鉆具，立即斷電撤人后匯報(bào)調(diào)度室并采取相應(yīng)措施，待恢復(fù)正常后，方可鉆進(jìn)。（6）每班鉆進(jìn)記錄必須清楚，準(zhǔn)確掌握進(jìn)尺，不得弄虛作假。每班打鉆情況要及時(shí)匯報(bào)地測(cè)科及調(diào)度室，并做好記錄。鉆探隊(duì)在卸鉆桿時(shí)，必須停止鉆機(jī)，采用人工卸鉆桿。（7）在超前鉆探時(shí)，如鉆孔出水量超過(guò)單孔出水量時(shí)（25m3/h），由當(dāng)班安監(jiān)員、跟班隊(duì)長(zhǎng)組織立即撤人并通知該區(qū)域受威脅的人員撤離并匯報(bào)調(diào)度室。

4 現(xiàn)場(chǎng)排水系統(tǒng)及避災(zāi)措施

避災(zāi)路線。1號(hào)線：51103進(jìn)風(fēng)巷→511軌道上山→5#集中軌道巷→副斜井→地面；2號(hào)線：51103進(jìn)風(fēng)巷→511軌道上山→5#集中軌道巷→主斜井→地面。

排水路線。51103進(jìn)風(fēng)巷臨時(shí)水倉(cāng)（BQS/150/50/45水泵Φ108×6 mm排水管）→511軌道巷（水溝）→5#集中軌道巷（水溝）→主斜井井底臨時(shí)水倉(cāng)（4臺(tái)100D45×7型排水泵，3臺(tái)使用1臺(tái)備用）→主斜井（Φ108×6 mm排水管）→地面。

通訊方式：在每個(gè)探水點(diǎn)安置專(zhuān)用電話，可隨時(shí)與井下各施工地點(diǎn)及調(diào)度室聯(lián)系。

5 實(shí)際應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

梨園河煤礦51103進(jìn)風(fēng)巷在進(jìn)行開(kāi)采前，采用鉆孔超前探測(cè)技術(shù)對(duì)該巷道水的分布進(jìn)行了相應(yīng)的探測(cè)。在實(shí)踐施工過(guò)程中如探測(cè)工藝不規(guī)范或沒(méi)有做好涌水事故的防范措施，就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的水害事故，危害到工人的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。本文以梨園河煤礦51103進(jìn)風(fēng)巷為研究對(duì)象，對(duì)超前鉆探鉆孔位置的設(shè)計(jì)、排水系統(tǒng)及避災(zāi)措施進(jìn)行了闡述，對(duì)于該煤礦的水害防治具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，有效地降低了梨園河煤礦突水安全事故的發(fā)生幾率。