注水鉆機在礦山地質(zhì)工作中的應用探究

李燕濤

（冀中能源集團股份有限公司章村礦，河北 邢臺 056001）

隨著礦產(chǎn)資源開產(chǎn)量的日益增加，許多的礦山安全問題也隨之上升，粉塵和火災等是礦山地質(zhì)工作常見問題。據(jù)統(tǒng)計，全世界評價每年發(fā)生礦山粉塵爆炸有969起，死于礦山粉塵爆炸的人員有46954人。粉塵問題已經(jīng)嚴重困擾到了礦山的正常生產(chǎn)和發(fā)展，以及嚴重威脅到了地質(zhì)人員的人身安全[1]。

經(jīng)研究發(fā)展，在礦山開采過程中采用注水工藝將礦體浸濕，增加粉塵濕度，進而改變其原有的物理特性，并對其進行合理的排出，可以降低粉塵爆炸的發(fā)生幾率，從而使礦山開采工作順利進行。目前注水工藝已經(jīng)被廣泛應用到礦山地質(zhì)工作中，而注水鉆機是實現(xiàn)該工藝價值的有效設備。此次根據(jù)吉林省放牛溝礦山具體實例對注水鉆機的應用進行了具體闡述。

1 礦山概況

吉林省放牛溝礦山礦脈西北走向長5km，傾斜寬度2.6km，礦區(qū)總體面積約8.6km2。該礦區(qū)內(nèi)賦存6層，厚度在1.69m～6.59m之間，平均2.98m。經(jīng)地質(zhì)勘查其中有一個局部可采，剩余所有大部分都具有良好的開發(fā)前景，把礦區(qū)分為A、B、C三個開采區(qū)，目前正在對開采區(qū)B進行回采，年產(chǎn)量約209萬噸，在東北地區(qū)屬于一個大型的礦山。

2 注水鉆機在礦山地質(zhì)工作中的應用

根據(jù)之前對開采區(qū)B的地質(zhì)勘查資料中發(fā)現(xiàn)，開采區(qū)B的東南邊界是F13斷層，斷層落差大約150m左右，屬于逆掩斷層[2]。受斷層影響，開采區(qū)B中有兩處發(fā)生逆轉，形成一個韌性剪切帶。據(jù)分析采區(qū)內(nèi)的兩處可能會受到逆轉構造應力作用，導致內(nèi)的礦體已經(jīng)碎裂產(chǎn)生大量的礦體粉塵物質(zhì)。根據(jù)以上分析，施工人員在開采區(qū)部分地區(qū)進行了礦層粉塵測量，經(jīng)探測采區(qū)發(fā)生斷層地區(qū)確實存有大量粉塵，而且粉塵含量達到5.6%。所以為了開采工作安全順利進行，需要運用注水鉆機對采取對粉塵進行有效治理。

2.1 選擇注水鉆機

在對采區(qū)B內(nèi)粉塵治理之前需要根據(jù)采區(qū)地質(zhì)條件選擇合適的注水鉆機，目前常用的注水鉆機有MK-9和ZKH-12兩種，下表為兩種注水鉆機的主要技術參數(shù)比較。

表1 MK-9和ZKH-12兩種注水鉆機的技術參數(shù)對比

考慮到吉林放牛溝礦山礦區(qū)地質(zhì)條件和粉塵存在深度，選用ZKH-12型號注水鉆機。

2.2 選擇注水方式

注水方式主要分為兩種，一是短孔注水，二是深孔注水。下圖為兩種注水方式工藝圖。

圖1 兩種注水方式工藝圖

短孔注水是在采區(qū)工作面垂直使用注水鉆機傾斜鉆孔注水，注水孔長度一般在5m～7.5m之間。短孔注水方式對礦區(qū)地質(zhì)條件要求低，并且使用起來簡單方便，沒有任何技術難度，但是這種方式需要對礦區(qū)進行大量的鉆孔，在注水過程中容易出現(xiàn)跑水現(xiàn)象[3]。深孔注水方式是在采區(qū)工作面進行垂直鉆孔注水，鉆孔長度一般在20m～25m之間。這種注水方式的優(yōu)點在于它不需要大量的鉆孔，并且單孔注水排氣量大，而且還能對礦體有浸濕作用，易于開采。但是在鉆孔注水過程中對壓力要求較高，工藝復雜，需要施工人員具有一定的注水經(jīng)驗[4]。綜合考慮兩種注水方式的優(yōu)缺點以及采取適用條件，采用深孔注水方式。

2.3 應用注水鉆機清除粉塵

采區(qū)平均厚度為2.98m，屬于中厚，以及垂直于工作面的走向上，底板到終水孔位置要求要在厚度的2/3處。根據(jù)以上條件確定此次應用注水鉆機礦層鉆孔角度為垂直鉆孔，鉆孔直徑為50mm，鉆孔長度為175m，每隔20m進行一次鉆孔注水，整個礦區(qū)的鉆孔量為36個。

在鉆孔過程中，鉆機要根據(jù)巷道和注水孔的方向來確定固定位置，并且鉆機前方要固定在巷道金屬架上，鉆機后面用三根具有伸縮功能的金屬柱固定，避免鉆孔時角度傾斜，然后利用兩個軌道卡子將鉆架緊在鉆機滑到上，方便調(diào)整注水鉆機施工角度。在注水過程中，鉆頭以與工作面垂直角度進行鉆孔，當鉆頭接觸到時，注水鉆機調(diào)整為高轉速慢推進模式，使處鉆孔圓整光滑[5]。

當鉆頭到達粉塵探測深度時，要對鉆孔進行注水，鉆機轉速減小，水的流量不得小于75L/m，出口壓力要控制在0.6MPa～0.7MPa之間，防止粉塵受壓力作用發(fā)生爆炸。對礦區(qū)中的粉塵采取超前排放，邊鉆孔邊注水邊排放，直至揭露F13斷層為止。當粉塵全部浸濕沉淀之后，需要進行封孔，封孔長度一般為5m～6m，直到鉆孔不出現(xiàn)反水現(xiàn)象為止。

3 結束語

注水鉆機是礦山地質(zhì)工作中常用的施工設備，除了用于粉塵治理以外，它還實用與礦區(qū)注水防塵、老空水排放、軟化等多個地質(zhì)工作中，可以有效解決眾多地質(zhì)問題，只要使用得當還可以做到一機多用，促進礦區(qū)開采工作有效進行，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。