青洼礦21031巷超前探測(cè)鉆孔設(shè)計(jì)及安全措施探析

牟華寧

（晉煤集團(tuán)翼城晟泰青洼煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

0 引言

富水層的存在極大地影響了生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行，對(duì)工人生命安全造成極大威脅，因此在富水區(qū)域進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探、先探后掘”的探放水原則，堅(jiān)持通風(fēng)系統(tǒng)不到位不探測(cè)，排水系統(tǒng)不完善不探測(cè)，通訊系統(tǒng)不到位不探測(cè)的“三不”探測(cè)原則。同時(shí)，為更精確更有效完成超前探測(cè)目的，應(yīng)堅(jiān)持物探先行，結(jié)合物探結(jié)果進(jìn)行精確超前鉆孔探水。在巷道掘進(jìn)進(jìn)行物探時(shí)，現(xiàn)有的技術(shù)主要包括了礦井全空間瞬變電磁法[1]、核磁共振超前探測(cè)法[2]、井中漸進(jìn)陣列式電法[3]、三維電法[4]、直流電法[5]及瞬變電磁法[6]等，由于瞬變電磁法具有施工效率高、對(duì)低阻體敏感、異常響應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[7-9]，因此成為煤礦現(xiàn)行掘巷探測(cè)應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)手段。通過(guò)物探結(jié)果能夠更為精確的獲得富水區(qū)域大體位置，能夠初步推斷富水區(qū)域范圍，水量及形態(tài)等，為鉆孔提供了施工決策依據(jù)，而對(duì)于鉆孔施工設(shè)計(jì)，現(xiàn)行技術(shù)又包括了超前鉆孔探測(cè)[10-11]及定向超前鉆孔探測(cè)[12]，而定向超前鉆孔探測(cè)由于設(shè)備精度要求高，仍沒有完全適用于大部分礦井。因此本文結(jié)合青洼礦2103工作面現(xiàn)有地質(zhì)采礦條件，設(shè)計(jì)采用瞬變電磁物探法及超前鉆探技術(shù)對(duì)21031巷進(jìn)行探測(cè)，以保證安全生產(chǎn)。

1 工程概況

2103工作面位于F3斷層以東，山西沁和能源九鑫煤業(yè)有限公司礦界以南。主要回風(fēng)下山、主要軌道下山（已掘）以西2102工作面（未采）以北。地面標(biāo)高 1027～1259m，工作面標(biāo)高 958～991.8m，走向長(zhǎng)661m，傾斜長(zhǎng)145m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤厚平均4.66m，傾角平均9.5°。直接頂以粉砂巖為主，夾雜泥砂互層，厚約4.0m，老頂為砂質(zhì)泥巖，厚約3.25m。直接底以碳質(zhì)泥巖為主，厚約1.5m，老底為粉砂互層，厚約7.0m。上覆巖層富水并存在相鄰積水空區(qū)，涌水主要來(lái)源于地表水及含水層裂隙水，最大涌水量：20m3/h，正常涌水量：5～10m3/h。

圖1 2103工作面平面布置圖

2 超前探測(cè)的必要性

1）2103工作面二階段部分處于承壓水下，煤層底板標(biāo)高為+953～+978m，奧灰水位標(biāo)高為+966.55m左右，奧灰水承壓值為0.57～0.82MPa，存在較強(qiáng)突水危險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行探明后采取有效的處理措施避免災(zāi)害發(fā)生。

2）2103面二階段切眼附近存在F3正斷層，傾角65°～75°，落差9～22m。斷層周圍巖體破碎，在回采近斷層時(shí)會(huì)增大導(dǎo)水裂隙帶高度，增加突水危害發(fā)生的可能。施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施，加強(qiáng)頂幫管理，確保安全生產(chǎn)。

3）2103面前期實(shí)測(cè)地質(zhì)資料較少，為保證正常回采及制定合理的生產(chǎn)管理措施，應(yīng)進(jìn)行物探、鉆探等對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化。

3 超前探測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.1 物探方案設(shè)計(jì)

礦井瞬變電磁法超前探測(cè)共布置橫向探測(cè)方向11 個(gè)（如圖 2（b）），分別是左側(cè)幫（0°、30°、45°、60°）、正前方（左側(cè) 90°、中間 90°、右側(cè) 90°）、右側(cè)幫（120°、135°、150°、180°）；在橫向上設(shè)置 3個(gè)探測(cè)角度（圖2（a）所示）：分別為與巷道頂板呈45°、0°、-45°夾角向前進(jìn)行探測(cè)，共布設(shè)33個(gè)物探探測(cè)點(diǎn)。物探探測(cè)100m，允許掘進(jìn)70m，必須保留不小于30米的凈煤柱，根據(jù)物探總結(jié)報(bào)告，有異常范圍的區(qū)域再增補(bǔ)鉆孔進(jìn)行探測(cè)。圖2為具體物探設(shè)計(jì)布置示意圖。

圖2 瞬變電磁法探測(cè)布置示意圖

3.2 超前鉆探方案設(shè)計(jì)

3.2.1 鉆探設(shè)備

ZYJ-380/210架柱式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，鉆頭Φ55 mm，鉆桿Φ42 mm 800 mm。

3.2.2 鉆探方案設(shè)計(jì)

工作面鉆孔設(shè)計(jì)9個(gè)，分別沿煤層頂板、中部、底板平行掘進(jìn)，鉆孔布置為扇形，在距頂板1000mm位置鉆孔，分別編號(hào)為1#孔、2#孔、3#孔，在掘金迎頭中部煤壁處（距上部鉆孔1000mm）鉆孔，分別編號(hào)為4#孔、5#孔、6#孔，在據(jù)底板1000mm位置鉆孔，分別編號(hào)為7#孔、8#孔、9#孔，各孔間距1000mm，鉆孔布置如圖3（b）所示。第一個(gè)鉆孔于迎頭正中處，垂直打入，第二個(gè)鉆孔布置在距左巷幫1m左右，鉆桿與巷幫夾角31°打入進(jìn)入，第三個(gè)鉆孔與第二個(gè)鉆孔關(guān)于巷道中心對(duì)稱布置，左右偏差不超過(guò)0.3米，其余兩層鉆孔設(shè)計(jì)相同，施工設(shè)計(jì)如圖3（a）所示。在施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)施工鉆孔角度需依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理優(yōu)化，掘進(jìn)過(guò)程需嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆-掘-鉆-進(jìn)的循環(huán)作業(yè)工序。具體鉆孔參數(shù)為見表1。

表1 2103工作面探測(cè)鉆孔參數(shù)表

圖3 鉆孔施工設(shè)計(jì)圖

4 安全技術(shù)措施

4.1 頂板安全技術(shù)措施

1）作業(yè)人員應(yīng)在作業(yè)過(guò)程中注意環(huán)境安全，并認(rèn)真按照《煤礦安全規(guī)程》進(jìn)行施工作業(yè)。

2）嚴(yán)禁任何人在頂板支護(hù)情況不良或者未支護(hù)時(shí)間點(diǎn)及作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行施工作業(yè)或滯留。

4.2 打鉆安全技術(shù)措施

1）在鉆進(jìn)時(shí)要注意觀察鉆探孔內(nèi)水情變化情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)時(shí)輕松順暢且有水順鉆桿流出時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，向負(fù)責(zé)技術(shù)人員進(jìn)行匯報(bào)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人觀察鉆孔后根據(jù)水情變化情況采取相應(yīng)防控措施。

2）鉆進(jìn)過(guò)程中，施工作業(yè)人員必須扎緊袖口，禁止帶手套等纖維制品作業(yè)，要注意鉆進(jìn)回水情況，嚴(yán)禁無(wú)水鉆進(jìn)。

3）打孔施工過(guò)程中，需配備專門人員檢測(cè)鉆機(jī)10 m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛龋魸舛冗_(dá)0.7%，應(yīng)立即停止施工并切斷電源，撤出作業(yè)工人。

4）施工過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)有害氣體溢出，應(yīng)立即停止施工作業(yè)，撤出全部施工作業(yè)人員，并向調(diào)度室匯報(bào)。

5）作業(yè)處需配備兩臺(tái)正常工作水泵，并保證排水管路暢通。

6）每次工作面鉆孔施工完畢后，施工隊(duì)組要及時(shí)在探測(cè)位置側(cè)幫巷中打一根錨桿進(jìn)行固定，標(biāo)注紅漆作為鉆探位置唯一標(biāo)示，巷道成巷后要保證錨桿外露長(zhǎng)度50～100mm為準(zhǔn)。

5 結(jié)論

1）針對(duì)青洼礦21031巷承壓水下掘進(jìn)問(wèn)題提出了綜合運(yùn)用瞬變電磁法及超前鉆探技術(shù)來(lái)進(jìn)行超前探測(cè)。根據(jù)實(shí)際采礦地質(zhì)條件設(shè)計(jì)施工了33個(gè)物探點(diǎn)，9個(gè)鉆探點(diǎn)，并對(duì)其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，探測(cè)、查明了超前巖層中的含水情況。

2）針對(duì)超前鉆探技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)安全措施探討，制定了頂板控制及打鉆過(guò)程中的安全技術(shù)措施，確保了施工安全進(jìn)行，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著成效。