超前鉆探預測預報技術在煤礦中的應用

趙 毅

（山西晉能集團有限公司晉城有限公司，山西 晉城048000）

小型褶曲、隱伏陷落柱嚴重影響著煤礦掘進期間的安全，小型褶曲造成的煤層起伏變化對巷道掘進施工坡度的確定起著很大制約作用，陷落柱對采掘工作面布置、資源儲量回收起著決定性影響。通過超前鉆探施工探明煤層起伏變化情況、地質構造產狀、賦水導水性等信息，利用鉆探成果進行綜合地質分析，準確發(fā)布地質、水情水害、瓦斯預測預報，為煤礦安全生產提供地質保障。超前鉆探預測預報技術對提高預測預報的準確率和可靠性、防止災害發(fā)生具有現實指導意義。

本文以裕興煤礦二采區(qū)北翼輔運巷為例，針對巷道前方的不明構造及煤層產狀變化地段開展超前鉆探，進行地質綜合分析，準確預測預報，合理優(yōu)化調整巷道施工坡度、開口位置等參數，以達到減少工程浪費，杜絕瓦斯、水害事故發(fā)生，保證掘進安全的目的。

1 概述

裕興煤業(yè)有限公司北翼輔運巷位于井田西部。北部橫穿F1、F2斷層至井田邊界，南部為二采區(qū)西翼輔運巷與二采區(qū)西翼回風巷，西部為二采區(qū)北翼回風巷，東部為二采區(qū)北翼膠帶巷。

輔運巷開口位于F36導線點向西25.5 m，方位角1°45′53.7″，掘進長度1 412 m。巷道凈寬5 m，凈高3.5 m，凈斷面積17.5 m2，沿煤層頂板布置。巷道掘進煤層為15號層，平均厚度為4.05 m，受區(qū)域構造影響，井田內發(fā)育以寬緩的背向斜構造為主，軸向大致北北東，兩翼地層傾角1-4°，煤層常夾0～2層夾矸，結構簡單～較簡單，頂板多為K2灰?guī)r，局部為黑色泥巖；底板為泥巖或粉砂巖，全區(qū)穩(wěn)定可采的厚煤層。

裕興煤業(yè)所處區(qū)域地層早期地下水活動頻繁，陷落柱發(fā)育，地質勘探期間未能全部探明，在掘進和回采過程中揭露了4個隱伏的陷落柱，隱伏陷落柱對二采區(qū)開拓巷道布置的設計工作造成一定不確定性影響，因此，輔運巷掘進期間采用超前鉆探預測預報技術分段掩護掘進，找出掘進前方隱伏陷落柱并探明其性質和產狀，及時優(yōu)化采區(qū)設計，以減少掘進工程浪費，確保掘進安全。

2 超前鉆探設計應用

2.1 超前鉆探設計

1）裕興煤業(yè)二采區(qū)煤層賦存相對穩(wěn)定，全區(qū)煤層傾角0°～6°，平均3°。二采區(qū)北翼輔運巷設計沿煤層底板掘進施工，設計第一循環(huán)超前鉆探鉆孔，呈扇形布置，設計長度按80 m一個循環(huán)，一組鉆孔縱向上4個（1號—4號）。

2）1號孔設計見頂板，4號孔設計見底板，2號、3號孔全煤鉆進，鉆孔遇巖或者遇空后鉆進困難時撤鉆，分析評價瓦斯和水害威脅程度，排除威脅后掘進至距構造10 m處開始第二循環(huán)鉆探如下頁圖1所示。

3）鉆孔施工時每循環(huán)保留30 m超前距，采用水力排粉無芯鉆進，根據反水顏色和鉆屑判斷鉆進層位是煤層還是頂、底板。

4）鉆探施工結果為：第一循環(huán)鉆探施工鉆孔4個，1號孔+6°施工30 m見頂板，2號孔+2°施工33 m見空，3號孔-1°施工33 m見空，4號孔-4°施工30 m見底板。第二循環(huán)鉆探施工4個鉆孔全部10 m左右見空。

圖1 北翼輔運巷超前鉆探示意圖

2.2 超前鉆探安全技術措施

1）在進行超前鉆探施工前必須對鉆場及其附件頂板、煤壁穩(wěn)定情況進行進行觀察，必要是需對頂板采用支設工字鋼棚、支設木柱進行加固，對巷幫采取注漿進行加固。

2）鉆機安裝前必須對安裝地點進行起底硬化，鉆機安裝必須牢固可靠，鉆機底座必須采用四根地錨進行固定。

3）在鉆進施工時，必須由專業(yè)急速人員現場指導，保證鉆孔深度、角度以及其他技術參數符合設計要求，鉆機過程中應嚴格記錄鉆孔內巖性變化。

4）在鉆孔施工期間必須對鉆場安裝瓦斯探頭，定期對鉆場有害氣體檢測，當鉆進至空洞時立即停止鉆機，及時對鉆孔內涌出氣體進行檢測。

2.3 超前鉆探綜合分析

裕興煤業(yè)二采區(qū)北翼輔運巷第一循環(huán)超前鉆探結束后，利用鉆孔資料，結合周邊已掘巷道揭露地質資料進行一次綜合地質分析，得出結論如下結論：

1）二采區(qū)北翼輔運巷開口向前33 m范圍煤層賦存穩(wěn)定，在33 m處存在空洞，具體范圍不詳，但是周邊的回風巷和軌道巷與北翼輔運巷留有30 m煤柱，兩巷掘進期間均為實體煤且鉆探20 m巷幫也是實體煤，因此二采區(qū)北翼輔運巷前方空洞范圍小于20 m。

2）第二循環(huán)超前鉆探結束后，再次進行綜合地質分析，周邊無原來小窯采掘活動，排除老空區(qū)的可能性，得出結論：二采區(qū)北翼輔運巷開口向前33 m處為一空腔陷落柱（因15號煤層頂板硬度很高，陷落柱發(fā)育范圍較小時，15號煤層及煤層底板塌陷壓實，煤層頂板未垮落到陷落柱體內造成空洞），建議重新選址開口或者繞道掘進。如此進行多循環(huán)分段超前鉆探預測預報，為巷道安全、高效的掘進提供準確的地質資料。

3 結語

截止2019年11月22日北翼輔運巷已掘進至50 m處，通過現場觀察發(fā)現，巷道掘進至32 m處工作面迎頭出現松散現象，巷道掘進至33 m處出現空洞，洞內主要以雜亂無章的泥巖塊狀體為主，揭露空洞后兩側通過鉆探確定寬度為8.5 m，長度為17.5 m，空洞高度為2.7 m，頂板處含有一層一泥巖、煤混合巖層為主，空洞整體成橢圓狀，揭露空洞后空洞內無積水及頂板淋水，空洞內瓦斯?jié)舛葹?.2%，通過加強通風后對巷道掘進無影響。

利用超前鉆探探清北翼輔運巷陷落柱性質和范圍等地質參數，與實際揭露陷落柱相關參數基本相符，由此可見通過超前鉆探可及時、準確下發(fā)預測預報，為生產部門采取下一步施工措施提供地質保障，實現安全生產，在煤礦應用廣泛，有著重要作用。