48700回風(fēng)順槽定向鉆機(jī)超前探孔設(shè)計(jì)方案

王志剛

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

防治水工作是煤礦一項(xiàng)重要工作，特別是對(duì)于開采歷史比較久遠(yuǎn)且周邊小窯情況比較復(fù)雜的礦井，防治水工作的成效直接關(guān)系到礦井能否實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。井下探放水鉆孔普遍采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)施工，難以有效控制鉆進(jìn)軌跡，在長(zhǎng)距離鉆進(jìn)時(shí)常出現(xiàn)鉆孔偏斜的情況，導(dǎo)致出現(xiàn)探放水盲區(qū)，并且鉆孔深度有限，覆蓋面積不大，因此探放水效果較差。21 世紀(jì)初國(guó)內(nèi)煤礦開始引進(jìn)澳大利亞隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)裝備，并將其應(yīng)用到瓦斯抽采鉆孔施工作業(yè)當(dāng)中，隨后定向鉆機(jī)開始逐漸國(guó)產(chǎn)化，最大鉆進(jìn)深度可以超過(guò)1 800 m。定向鉆機(jī)的應(yīng)用范圍從瓦斯抽采鉆孔的施工作業(yè)逐漸擴(kuò)展到防治水工作、注漿鉆孔施工作業(yè)等領(lǐng)域，并在紅柳、五里堠等煤礦取得顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果[1]。李泉新等將井下定向鉆孔用于水害防治領(lǐng)域，對(duì)頂板超前區(qū)域疏放巖層水和老空水，實(shí)現(xiàn)了超前區(qū)域水害治理[2]。石智軍等開展了定向鉆孔在地質(zhì)勘探中應(yīng)用研究，系統(tǒng)建立了斷層、陷落柱、煤層沖刷帶等地質(zhì)異常體探查技術(shù)與方法[3]。西銘礦始建于1956年年初，開采歷史較長(zhǎng)，因此其工作面開采的水文地質(zhì)條件相應(yīng)也較為復(fù)雜，應(yīng)用普通鉆進(jìn)施工鉆孔難以精確探測(cè)老采空區(qū)的積水情況。為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化超前鉆探，保證開掘工作面巷道安全，決定將定向鉆機(jī)應(yīng)用于48700 回風(fēng)順槽的防治水超前鉆探工作中，以預(yù)先準(zhǔn)確掌握掘進(jìn)巷道周圍的地質(zhì)構(gòu)造、小窯巷道、積水隱患等情況。

1 工作面情況

西銘礦48700 工作面地表位于隨老母斷層以南、婁煩灘風(fēng)機(jī)房以北，工作面北部地表為馬矢山村。井下地處北七采區(qū)右側(cè)，其北側(cè)與隨老母斷層相鄰，間距10～50 m；南側(cè)與采區(qū)集中巷相鄰；西側(cè)與正回采的48703 工作面相鄰； 東側(cè)為未開發(fā)的48702 工作面； 工作面之間所留設(shè)實(shí)體煤柱均為25 m。48700 工作面布置在8#煤層中，其上覆的2#、3#煤層都已回采完畢，其中2#煤是由小窯開采的，8#煤層與2#、3#煤層之間的層間距分別為92 m、63 m。

48700 工作面所掘8#煤層的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，上部為頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖的夾石，平均厚度為2.00 m，8#煤層的上、下分層厚度分別為0.60 m、3.20 m，如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

48700 工作面南部地表有馬家灘溝由南向北穿過(guò)，為季節(jié)性溝谷，雨季短暫有水，平時(shí)干涸，溝底與8#煤層間距260～296 m 左右。48700 工作面上覆石灰?guī)r局部富含裂隙水，鉆探施工中遇地質(zhì)構(gòu)造及頂板破碎帶時(shí)會(huì)有涌水出現(xiàn)，對(duì)鉆探施工有一定影響。奧灰水標(biāo)高為+823 m，48700 工作面所開采8#煤層的底板標(biāo)高范圍為+1 000 ～+1 072 m，因此工作面不屬于帶壓開采。綜上所述，綜合判定該工作面水文地質(zhì)類型為中等類型。

48700 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 670 m，矩形斷面，寬4.0 m、高3.4 m，面積13.6 m2?；仫L(fēng)順槽托夾石掘進(jìn)，頂板為錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)形式，兩幫為錨網(wǎng)支護(hù)形式。

2 定向長(zhǎng)鉆孔施工設(shè)計(jì)方案

定向鉆機(jī)具有高精度定向、可調(diào)控鉆孔軌跡、鉆進(jìn)深度大等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)定向長(zhǎng)鉆孔“線”性探查來(lái)代替短鉆孔“點(diǎn)”狀探查，進(jìn)而可以查明巷道前方區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、積水等情況，確保巷道在掘進(jìn)期間不受水患影響[4-5]。

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

選用西安煤科院ZDY6000LD（B）型定向鉆機(jī)施工，在48700 回風(fēng)順槽相鄰巷道48703 輔助進(jìn)風(fēng)巷沿巷道設(shè)計(jì)方位施工定向鉆孔查明巷道前方水患情況，共設(shè)計(jì)3 個(gè)鉆場(chǎng)，分別位于48703 輔助進(jìn)風(fēng)巷測(cè)7#（1#鉆場(chǎng)）、測(cè)37#（2#鉆場(chǎng)）、測(cè)切1#（3#鉆場(chǎng)）點(diǎn)處，鉆孔施工層位均為8#下煤層中，如圖1所示。

圖1 超前探鉆孔平面布置

2.2 鉆場(chǎng)布置

將鉆場(chǎng)布置于巷道圍巖較為穩(wěn)定位置，鉆場(chǎng)沿開孔方向深度≥6.5 m、寬度≥4 m、高度≥3 m。鉆場(chǎng)所布置位置處的巷道底板較為平整，其底部同巷道底部平齊或者比巷道底部略高，有利于自流排水，并且巷道頂?shù)装逯ёo(hù)應(yīng)當(dāng)較為良好，圍巖較為完整。

2.3 鉆孔工程量

48700 回風(fēng)順槽共設(shè)計(jì)定向順層鉆孔9 個(gè)，共計(jì)探測(cè)進(jìn)尺4 756 m，48700 回風(fēng)順槽定向鉆孔工程量如表2所示。

表2 48700 回風(fēng)順槽定向鉆孔工程量

表2中的各項(xiàng)鉆孔參數(shù)均為設(shè)計(jì)值，在實(shí)際施工中應(yīng)當(dāng)根據(jù)鉆機(jī)實(shí)際施工情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到探查的目的。

2.4 鉆進(jìn)方法及流程

本次施工采用 “開孔→鉆進(jìn)→測(cè)量→鉆進(jìn)→測(cè)量→完孔”的工藝流程[6]，如圖2所示。

圖2 定向鉆進(jìn)工藝流程

3 超前探鉆結(jié)果分析

48700 回風(fēng)順槽定向鉆機(jī)超前探鉆累計(jì)進(jìn)尺4 756 m，鉆探過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)小窯巷道、水患，鉆探過(guò)程中對(duì)F811、F8642、F8629斷層在48700 回風(fēng)順槽中的揭露位置進(jìn)行了控制，有利于指導(dǎo)掘進(jìn)施工隊(duì)組提前采取措施實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)。此外，通過(guò)本次定向鉆機(jī)超前探孔所施工的3 個(gè)鉆場(chǎng)，還對(duì)礦界邊上的隨老母大斷層邊界也進(jìn)行了探查，斷層未進(jìn)入48700 切眼設(shè)計(jì)范圍，由此可以推斷出48700工作面切眼可以安全掘進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

將定向鉆機(jī)施工超前探測(cè)鉆孔技術(shù)應(yīng)用于西銘礦準(zhǔn)備掘進(jìn)的48700 回風(fēng)順槽，以探查水患和地質(zhì)構(gòu)造，累計(jì)施工超前探孔進(jìn)尺4 756 m，期間未發(fā)現(xiàn)小窯巷道、 老空區(qū)積水隱患。同時(shí)對(duì)F811、F8642、F8629斷層和礦界邊上的隨老母大斷層邊界的具體位置進(jìn)行了探查控制，在掘進(jìn)施工48700 回風(fēng)順槽之前，掘進(jìn)隊(duì)伍根據(jù)定向長(zhǎng)鉆孔探測(cè)結(jié)果可以提前制定相關(guān)技術(shù)措施，保證巷道掘進(jìn)施工作業(yè)的安全。