氣動架柱式鉆機在地質構造探測中的應用

汪 佩 李向陽

(河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦)

氣動架柱式鉆機在地質構造探測中的應用

汪 佩 李向陽

(河南省正龍煤業(yè)有限公司城郊煤礦)

通過使用氣動架柱式鉆機對城郊煤礦DWF45斷層進行探測分析，結果表明：鉆孔偏斜度較低，探測精度較高，能夠為21402切眼的安全施工及工作面安全回采提供可靠的地質依據；此外，大大提高了工效，有助于解決地質防治水零星工程施工設備搬運難題，該型鉆機具有一定的推廣應用價值。

氣動架柱式鉆機 斷層 地質構造探測

在煤礦地質防治水工程施工中，鉆探設備的選擇對于鉆探工程的質量、施工安全和效率至關重要。隨著井下生產條件的日趨復雜，底板鼓起、頂板下沉、局部瓦斯積聚等不利因素對電器的安全要求越來較高，采用電力為動力的液壓坑道鉆機無法滿足特殊條件下的鉆探工作[1-3]。目前永煤集團所屬礦井近乎全部采用ZDY系列鉆機，該系列鉆機雖有諸多優(yōu)點，但組件多且笨重、搬運困難、投入工時較多、費時費力，搬運及運輸過程中潛在安全隱患較多。因此，有必要引進一種輕便型且安全的鉆探設備，達到既滿足現場施工需要，又提高工效的目的。

1 應用背景

城郊煤礦位于河南省永城市境內，為河南能源集團永煤公司主力礦井，2003年投產，2009年核定生產能力為5.0 Mt/a，主采二疊系山西組二2煤層，采用立井兩水平上下山開拓方式，屬瓦斯礦井，水文地質條件中等。該礦井下日常探斷層、探煤等地質防治水超前探施工較多，相較于工作面底板改造工程，該類零星的地質防治水單項工程特點有：①施工地點多發(fā)生在掘進工作面迎頭位置，現場施工條件較差；②施工工期緊迫；③設計工程量少，部分工程僅需要施工1～2個鉆孔，多者3～5個鉆孔，單孔深度多在100 m以內。

2 氣動架柱式鉆機

ZQJC-420/10.0型煤礦用氣動架柱式鉆機主要由旋轉部、推進部、機架、機頭、立柱、分壓器、鉆具等組成。該型鉆機以壓氣為動力，要求供氣量大于6 m2/min，供氣壓力為0.4～0.6 MPa，壓氣經分零器分為3路壓氣，即旋轉氣路、進給氣路、排渣氣路(采用壓氣排渣，也可采用水排渣)，結構見圖1，相關性能參數見表1。

圖1 氣動架柱式鉆機結構

3 DWF45斷層超前探測

3.1 工作面及斷層概況

21402工作面位于城郊井田西北翼十四采區(qū)，回采煤層為山西組二2煤，煤層傾角平均為2°，厚2.9～2.4 m，平均厚2.7 m。老頂為灰白色中粒砂巖，平均厚9 m，抗壓強度為50 MPa，屬較穩(wěn)定頂板；直接頂為灰黑色砂質泥巖，平均厚1.1 m，抗壓強度為30 MPa，屬不穩(wěn)定頂板；直接底為灰黑色泥巖，平均厚1.3 m，抗壓強度約30 MPa，屬不穩(wěn)定底板；老底為深灰色粉砂巖，平均厚7 m，抗壓強度為50 MPa，屬較穩(wěn)定底板。該工作面初步設計切眼距離DWF45斷層(落差0～25 m)約30 m，經前期在21402膠帶順槽通尺2 290 m處對該斷層初步探測結果分析，該斷層不具有導水性。為了查清該斷層的走向擺動情況，為切眼準確位置設計提供可靠的地質依據，有必要在21402膠帶順槽通尺 2 357 m處對該斷層的位置再次進行超前探測。

3.2 鉆孔布設及技術參數

根據三維地震解釋的斷層位置及特點，結合前期探測情況，施工2個超前探查孔以準確控制斷層的位置及延展方向，鉆孔參數見表2。

表1 ZQJC-420/10.0型煤礦用氣動架柱式鉆機性能參數

表2 DWF45斷層鉆孔參數

3.3 鉆探結果分析

通過使用氣動架柱式鉆機對DWF45斷層進行探測，上述2個鉆孔均順利揭露斷層面，其中，探1#孔26 m深揭露斷層面巖石，探2#孔51.5 m深揭露斷層面巖石。通過采用鉆孔的測斜儀對2個鉆孔的偏斜情況進行檢驗，鉆孔方位和傾角偏斜度均小于1°，斷層走向與預測結果基本一致，走向約64°，但斷層面較預測位置向切眼方向擺動約4 m，斷層與切眼垂距最小為21 m。

城郊煤礦超前探常用鉆機主要為ZDY3200S和ZDY1900S型液壓鉆機，分別從設備搬運、安裝、施工、回撤等4個方面與ZQJC-420/10.0氣動型架柱式鉆機進行施工工時對比，結果見表3。

由表3可知，使用ZQJC-420/10.0氣動型架柱式鉆機對DWF45斷層進行探查，較之使用ZDY3200S和ZDY1900S型液壓鉆機分別減少了120和68個工時，鉆探效率明顯提高。

表3 三類鉆機工時對比

4 結 語

ZQJ-300/6氣動架柱式鉆機對高瓦斯區(qū)、高應力區(qū)、突出危險區(qū)適應能力強，為此，采用該型鉆機對城郊煤礦DWF45斷層進行控制，結果表明：鉆孔偏斜度低，探測精度較高，相對于ZDY3200S和ZDY1900S型液壓鉆機而言，工時消耗大大減少。

[1] 鮑 偉，宋立新，王洪立，等.礦用安全氣動架柱式鉆機的研制及應用[J].煤礦機械，2014(12)：78-79.

[2] 晁魯強，陳國杰.煤礦用氣動架柱式鉆機的設計與應用[J].煤礦機械，2012(8)：8-9.

[3] 楊 樣.基于機器學習的煤礦用氣動架柱式鉆機的壽命預測研究[J].煤礦機械，2012(10)：42-44.

2015-07-20)

汪 佩(1980—)，男，助理工程師，476600 河南省永城市。