富力煤礦地表灌漿立孔的終孔定位

張鵬　王令臣

中圖分類號：TD743 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0032-02

一、富力煤礦概況

富力煤礦隸屬于龍煤集團(tuán)鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司，位于鶴崗礦區(qū)中部，井田南北走向長2km，東西平均傾向?qū)?.13km，面積為6.26km2。該礦始建于1958年，由多個分散的斜井群，后經(jīng)過兩次技術(shù)改造，成為目前具有集中生產(chǎn)規(guī)模的現(xiàn)代化礦井。目前礦井開拓方式為斜立井多水平，集中石門分組運輸大巷開拓布置方式。礦井采煤方法為走向長壁全部陷落法，采煤工藝采用綜放、綜采和滑移支架放頂煤工藝。礦井現(xiàn)有可采煤層6個，平均煤層厚度4.8米，其中厚煤層3個，中厚煤層3個。煤層呈單斜構(gòu)造，向東南傾斜，傾角25°～42°。3個厚煤層均為自燃發(fā)火傾向煤層，發(fā)火期3～6個月。礦井現(xiàn)在延深到-690米標(biāo)高，現(xiàn)開采水平為二水平四分段和五分段同時生產(chǎn)。

截止2014年底礦井地質(zhì)儲量為5507萬噸，可采儲量為3246萬噸。核定生產(chǎn)能力為180萬噸/年，2014年實際產(chǎn)154.4萬噸，剩余服務(wù)年限11年。

二、灌漿系統(tǒng)的改造簡介

富力煤礦灌漿系統(tǒng)的改造工程分四部分：一是由大地公司在地表施工Φ219mm的灌漿立孔570米，孔內(nèi)下Φ146mm的套管，套管內(nèi)壁厚18mm，內(nèi)徑Φ108mm，立孔與-310豎井石門貫通，然后在貫通點加設(shè)三通，安設(shè)閘閥。二是-310豎井石門分別鋪設(shè)Φ100mm耐磨管路2000m至新南風(fēng)井與原來主管線碰頭對接，主干線下延伸至-610水平。三是在地面灌漿場的建設(shè)，先是平整場地，將原矸石井井口附近土堆移除，作為灌漿站儲灰場地，場地長度50m，寬度40m米，周圍用2m高的圍墻隔離，并安設(shè)防塵網(wǎng)。并拆除運輸區(qū)門口的危房，同時將運輸區(qū)辦公樓出口道路改為南側(cè)行走。在立孔周圍20～25m范圍內(nèi)向下挖3m，然后圍建灌漿池。四是將灌漿站廠房建設(shè)在灌漿池上，采用鋼混結(jié)構(gòu)保溫廠房式廠房，房高6m，面積約為400m2，地下基礎(chǔ)部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻體采用磚混砌筑，外加保溫板。屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)。

三、問題的提出

富力煤礦有3個特厚煤層，均屬于易發(fā)火煤層，隨著開采深度的增加，煤層自燃發(fā)火傾向也明顯增加，最短發(fā)火期不到3個月，同時灌漿路線的加長使管路阻力增加，這些因素對礦井防火灌漿工作非常不利，加上灌漿系統(tǒng)的入井部分，經(jīng)過多年使用已經(jīng)接近報廢，為了不影響礦井防滅火工作的接續(xù)，該礦在2014年提報申請計劃，預(yù)計施工兩個灌漿立孔，一個使用，一個備用，一旦出現(xiàn)堵孔，立即啟用備用灌漿立孔。2015年5月份接受委托的大地公司為其施工地表灌漿鉆孔，以解決該礦防火灌漿接續(xù)問題。為提升冬季灌漿效率，2015年8月份該礦通風(fēng)區(qū)自行設(shè)計建設(shè)了地面灌漿站，以實現(xiàn)新系統(tǒng)的更替。但是出現(xiàn)了問題，在地表立孔達(dá)到設(shè)計深度時，并未按原設(shè)計貫通目標(biāo)巷道（-310豎井石門灌漿孔洞室），卻誤透-170豎井石門，怎么找到并連接-310豎井石門灌漿孔洞室和灌漿鉆孔，變成了個難題，怎樣解決呢？以下是該礦的解決方法。

四、以往解決辦法

以往為了確保找到立孔，在鉆孔臨近貫通巷道時，在被貫通巷道內(nèi)根據(jù)鉆具旋轉(zhuǎn)的聲音，判別終孔所處方位，然后向該方位掘送巷道，來揭露該鉆孔，這種方法并不準(zhǔn)確，經(jīng)常是掘送多條小川才能貫通立孔，既費時又費工，成本高。本次立孔工程穿透-170豎井石門，但未貫通-310豎井石門，偏離目標(biāo)較遠(yuǎn)，當(dāng)時該鉆孔進(jìn)行了測斜工作，在掘送連接巷道前，分析該孔測斜資料時發(fā)現(xiàn)，依據(jù)測斜成果所透-170豎井石門的坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)和現(xiàn)場實際坐標(biāo)不一至，偏差較大，以至于沒法使用該測斜結(jié)果。

這時候該鉆孔已經(jīng)下完套管，鉆具無法下到孔內(nèi)，不能利用原來聽鉆具聲音的方法確定鉆孔位置，通過敲擊鐵管的聲音也判斷不出鉆孔在巖體里具體方位。使用KDZ1114-6A30型地質(zhì)探測儀和YCS512（A）型瞬變電磁儀分別進(jìn)行了兩次物探，探測效果也不理想。使用金屬探測儀，超過10m距離也探不著，沒有更好的辦法，只能回到現(xiàn)場采用測量的方法。

五、多種測量手段的應(yīng)用

為了精確定位該鉆孔的終孔位置，該礦采用了五種測量方法，綜合平差，最后確定方位和偏移平距。

1、測斜法

利用測斜成果生成都三維曲線，將其通過地表開孔點坐標(biāo)（109716.53，115412.87，254.38），終孔位置的新坐標(biāo)就是我們需要的目標(biāo)位置，但是該成果在-170標(biāo)高的平面位置與誤透點相矛盾。所以該終孔位置不可用。分析偏差的原因，測斜探頭直徑Φ60mm遠(yuǎn)小于鉆孔直徑Φ146mm，探頭在孔中逛量太大，以及磁方位受環(huán)境干擾，所記錄的方位不準(zhǔn)確（表1、圖1）。

2、經(jīng)緯儀推斷法

就是用經(jīng)緯儀準(zhǔn)確測量地表開孔坐標(biāo)和-170豎井石門貫通灌漿套管坐標(biāo)，然后用該兩個測點所確定的方位及鉆孔垂高來推斷鉆孔終點坐標(biāo)。見平面圖紅色軌跡。下圖為鉆孔軌跡平面對比圖（1：1000）。該方法不準(zhǔn)確的原因是未反映鉆孔真實彎曲形態(tài)（圖2）。

3、中心投影法

以-170誤透點為起算點，使用地質(zhì)編錄成像儀在-170豎井石門鉆孔貫通點對套管的幾何中心，從巷道走向和法向上進(jìn)行攝影，成像后，利用CAD分析其天頂角，在利用公式求出鉆孔和-170豎井石門巷道的夾角，同時也是與-310豎井石門的夾角。見平面圖粉紅色軌跡。

；；

α—鉆孔與巷道走向所夾天頂角；

β--鉆孔與巷道法向向所天頂角；

γ—巷道中心與鉆孔夾角；

θ—鉆孔真傾角。

α=0.81，β=4.43將具體數(shù)值帶

入公式，得出γ=10.34，θ=85.497

4、直接量取法

也是以-170誤透點為起算點，用垂線法量出套管垂線1300mm垂高時，套管在巷道走向偏移112mm，巷道法向上偏移30mm，換算成角度，代入上述公式進(jìn)行計算，α=0.81，β=4.43將具體數(shù)值帶入公式，得出γ=15，θ=84.90，只是人為讀數(shù)偏差較大。

見平面圖粉紅色軌跡，由方法3和方法4推斷出靶區(qū)范圍。在此基礎(chǔ)上設(shè)計聯(lián)絡(luò)巷道的方位和距離。

5、綜合擬合法

以測斜成果生成的鉆孔平面投影為基礎(chǔ)形態(tài)，以地表開孔坐標(biāo)為原點，旋轉(zhuǎn)該曲線并通過-170豎井石門鉆孔誤透點坐標(biāo)（109738.69，115410.85，-169.91），這樣曲線旋轉(zhuǎn)后的終點坐標(biāo)即是所求鉆孔終點坐標(biāo)，該位置恰恰落在方法3、4圈定的靶區(qū)內(nèi)，結(jié)果現(xiàn)場向靶區(qū)施工2m硐室見灌漿鉆孔。通過現(xiàn)場的施工實見，證實方法5推斷正確。

六、工程成果及結(jié)論

通過施工灌漿立孔聯(lián)絡(luò)巷工程，我們感到：①在工程中使用測量方法時，不能局限于一種或兩種方法，而是多種方法并用，互相校驗，互相彌補不足，才能發(fā)揮作用。②測斜采集數(shù)據(jù)測點應(yīng)加密，小于25米，最好15米一測，這樣可以排除誤差較大的數(shù)據(jù)，使整體成果更接近實際。本次地表灌漿立孔的終孔定位測算的成功得益于該孔貫通了-170豎井石門，使定位準(zhǔn)確率大大提高，如果該孔沒有貫通-170豎井石門，那么終孔的定位就很難，但是通過本次推算和現(xiàn)場實際貫通的經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)：測斜的傾角是準(zhǔn)確的，方位可能不準(zhǔn)確，所以③在設(shè)計鉆孔聯(lián)絡(luò)巷時，可以沿著水平偏移弧線（以開孔點為圓心，累計水平偏移量為半徑畫弧）布置巷道，這樣可最大程度接近鉆孔。

該灌漿鉆孔偏離設(shè)計位置35m，節(jié)省聯(lián)絡(luò)分支巷道長度45m，節(jié)約巷探成本54萬元。通過補救措施使-170至-310部分的鉆孔能夠發(fā)揮設(shè)計作用，避免重新施工灌漿立孔140m，節(jié)約300×140÷560=75萬元，累計創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益120萬元，為礦井防滅火工程的有效開展做出貢獻(xiàn)。

作者簡介

張鵬，出生于1973年3月，現(xiàn)任龍煤集團(tuán)鶴崗礦業(yè)公司富力煤礦地測副科長，2009年7月畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院，本科，采礦工程專業(yè)。