煤礦掘進巷道過陷落柱超前鉆探設計應用

梁振宏

（山西煤炭運銷集團陽城大西煤業(yè)有限公司,山西 陽城048105）

1 3023煤層的概述

山西煤炭運銷集團陽城大西煤業(yè)有限公司3023運輸順槽西與膠帶大巷相連，東為小西煤業(yè)礦界煤柱，南為3023回風順槽，北部為實體煤。鄰近巷道對本掘進面影響較小。

3023運輸順槽掘進煤層為3號煤層，煤層平均厚度2.82 m，煤層直接頂主要以泥巖、粉砂質泥巖混合巖層為主，平均厚度為3.1 m，基本頂主要細砂巖、泥巖互層，平均厚度為9.6 m。3023運輸順槽掘進工作面奧灰水位標高+732 m～+738 m，隔水層厚度102.4 m～103.9 m，遠大于安全隔水層厚度。突水系數(shù)為0.017 5～0.018 5 MPa/m，小于0.06 MPa/m，劃分為帶壓開采相對安全區(qū)，根據(jù)已揭露斷層情況，斷層都未見導水現(xiàn)象。

根據(jù)山西省第六地質工程勘察院《三維地震勘探報告》：DX1陷落柱位于3023工作面東北角，距礦界120 m。預計該陷落柱其平面規(guī)模在3號煤層長軸為120 m，短軸100 m，相對3號煤層陷落柱高度約為60 m。為了保證巷道安全掘進，防止巷道揭露陷落柱時出現(xiàn)水害等影響，巷道揭露陷落柱前決定采用超前鉆探的方法確定陷落柱腔體內(nèi)巖體結構及充水情況[1]。

2 超前鉆探施工設計

2.1 鉆探設備選擇

3023運輸順槽超前鉆探施工主要采用ZDY4500 LXS(A)型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機，屬于自行式、低轉速、大轉矩類型，配套鉆桿直徑Φ73 mm，鉆頭直徑Φ89 mm，鉆機額定轉速65～200 r/min[2]。

2.2 鉆孔設計

2.2.1 鉆孔布置參數(shù)

3023運輸順槽探測點探測范圍為東南方向，中心方位角97°，中心距離約60 m，需要布置鉆孔6個（1號～6號），設計鉆孔長度60 m～61 m之間，鉆孔具體技術參數(shù)如表1所示。

2.2.2 鉆孔擴孔及封孔工藝

表1 3023運輸順槽超前鉆探鉆孔布置參數(shù)表

1）超前鉆探開孔孔徑選用Φ133 mm的鉆頭鉆進，鉆進10 m時，停止鉆進下入Φ108 mm無縫鋼管10 m。

2）孔口管安裝后對孔口管與鉆孔壁之間間隙處灌入充填水泥和速凝劑材料，凝固時間達到要求后，透孔至孔底[3]。

3）孔口管固定后對封孔段進行注水耐壓試驗，首先在孔口安裝測壓系統(tǒng)（閘閥、壓力表、三通、流量表等），孔口壓力要大于預測水頭壓力的1.5倍即1 MPa，穩(wěn)壓時間超過30 min。

4）耐壓試驗后發(fā)現(xiàn)鉆孔周邊無泄漏水，試驗合格后方用Φ89 mm的鉆頭保持在煤層中鉆進，進入陷落柱后水平鉆進，直至鉆進至預定長度（坐標值）時，停止鉆進開始下一個鉆孔鉆進。

3 安全技術措施

1）在3023運輸順槽巷道內(nèi)（根據(jù)具體現(xiàn)場確定，按距施鉆地點最近合適位置）構建一個長為5 m、寬3 m、深2 m、容積30 m3水倉，配備兩趟Φ108 mm管，配備兩臺BQS50-70-18.5排水泵，鉆探過程各個排水點的水倉的水位必須下降到最低水位。

2）通風科負責對探水地點有毒有害氣體及瓦斯的檢查，發(fā)現(xiàn)有毒有害氣體異常涌出或者瓦斯增大時，要及時采取通風措施，當瓦斯?jié)舛仍龃蟮?.8%時，應立即停鉆處理，如情況危急立即將人員撤至安全地帶并匯報調(diào)度室[4]。

3）鉆機安裝必須平穩(wěn)牢固，鉆機底部采用地錨進行固定，鉆機安裝后開機前應先檢查鉆機各液壓系統(tǒng)是否安全可靠，檢查內(nèi)容主要包括液壓系統(tǒng)是否漏油、鉆機操作閥是否動作靈敏、傳動部件防護裝置是否完整等，在安全的前提下方可開機鉆機施工[5]。

4）鉆機施工前操作人員應詳細掌握鉆區(qū)煤巖體情況、積水區(qū)位置、鉆探施工設計等，鉆孔開口位置必須準確，鉆孔施工期間必須由專業(yè)技術人員現(xiàn)場指導，鉆孔施工過程中對煤巖體變化情況進行詳細記錄，當出現(xiàn)鉆機難度大、鉆孔塌孔現(xiàn)象嚴重、頂鉆等時必須立即停止鉆機，分析原因匯報至調(diào)度室[6]。

5）在鉆進過程中，隨時檢查各轉動部件及油箱的溫升情況，鉆機各運動部位及油箱中油溫不得超過600℃，鉆機施工過程中應對鉆機運行情況進行實時觀察，觀察內(nèi)容主要包括鉆機機油是否充足、鉆機液壓油路是否堵塞、鉆機電機負荷是否超載、冷卻器通水量是否充足等[7]。

6）嚴格按照鉆探設計和作業(yè)規(guī)程，規(guī)范作業(yè)。在確定探放水鉆孔位置、方位、角度、深度、鉆孔數(shù)目參數(shù)時，相關科室技術人員必須親臨現(xiàn)場。

4 結語

2019年7月28日3023運輸順槽已超前鉆探至DX1陷落柱區(qū)，在探測過程中未發(fā)現(xiàn)大面積滲水現(xiàn)象，最大滲水量為3.6 m3/h，滲水4 h后無出水現(xiàn)象，通過探測結果分析發(fā)現(xiàn)，該陷落柱長軸長度為94.7 m，長軸長度為123 m，陷落柱高度為57 m，陷落柱完全侵入3號煤層，陷落柱墻體內(nèi)巖體雜亂無章，主要以炭質泥巖、粉砂巖為主，巖體間膠結穩(wěn)定性相對較差。通過此次超前鉆探施工，準確掌握了DX1陷落柱具體技術參數(shù)，保證了巷道安全掘進，為后期巷道過陷落柱區(qū)圍巖支護設計提供了有力的依據(jù)。