水鉆機在礦山地質(zhì)工作中的應(yīng)用探究

王慶文

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟南 250000）

1 前言

礦產(chǎn)資源產(chǎn)量不斷增加的過程中，礦山安全問題的發(fā)生頻率也隨之增高。據(jù)相關(guān)部門的數(shù)據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，全世界每年由礦山粉塵引發(fā)的爆炸高達969 起之多，因為礦山粉塵爆炸導(dǎo)致的死亡人數(shù)更是達到了46954 人之多。粉塵問題作為困擾礦山正常生產(chǎn)和發(fā)展的重要因素，對地質(zhì)人員的人身安全產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。礦山資源開采過程中，工作人員采用注水工藝浸濕礦體，不僅達到了增加粉塵濕度的目的，而且隨著礦山粉塵物理特性發(fā)生改變，粉塵爆炸安全事故發(fā)生的概率也顯著下降，確保了礦山資源開采工作的安全順利進行。

2 注水鉆機在礦山地質(zhì)工作中的應(yīng)用

2.1 礦山概況

某礦山的礦脈東南走向長度為6km，傾斜寬度為2.8km，政工礦區(qū)的總面積約為9.1km2。該礦區(qū)的內(nèi)賦存6 層，每層的厚度在1.75 ～6.83m，平均厚度為3.01m。工作人員經(jīng)過地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，其中一個局部可采，其余大部分都因為開發(fā)前景較好，所以可以將其詳細地劃分為A、B、C 等幾個不同的開采區(qū)。當(dāng)前，隨著該礦區(qū)對B 開采區(qū)進行了回采工作，年開采量已經(jīng)達到了216 萬噸，屬于該地區(qū)的大型礦山之一。

2.2 注水鉆機在礦山地質(zhì)工作中的應(yīng)用

通過對B 開采區(qū)地質(zhì)勘查資料的分析發(fā)現(xiàn)，B 開采區(qū)的西北邊界為13F 斷層，斷層之間的落差為140m 左右的逆掩斷層。受到斷層影響，該開采區(qū)中兩處發(fā)生逆轉(zhuǎn)后形成的韌性剪切帶，不僅導(dǎo)致礦體內(nèi)部碎裂后產(chǎn)生了大量的礦體粉塵物質(zhì)，而且增加了粉塵爆炸事故發(fā)生的概率。所以，為了保證礦區(qū)開采工作的安全有序進行，工作人員必須合理運用注水鉆機開展礦山粉塵的治理工作。

（1）選擇注水鉆機。工作人員在開展B 開采區(qū)粉塵治理工作前，必須根據(jù)開采區(qū)地質(zhì)條件的勘察數(shù)據(jù)選擇符合要求的注水鉆機。目前，常見的注水鉆機主要有MK-9 和ZKH-12 等幾種，以下為兩種注水鉆機的技術(shù)參數(shù)（如表1）。

表1 MK-9 和 ZKH-12 兩種注水鉆機的技術(shù)參數(shù)對比

通過對本礦區(qū)地質(zhì)條件與粉塵深度的分析，礦山資源開采企業(yè)應(yīng)該選擇ZKH-12 型號注水鉆機作業(yè)。

（2）選擇注水方式。注水作業(yè)施工方式主要有短孔注水和深孔注水等幾種。首先，短孔注水。所謂短孔注水，也就是在開采區(qū)的垂直面使用注水鉆機傾斜鉆孔注水，短孔注水方式自由與具有對地質(zhì)條件要求低、操作簡便且技術(shù)難度低等特點被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)開采中。但是，由于該操作方法要求工作人員必須在礦區(qū)內(nèi)大量尊孔，所以在注水過程中難免會出現(xiàn)泡水的問題。其次，深孔注水。深孔注水也就是在開采區(qū)工作面采取垂直鉆孔的方式注水。這種注水方式最大的優(yōu)點在于鉆孔數(shù)量少、單孔注水排氣量大且開采難度低等特點。但是，由于該方法在實際應(yīng)用過程中對壓力要求高且工藝過于復(fù)雜，所以，施工人員必須具有相應(yīng)的注水操作經(jīng)驗，才能滿足鉆孔注水作業(yè)的要求。

（3）應(yīng)用注水鉆機清除粉塵。該礦區(qū)的開采區(qū)平均厚度為3.01m，屬于中厚、垂直于工作面走向且底板至終水位置要求為厚度2/3 處。如果按照上述條件分析，工作人員選擇的追溯鉆機礦層鉆孔角度應(yīng)該為直徑50mm、長度175m，鉆孔距離間隔20m 的垂直鉆孔。工作人員在鉆孔作業(yè)過程中，應(yīng)該以巷道和注水口方向確定鉆井固定位置，避免因為鉆孔作業(yè)過程中角度出現(xiàn)傾斜的情況，影響鉆孔的垂直度，確保注水鉆孔作業(yè)的順利進行。

3 注水鉆機在煤礦地質(zhì)工作中的應(yīng)用

3.1 井田概況

某井田南北走向長為4km，傾斜寬為1.7km，礦區(qū)總面積為6.3km2。經(jīng)過地質(zhì)勘測發(fā)現(xiàn)該井田內(nèi)共賦存5 層煤，分別為：1-1 煤、1-2 煤、2-1 煤、2-2 煤和2-3 煤層。除2-2煤局部可采，其余煤層均為大部可采且每層構(gòu)造簡單。根據(jù)這一地質(zhì)條件，相關(guān)部門將該礦井詳細地劃分為11，12，13等幾個開采區(qū)。根據(jù)當(dāng)前的回采情況分析，回采2-3 煤層，年產(chǎn)量達到了146 萬t，屬于本地區(qū)的大型骨干礦井。

3.2 注水鉆機在地質(zhì)工作中的應(yīng)用

（1）注水鉆機的性能。為了徹底解決老空水、瓦斯、地質(zhì)構(gòu)造等問題對礦區(qū)開采作業(yè)產(chǎn)生的影響，該礦區(qū)在開采作業(yè)過程中采用了KHYD-400 型注水鉆機。這種鉆機主要有機體和鉆桿兩部分組成，其中鉆桿的長度為2.5m 或3.1m，采取牽引鏈向前給力的方式驅(qū)動。該鉆機配置了60 和100的二齒合金鉆頭，這種合金鉆頭可以在普氏硬度2 ～5 的巖層中鉆進。在鉆機鉆進過程中，用水將粉塵沖出，在煤層鉆機深度達到50 ～80m 后，即可采取注水打孔的方式施工，提高了礦區(qū)鉆孔注水操作的效率和質(zhì)量，為后續(xù)礦區(qū)開采作業(yè)的安全順利進行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

（2）利用注水鉆機探放老空水。某礦區(qū)工作面走向長480m，傾斜寬150m，可采儲量22 萬t。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，該工作面面層為單斜發(fā)構(gòu)造且構(gòu)造簡單無斷層發(fā)育。但是，在工作面后續(xù)開采掘進后發(fā)現(xiàn)，下切口附近、頂板等部位均出現(xiàn)了嚴(yán)重的淋水現(xiàn)象，且涌水量達到了11m3/h。如果工作面上覆是2-1 煤層采空區(qū)，下拐頭斜上方為中12 下山水倉，水平距離30m。那么，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)該倉中的積水達到了1870m3，切眼附近工作面與2-1 煤采空區(qū)間距2.6 ～4.1m，且2-3 煤層頂板裂隙發(fā)育。所以，上覆老空水引發(fā)的工作面淋水問題，對該礦區(qū)工作面回采工作的安全開展造成了非常嚴(yán)重的影響。

（3）利用注水鉆機探放瓦斯。某礦區(qū)工作面作為該礦區(qū)的高產(chǎn)高效工作面，走向長度為1300m，傾斜長度為167m，可開采儲量總計83t。雖然該工作面煤層相對穩(wěn)定且構(gòu)造簡單，但位移的缺點就是其作為一條老巷對回采作業(yè)的安全有序進行埋下了安全隱患。由于煤礦資源回采作業(yè)過程中，大巷與采空區(qū)相同，再加上采空區(qū)中存在著若干火區(qū)，回采作業(yè)過程中，大巷內(nèi)必然會產(chǎn)生大量有害氣體。所以，工作人員必須采取積極有效的措施排放采空區(qū)內(nèi)的有害氣體，才能在保證回采作業(yè)安全順利進行的基礎(chǔ)上，提高礦區(qū)開采的質(zhì)量和效率。

（4）采用注水鉆機也可以排放煤層中的瓦斯。某礦區(qū)的井田西部邊界為F14 斷層，卻斷層落差100m 左右逆掩斷層。受此地質(zhì)條件的影響1-1、1-2 以及2-1 煤層西部發(fā)生了倒轉(zhuǎn)的情況后，形成的倒轉(zhuǎn)褶曲。因為受到井田內(nèi)構(gòu)造力作用等因素的影響，2-3 煤層軸部與附近煤層不僅呈破碎裝且聚積了大量瓦斯。所以，根據(jù)F14 斷層資料的分析結(jié)果，設(shè)計出了符合要求的探巷，為后續(xù)煤礦回采作業(yè)的開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

（5）利用注水鉆機探測構(gòu)造。某礦區(qū)井田內(nèi)煤層整體呈單斜構(gòu)造賦存，該井田因為褶曲未發(fā)育，因此，斷層只在12 采區(qū)發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)，落差最大的斷層為F5201，F(xiàn)5202 和F5203， 其最大落差分別達到了為29m，14m和12.5m。由于該井田巷道掘進過程中，經(jīng)常出現(xiàn)煤層斷失的情況，使用常規(guī)的濕式煤電鉆無法達到安全開采的目標(biāo)。為了徹底搞清楚各個斷層的落差，工作人員特意布置了尋找斷失煤層的地質(zhì)鉆孔，不僅確保了斷層落差探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且為后續(xù)煤礦開采作業(yè)的順利進行奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

總而言之，注水鉆機作為礦山地質(zhì)作業(yè)中最常用的施工設(shè)備之一，該設(shè)備不僅廣泛應(yīng)用于粉塵治理中，而且在礦區(qū)注水防塵、老空水排放、軟化等地質(zhì)工作中也發(fā)揮著重要的作用。所以，礦山資源開采企業(yè)必須采取積極有效的措施，確保礦區(qū)開采工作的安全順利進行，才能發(fā)揮出注水鉆機在礦山地質(zhì)作業(yè)中應(yīng)有的社會效益和經(jīng)濟效益。