李燕濤

（冀中能源集團(tuán)股份有限公司章村礦，河北 邢臺(tái) 056001）

隨著礦產(chǎn)資源開產(chǎn)量的日益增加，許多的礦山安全問題也隨之上升，粉塵和火災(zāi)等是礦山地質(zhì)工作常見問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界評(píng)價(jià)每年發(fā)生礦山粉塵爆炸有969起，死于礦山粉塵爆炸的人員有46954人。粉塵問題已經(jīng)嚴(yán)重困擾到了礦山的正常生產(chǎn)和發(fā)展，以及嚴(yán)重威脅到了地質(zhì)人員的人身安全[1]。

經(jīng)研究發(fā)展，在礦山開采過程中采用注水工藝將礦體浸濕，增加粉塵濕度，進(jìn)而改變其原有的物理特性，并對(duì)其進(jìn)行合理的排出，可以降低粉塵爆炸的發(fā)生幾率，從而使礦山開采工作順利進(jìn)行。目前注水工藝已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到礦山地質(zhì)工作中，而注水鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)該工藝價(jià)值的有效設(shè)備。此次根據(jù)吉林省放牛溝礦山具體實(shí)例對(duì)注水鉆機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了具體闡述。

1 礦山概況

吉林省放牛溝礦山礦脈西北走向長(zhǎng)5km，傾斜寬度2.6km，礦區(qū)總體面積約8.6km2。該礦區(qū)內(nèi)賦存6層，厚度在1.69m～6.59m之間，平均2.98m。經(jīng)地質(zhì)勘查其中有一個(gè)局部可采，剩余所有大部分都具有良好的開發(fā)前景，把礦區(qū)分為A、B、C三個(gè)開采區(qū)，目前正在對(duì)開采區(qū)B進(jìn)行回采，年產(chǎn)量約209萬噸，在東北地區(qū)屬于一個(gè)大型的礦山。

2 注水鉆機(jī)在礦山地質(zhì)工作中的應(yīng)用

根據(jù)之前對(duì)開采區(qū)B的地質(zhì)勘查資料中發(fā)現(xiàn)，開采區(qū)B的東南邊界是F13斷層，斷層落差大約150m左右，屬于逆掩斷層[2]。受斷層影響，開采區(qū)B中有兩處發(fā)生逆轉(zhuǎn)，形成一個(gè)韌性剪切帶。據(jù)分析采區(qū)內(nèi)的兩處可能會(huì)受到逆轉(zhuǎn)構(gòu)造應(yīng)力作用，導(dǎo)致內(nèi)的礦體已經(jīng)碎裂產(chǎn)生大量的礦體粉塵物質(zhì)。根據(jù)以上分析，施工人員在開采區(qū)部分地區(qū)進(jìn)行了礦層粉塵測(cè)量，經(jīng)探測(cè)采區(qū)發(fā)生斷層地區(qū)確實(shí)存有大量粉塵，而且粉塵含量達(dá)到5.6%。所以為了開采工作安全順利進(jìn)行，需要運(yùn)用注水鉆機(jī)對(duì)采取對(duì)粉塵進(jìn)行有效治理。

2.1 選擇注水鉆機(jī)

在對(duì)采區(qū)B內(nèi)粉塵治理之前需要根據(jù)采區(qū)地質(zhì)條件選擇合適的注水鉆機(jī)，目前常用的注水鉆機(jī)有MK-9和ZKH-12兩種，下表為兩種注水鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)比較。

表1 MK-9和ZKH-12兩種注水鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)對(duì)比

考慮到吉林放牛溝礦山礦區(qū)地質(zhì)條件和粉塵存在深度，選用ZKH-12型號(hào)注水鉆機(jī)。

2.2 選擇注水方式

注水方式主要分為兩種，一是短孔注水，二是深孔注水。下圖為兩種注水方式工藝圖。

圖1 兩種注水方式工藝圖

短孔注水是在采區(qū)工作面垂直使用注水鉆機(jī)傾斜鉆孔注水，注水孔長(zhǎng)度一般在5m～7.5m之間。短孔注水方式對(duì)礦區(qū)地質(zhì)條件要求低，并且使用起來簡(jiǎn)單方便，沒有任何技術(shù)難度，但是這種方式需要對(duì)礦區(qū)進(jìn)行大量的鉆孔，在注水過程中容易出現(xiàn)跑水現(xiàn)象[3]。深孔注水方式是在采區(qū)工作面進(jìn)行垂直鉆孔注水，鉆孔長(zhǎng)度一般在20m～25m之間。這種注水方式的優(yōu)點(diǎn)在于它不需要大量的鉆孔，并且單孔注水排氣量大，而且還能對(duì)礦體有浸濕作用，易于開采。但是在鉆孔注水過程中對(duì)壓力要求較高，工藝復(fù)雜，需要施工人員具有一定的注水經(jīng)驗(yàn)[4]。綜合考慮兩種注水方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及采取適用條件，采用深孔注水方式。

2.3 應(yīng)用注水鉆機(jī)清除粉塵

采區(qū)平均厚度為2.98m，屬于中厚，以及垂直于工作面的走向上，底板到終水孔位置要求要在厚度的2/3處。根據(jù)以上條件確定此次應(yīng)用注水鉆機(jī)礦層鉆孔角度為垂直鉆孔，鉆孔直徑為50mm，鉆孔長(zhǎng)度為175m，每隔20m進(jìn)行一次鉆孔注水，整個(gè)礦區(qū)的鉆孔量為36個(gè)。

在鉆孔過程中，鉆機(jī)要根據(jù)巷道和注水孔的方向來確定固定位置，并且鉆機(jī)前方要固定在巷道金屬架上，鉆機(jī)后面用三根具有伸縮功能的金屬柱固定，避免鉆孔時(shí)角度傾斜，然后利用兩個(gè)軌道卡子將鉆架緊在鉆機(jī)滑到上，方便調(diào)整注水鉆機(jī)施工角度。在注水過程中，鉆頭以與工作面垂直角度進(jìn)行鉆孔，當(dāng)鉆頭接觸到時(shí)，注水鉆機(jī)調(diào)整為高轉(zhuǎn)速慢推進(jìn)模式，使處鉆孔圓整光滑[5]。

當(dāng)鉆頭到達(dá)粉塵探測(cè)深度時(shí)，要對(duì)鉆孔進(jìn)行注水，鉆機(jī)轉(zhuǎn)速減小，水的流量不得小于75L/m，出口壓力要控制在0.6MPa～0.7MPa之間，防止粉塵受壓力作用發(fā)生爆炸。對(duì)礦區(qū)中的粉塵采取超前排放，邊鉆孔邊注水邊排放，直至揭露F13斷層為止。當(dāng)粉塵全部浸濕沉淀之后，需要進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度一般為5m～6m，直到鉆孔不出現(xiàn)反水現(xiàn)象為止。

3 結(jié)束語(yǔ)

注水鉆機(jī)是礦山地質(zhì)工作中常用的施工設(shè)備，除了用于粉塵治理以外，它還實(shí)用與礦區(qū)注水防塵、老空水排放、軟化等多個(gè)地質(zhì)工作中，可以有效解決眾多地質(zhì)問題，只要使用得當(dāng)還可以做到一機(jī)多用，促進(jìn)礦區(qū)開采工作有效進(jìn)行，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。