倫辛濤

（華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊，河北 秦皇島 066000）

綜合機(jī)械化開采的應(yīng)用需要適應(yīng)的礦井地質(zhì)條件，在地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，需要在開采前做好地質(zhì)勘查工作，若對地質(zhì)情況不了解，會對礦井開采效率造成很大的影響。在前期資源勘查中，由于傳統(tǒng)地面鉆孔鉆探方式具有很大的局限性，使得井下物探結(jié)果具有多解性，這就需要在開采前實施超前鉆探工作，了解地質(zhì)條件和地質(zhì)環(huán)境，為礦產(chǎn)開采提供有利于參考數(shù)據(jù)。對此，在開采工程中，要加大對超前鉆探工序的重視程度，根據(jù)實際情況和工程特征，制定超前鉆探設(shè)計方案，優(yōu)化鉆探方式和鉆探流程，做好鉆探中的安全技術(shù)措施，保證鉆探過程的安全性和穩(wěn)定性，順利完成施工作業(yè)，發(fā)揮出超前鉆探技術(shù)的價值和作用。在這樣的環(huán)境背景下，探究巷道超前鉆探設(shè)計及安全技術(shù)分析具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

某礦采掘巷道設(shè)計長度為916m，整體巷道形狀為矩形斷面，矩形斷面面積為4.0*3.5m。該巷道掘進(jìn)后暴露出礦層，礦層厚度可達(dá)到7.02m，在前期掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)淋水，工作人員利用電法進(jìn)行工作面頂板探測，發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)工作面前方掘進(jìn)方位內(nèi)存在頂板砂巖裂隙含水層富水區(qū)域，在巷道頂板上方4m 位置。由于該掘進(jìn)區(qū)域的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，存在斷層和大褶皺構(gòu)造發(fā)育，而此時巷道頂板薄弱地方有發(fā)現(xiàn)巖層富水區(qū)域，一旦盲目掘進(jìn)，頂板上方覆巖層的積水會隨著巖層裂隙進(jìn)入到巷道中，加劇頂板淋水，甚至?xí)l(fā)生巷道涌水情況，影響施工安全和施工進(jìn)度。對此，科學(xué)合理的巷道超前鉆探設(shè)計方案十分關(guān)鍵，還要配以安全技術(shù)措施，改變復(fù)雜地質(zhì)條件和巷道富水區(qū)域的影響，實現(xiàn)巷道安全掘進(jìn)，保證施工順利完成。

2 巷道超前鉆探設(shè)計

2.1 鉆探設(shè)備的選擇

根據(jù)巷道施工條件和地質(zhì)條件特征，在巷道掘進(jìn)過程中，選擇KHYD-425 型礦用專用鉆機(jī)，配以型號為φ42mm 的三翼鉆頭，在實際鉆探施工中，鉆桿直徑可達(dá)到60mm，設(shè)計方案中的鉆孔深度控制在72m 左右。設(shè)備參數(shù)如表1 所示。

2.2 探水起點設(shè)定

在巷道超前鉆探過程中，為了防止施工人員發(fā)生安全事故，在接近富水區(qū)域時，要將富水區(qū)域范圍、水量和水位標(biāo)注在采掘工程圖紙上方，并在圖紙上注明積水線、探水線，明確警戒線具體范圍。

（1）標(biāo)注積水線。在標(biāo)注積水線時，按照小窯、老空下方最深區(qū)域進(jìn)行劃定，在該巷道施工中，結(jié)合地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)，積水線標(biāo)高標(biāo)記是+1207m。

（2）標(biāo)注探水線。在標(biāo)注探水線時，按照巷道掘進(jìn)中的富水區(qū)域位置、范圍進(jìn)行劃定，深入了解富水區(qū)域的水文地質(zhì)條件，掌握施工巷道環(huán)境和受壓破壞情況，綜合考量。若無法明確巷道掘進(jìn)時的富水區(qū)邊界，可以根據(jù)具體的水文地質(zhì)資料和圖紙，把探水線劃定在60m處。

（3）標(biāo)注警戒線。在警戒線范圍標(biāo)注時，要按照探水線位置來標(biāo)注警戒線范圍，通常情況下，可以在巷道掘進(jìn)中把探水線向外側(cè)移動100m 左右，形成探水線。但是結(jié)合該巷道的地質(zhì)條件和薄弱區(qū)域富水情況，以探水線向外移動80m 設(shè)定警戒線。

2.3 鉆孔設(shè)計

（1）超前控制距離。在巷道超前控制距離設(shè)定中，計算公式為：，其中，a 代表超前距離；A 代表安全系數(shù),取值為5 ；L 代表巷道寬度，取值為5.2m。代入已知數(shù)后，得到m。在實際掘進(jìn)中，為了保證施工安全，需要增加保護(hù)距離，得到超前控制距離為：m。

（2）允許掘進(jìn)距離。在巷道探水鉆孔順利完成施工后，工作人員要計算允許掘進(jìn)距離，計算公式為：“最短鉆孔水平投影長度- 超前保護(hù)距離= 允許掘進(jìn)長度”。由于該巷道地質(zhì)條件為中等水平，巷道掘進(jìn)范圍內(nèi)存在很多斷層破碎帶，再加上巖層覆蓋的裂隙含水層，增加了巷道鉆探難度，綜合考慮下，得到最大探水線長度可設(shè)置為70m，在超前控制距離：m 的前提下，代入公式得到允許掘進(jìn)距離為45m。如圖1 所示，為本巷道工程允許掘進(jìn)范圍施工示意圖。

（3）計算幫距。在巷道超前鉆探中，要預(yù)留出安全礦柱的位置和寬度，而幫距就是工作面上扇形探水鉆孔外側(cè)鉆孔范圍中和巷道巷幫的垂直距離。一般情況下，幫距要比超前控制距離小1～2m，如圖1所示，本巷道工程幫鉆探施工中的幫距可設(shè)置成24m。

（4）鉆孔密度。在巷道超前鉆探過程中，豎直扇形范圍內(nèi)鉆孔終孔垂距要在1.5m 以內(nèi)，而水平扇形范圍內(nèi)鉆孔終孔水平距離要在3m 以內(nèi)。

表1 KHYD-425 型礦用專用鉆機(jī)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 本巷道工程允許掘進(jìn)范圍施工示意圖

（5）鉆孔布置。在巷道超前鉆探過程中，以探測巷道上方斷層破碎帶積水和巖層覆蓋的裂隙含水層裂隙水為主，將探水鉆孔布設(shè)為半扇形結(jié)構(gòu)，共布設(shè)四個鉆孔，分別為1#、2#、3#、4#，如圖1 所示，使其形成一個半扇形結(jié)構(gòu)，覆蓋在整個巷道掘進(jìn)范圍內(nèi)。鉆孔4#、2#、3# 依次排列，處于同一水平面上，鉆孔4# 和鉆孔2# 的間距為1000mm，鉆孔2# 與鉆孔3# 的間距為1000mm，距離底板2000 的位置，按照工作面傾斜角8°進(jìn)行布設(shè)。1# 鉆孔設(shè)置距離底板1500mm 的位置，垂直于工作面，且距離工作面2000mm。

2.4 鉆孔施工

在鉆孔施工中，距離底板1m 的位置設(shè)置兩根錨桿，將錨桿間距控制為0.4m 左右，并通過鐵絲固定好錨桿上方的鉆機(jī)跑道前端位置，通過金屬支架支撐鉆機(jī)跑道后方，根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)方向，準(zhǔn)確無誤后就可固定連接。在鉆進(jìn)之前，施工人員可以在鉆機(jī)傳動機(jī)構(gòu)涂抹一層潤滑劑，并對鉆機(jī)進(jìn)行正反雙向?qū)嶒?，檢查鉆機(jī)的運行狀態(tài)，適當(dāng)調(diào)整鉆機(jī)鉆頭位置，保證鉆機(jī)達(dá)到最佳的鉆進(jìn)狀態(tài)。在實際鉆探時，受到巷道環(huán)境影響，鉆頭很容易發(fā)生反水情況，作業(yè)人員可以緩慢連接離合器來開孔，待鉆頭深入到開采層后，立即收緊離合器進(jìn)行鉆進(jìn)，四個鉆孔達(dá)到預(yù)計深度后就可以停止鉆進(jìn)。

3 巷道超前鉆探施工安全技術(shù)措施

3.1 掘進(jìn)支護(hù)措施

在巷道超前鉆探施工過程中，為了避免涌水或是突水的情況，保證施工人員的人身安全，要在工作面上方設(shè)置兩排木柱，并在木柱上方用螺栓釘固定擋板，可以有效抵擋突水、涌水事故對巷道設(shè)備和施工人員的沖擊。除此之外，施工人員要在安裝區(qū)域的頂板位置設(shè)置支護(hù)設(shè)備，保證施工作業(yè)的順利開展。

3.2 做好排水措施

（1）設(shè)置排水管路。巷道排水管道布設(shè)中，選擇4 寸、6 寸的無縫鋼管，分別設(shè)置在巷道以北與底板距離1300mm 的位置，每隔50m 的位置設(shè)置一個支管閥門，每隔100m 的位置設(shè)置一個閘閥，隨著巷道掘進(jìn)施工的開展，要保證排水設(shè)施的同步連接固結(jié)。同時，在掘進(jìn)工作面范圍內(nèi)設(shè)置兩臺排水泵，配合排水管路作業(yè)，隨著掘進(jìn)工作面的拓展而跟進(jìn)，一旦出現(xiàn)工作面涌水的情況，需要啟動排水泵排出工作面的積水，特別是在突然涌水的情況下，可以兩個排水泵同時啟動，及時排除掘進(jìn)工作面的積水。

（2）排水系統(tǒng)建設(shè)。巷道超前鉆探中，可以利用巷道排水管排出工作面的積水，分別在三采區(qū)膠帶巷內(nèi)段與外段排水管進(jìn)行共同布設(shè)，排水方向為“工作面——巷道內(nèi)部——三采區(qū)膠帶巷內(nèi)段——三采區(qū)膠帶巷外段——水倉”，在工作面低洼位置，設(shè)置臨時水坑，設(shè)置排水泵排出集水坑中的積水。

3.3 制定專項施工安全方案

在巷道超前鉆探前，要制定專項施工方案和施工安全措施，明確探水位置和鉆孔參數(shù)，包括鉆孔數(shù)量、鉆孔深度、鉆孔角度、具體位置等參數(shù)，根據(jù)巷道鉆進(jìn)情況和水文環(huán)境，制定施工安全措施，為施工人員和施工設(shè)備提供安全保障。

第一，在鉆孔施工前，要安排專業(yè)技術(shù)人員到施工現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)掘進(jìn)過程，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行現(xiàn)場施工，保證施工質(zhì)量。同時，為了避免放水過程中產(chǎn)生巨大的水壓，造成安全事故，在探水鉆孔過程中，作業(yè)人員可以在孔口位置設(shè)置孔口管和控制閘閥，防止突水或是涌水的情況，保證施工安全。

第二，鉆孔施工過程中，若出現(xiàn)鉆孔成型不良或是頂鉆的情況，需要停止鉆機(jī)的鉆進(jìn)，立即將情況上報給調(diào)度中心實施有效措施，一旦鉆進(jìn)過程中，水壓超過可允許限值，可以在出水口位置安裝防噴裝置，通過這種反壓措施達(dá)到穩(wěn)定鉆進(jìn)的目的。

第三，在鉆孔過程中要實施觀測巖層變化情況，記錄鉆進(jìn)后的巖層厚度，每鉆進(jìn)10m 就要檢測一次鉆孔深度，計算鉆孔終孔距離位置和富水區(qū)距離，便于施工決策。同時，為了防止巷道鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)一氧化碳等有害氣體的泄露，可以在掘進(jìn)工作面安裝監(jiān)測裝置，定期對鉆孔附近區(qū)域進(jìn)行有害氣體監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)有害氣體含量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，要立即組織作業(yè)人員撤離施工區(qū)域，加大通風(fēng)設(shè)置的安裝，及時排除有害氣體，保證施工進(jìn)度，避免不必要的人員傷亡。

第四，在鉆進(jìn)過程中，作業(yè)人員要詳細(xì)記錄水壓、放水量和放水時間等，得到富水區(qū)剩余水量，在鉆孔施工結(jié)束后，要及時封堵放水口，通過水泥漿封堵在鉆孔中，封堵長度超過1m，在封堵完成后還要開展注壓試驗，提高封堵的牢固性和可靠性。同時，在鉆進(jìn)之前，項目負(fù)責(zé)人要組織施工人員進(jìn)行安全知識的學(xué)習(xí)，發(fā)放安全資料，使得施工人員樹立正確的安全意識，按照施工規(guī)范進(jìn)行操作，熟悉和了解避災(zāi)路線和應(yīng)急救援方案，一旦發(fā)生安全事故，可以及時做出自救逃生措施，保證施工人員的人身安全。

4 結(jié)語

綜上所述，在巷道超前鉆探施工中，要做好前期地質(zhì)勘查工作，及時了解巷道地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境，明確巷道超前鉆探施工的難點和重點，以此為依據(jù)，編制巷道超前鉆探施工設(shè)計方案，選擇合理的鉆探設(shè)備，明確探水點，優(yōu)化鉆孔設(shè)計方案和施工工藝，并做好安全技術(shù)措施，保證巷道掘進(jìn)工程的順利開展。