高曉崗

（山西焦煤西山煤電 鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030053）

0 引 言

我國煤礦資源儲量豐富，但整體覆存不均。隨著多年的開采，覆存較為簡單的資源大部分已經(jīng)開采完畢，目前開采的重點(diǎn)逐步向著覆存較為復(fù)雜的煤層進(jìn)行轉(zhuǎn)移。在巷道開挖過程中，常常會出現(xiàn)采空積水問題，嚴(yán)重威脅著礦井的安全高效開采，所以及時(shí)探清施工水害問題是保證礦井正常開采的重要手段。定向鉆機(jī)能夠快速、精準(zhǔn)的打進(jìn)采空區(qū)內(nèi)，提前對影響工作面施工安全的采空積水進(jìn)行探放，消除老空水害威脅；同時(shí)定向鉆機(jī)能夠在開掘巷道施工前對巷道進(jìn)行遠(yuǎn)距離超前探測，判斷隱伏構(gòu)造，有助于日常生產(chǎn)工作中有計(jì)劃的揭露各種地質(zhì)構(gòu)造，減小現(xiàn)場施工人員的事故風(fēng)險(xiǎn)。本文利用定向鉆機(jī)對鎮(zhèn)城底礦南翼上組探水巷西部義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)水文情況進(jìn)行研究，為礦井后續(xù)安全生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)資料。

1 概 況

鎮(zhèn)城底礦位于山西省古交市西北處，礦井田占地面積約16.63 km2，礦井西北走向6.6 km，南北走向平均寬度約為3.6 km，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力190萬t。鎮(zhèn)城底礦南翼上組探水巷位于該礦南三采區(qū)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)位于南翼上組探水巷西部，義城煤業(yè)為2010年批準(zhǔn)重組整合煤礦，礦井采用斜井立井聯(lián)合開拓方式，主要開采煤層為2.3、4、8、9號煤層，其中2.3、4號煤層已大部采空；古交市宏遠(yuǎn)煤礦位于南翼上組探水巷西南，緊鄰鎮(zhèn)城底礦南三采區(qū)，批準(zhǔn)開采2.3號煤層，于2007年被省國土廳關(guān)閉。據(jù)調(diào)查，義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)距鎮(zhèn)城底礦南翼上組探水巷最近處為120 m，預(yù)計(jì)破壞區(qū)積水面積為90 364 m2，積水量為13 5546 m3，水位標(biāo)高為828—875 m，積水深度為47 m，最大水頭壓力為0.47 MPa，對南翼上組探水巷掘進(jìn)影響較大。

2 定向鉆機(jī)的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

普通鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)無法精確控制其鉆進(jìn)角度及方向，且鉆孔深度無法滿足鎮(zhèn)城底礦要求，為了對義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)內(nèi)采空積水進(jìn)行精準(zhǔn)探放，選用定向鉆機(jī)進(jìn)行施工。考慮到鎮(zhèn)城底礦井下巷道坡度大、距離遠(yuǎn)等實(shí)際情況，此次施工采用重慶煤科院研發(fā)生產(chǎn)的ZYWL-6000DS（分體式多方位）型定向鉆機(jī)，該鉆機(jī)爬坡能力強(qiáng)，行走速度快，能有效解決施工人員肩扛手抬的事故風(fēng)險(xiǎn)，減少了施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了人員安全。

利用定向鉆機(jī)有效距離長、可分支探測、精度高等特點(diǎn)，此次探測采用1個(gè)主孔2個(gè)分支的施工方式，縮短了施工工期，節(jié)省了施工成本。該鉆機(jī)自動(dòng)化程度高，操作簡單，正常情況下2人即可完成鉆進(jìn)工作，減少了人員數(shù)量，節(jié)省了人員成本。

由于施工期間煤層及其圍巖的不均質(zhì)性，加之鎮(zhèn)城底礦地質(zhì)構(gòu)造變化復(fù)雜，施工鉆孔過程中極易發(fā)生孔內(nèi)事故。為此，此次鉆孔過程中選用凹槽通纜鉆桿，增加排渣能力，降低事故幾率。

3 探放施工研究

3.1 施工設(shè)計(jì)

此次采用ZYWL-6000DS定向鉆機(jī)進(jìn)行施工，施工共設(shè)計(jì)3個(gè)鉆孔，Z1、Z2鉆孔用于探放水，Z3鉆孔用于探測F215斷層走向。鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Drilling hole design parameters

鉆孔設(shè)計(jì)平面如圖1所示。

圖1 鉆孔設(shè)計(jì)平面圖Fig.1 Drilling hole design plane

3.2 鉆探過程及成果

鎮(zhèn)城底礦于2020年10月10日開始施工各鉆孔，施工至11月3日結(jié)束，累計(jì)施工1個(gè)主孔，2個(gè)分支孔，累計(jì)進(jìn)尺1 104 m。Z1鉆孔施工過程中在煤巖交界面發(fā)生塌孔，通過反復(fù)洗孔方可通過，共施工501 m；后退至102 m處開分支施工Z2鉆孔，在348 m處發(fā)生塌孔，洗孔過程中旋轉(zhuǎn)壓力達(dá)到16 MPa，洗孔一個(gè)班無法通過，綜合判斷施工風(fēng)險(xiǎn)后停止施工Z2鉆孔，共施工246 m；后退至78 m處分支施工Z3鉆孔，共施工321 m，后因客觀原因結(jié)束本次施工。Z1、Z2、Z3孔實(shí)際軌跡如圖2所示，施工過程中煤巖統(tǒng)計(jì)情況見表2。

圖2 Z1、Z2、Z3孔實(shí)際軌跡剖面圖Fig.2 Profile of No.Z1,Z2,Z3 hole actual drilling trajectory

表2 鉆孔煤巖情況統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of coal and rock condition in drilling hole

續(xù)表

（1）根據(jù)Z1、Z2、Z3鉆孔見煤點(diǎn)的實(shí)際標(biāo)高，發(fā)現(xiàn)實(shí)際煤層底板等高線和預(yù)想煤層底板等高線誤差在10 m左右，根據(jù)施工情況對2.3號煤層采掘工程平面圖煤層底板等高線進(jìn)行了修正。

（2）探測前，預(yù)計(jì)義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)積水面積為90 364 m2，積水量為135 546 m3，水位標(biāo)高為828—875 m，積水深度為47 m，最大水頭壓力為0.47 MPa。通過Z1、Z2、Z3鉆孔的實(shí)際施工情況分析，各鉆孔施工過程中未進(jìn)入采空區(qū)，后以Z1鉆孔進(jìn)入義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)2.3號煤層底板標(biāo)高預(yù)計(jì)積水區(qū)，修改預(yù)計(jì)水位標(biāo)高為818—840 m，積水深度為28 m，最大水頭壓力為0.28 MPa。

（3）根據(jù)《山西省煤礦老空水害防治工作規(guī)定》中“三線”劃分，探測前，因沒有資料可查，根據(jù)預(yù)測的破壞區(qū)作為積水線，積水線外推100 m作為探水線，探水線外推80 m作為探水警戒線。定向鉆機(jī)探測后，探水線未變，修改探水線外推50 m作為探水警戒線。

（4）該鉆機(jī)施工孔深長，本次施工最大孔深501 m，滿足地質(zhì)超前探的距離。Z1鉆孔在積水線實(shí)際位置與設(shè)計(jì)偏差為0.8 m，施工精度高，可滿足鎮(zhèn)城底礦精細(xì)化勘探的需求。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

對ZYWL-6000DS定向鉆機(jī)施工過程的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

若探放水隊(duì)利用普通鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探，因施工巷道為帶壓開采，根據(jù)《山西省煤礦老空水害防治工作規(guī)定》中對厚煤層巷道在警戒線內(nèi)、探水線以外過渡區(qū)域鉆孔布置要求，每次鉆探時(shí)鉆孔至少要比巷道在警戒線以外區(qū)域多布置4個(gè)，此次項(xiàng)目施工至少要多耗時(shí)2個(gè)班。按照每噸煤3 000元計(jì)算，2個(gè)班生產(chǎn)收益約111萬元，扣除耗費(fèi)探放水鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭的費(fèi)用，ZYWL-6000DS定向鉆機(jī)相比普通鉆機(jī)可節(jié)省約109萬元。

4 結(jié) 語

鎮(zhèn)城底礦采用定向鉆機(jī)對義城及宏遠(yuǎn)煤礦破壞區(qū)內(nèi)采空積水進(jìn)行精準(zhǔn)探放。根據(jù)實(shí)際施工情況對2.3號煤層采掘工程平面圖煤層底板等高線進(jìn)行了修正，同時(shí)對積水區(qū)進(jìn)行修正，為鎮(zhèn)城底礦之后的安全生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)資料。