張博曠

（同煤集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037000）

5136 綜采面為挖金灣煤業(yè)新投入的綜采作業(yè)區(qū)，工作面是 5 號(hào)煤層 965m 水平 513 采區(qū)第六個(gè)回采工作面，上距4 號(hào)煤層平均間距17.30m。煤層厚度 5.81～13.26m，平均為9.70m，可采性指數(shù)為1.2，煤厚變異系數(shù)為19.7%，是本區(qū)的主要穩(wěn)定可采煤層。煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，一般含夾石3 層，局部多達(dá)8 層，夾石單層厚度一般不大于 0.60m。煤層頂板多為泥巖。根據(jù) 5136 底抽巷涌水特征，初期表現(xiàn)為頂、底板涌水及煤壁淋水，穩(wěn)定涌水量約為15m3/h，具有砂巖水的涌水特點(diǎn)，后期峰值涌水量較大（115m3/h）且持續(xù)沒有衰減，表現(xiàn)為煤層充水，分析為奧灰水通過導(dǎo)水通道進(jìn)入煤層內(nèi)，給5136 作業(yè)面的正常生產(chǎn)造成了較大的影響。目前挖金灣煤業(yè)所采用的井下防水方案主要是利用鉆機(jī)鉆探后確定排水孔位置，然后利用梯形管進(jìn)行排水。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該方案存在成本高、效率低的缺陷，而且管口沒有防突裝置，當(dāng)水壓過大時(shí)極易出現(xiàn)突水事故，給井下綜采作業(yè)造成嚴(yán)重的影響。因此項(xiàng)目組提出采用超前鉆孔放水施工方案，在傳統(tǒng)鉆孔方案基礎(chǔ)上對(duì)該鉆孔方案進(jìn)行優(yōu)化，提升操作效率和安全性。根據(jù)在挖金灣煤業(yè)5137 綜采面的實(shí)際應(yīng)用表明，該超前鉆孔放水技術(shù)方案能夠顯著降低綜采過程中出現(xiàn)涌水的概率，具有極好的應(yīng)用效果。

1 鉆孔時(shí)鉆場(chǎng)加固

由于現(xiàn)在的鉆機(jī)不斷向著大功率、大鉆進(jìn)扭矩方向發(fā)展，鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中的振動(dòng)沖擊較大，因此對(duì)各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)和穩(wěn)定性的要求均較大[1]，在鉆進(jìn)工作中提供的鉆進(jìn)力矩較大，因此必須要求鉆進(jìn)區(qū)域的地基要牢固。在進(jìn)行直徑大、深度長(zhǎng)的孔洞鉆進(jìn)時(shí)還必須對(duì)該區(qū)域內(nèi)的地基進(jìn)行一定的處理，避免在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)松動(dòng)、垮塌。由于5136 巷道底板有浮煤及松軟地層，因此項(xiàng)目組制定了新的鉆場(chǎng)加固方案，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 煤礦井下鉆場(chǎng)加固結(jié)構(gòu)示意圖

2 鉆進(jìn)施工

開孔是鉆孔能否達(dá)到施工要求的關(guān)鍵?！吧厦娌徽旅嫱帷保梢哉f明開孔與孔斜的關(guān)系。鉆孔的孔斜超標(biāo)，就意味著鉆孔不能達(dá)到施工目的層位而造成鉆孔報(bào)廢甚至意外事故。因此開孔前一定要做好以下工作：（1）對(duì)鉆機(jī)安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁鉆機(jī)不穩(wěn)開孔；（2）使用質(zhì)量合格的鉆具開孔，嚴(yán)禁使用彎曲鉆具開孔；（3）開孔時(shí)要嚴(yán)格按照開孔三要素（即輕壓、慢轉(zhuǎn)、小水量）進(jìn)行施工控制；（4）為了降低鉆頭在鉆進(jìn)過程中剝離巖石所產(chǎn)生的切向力，采用了在巖石上預(yù)先鑿出一個(gè)鉆窩的方案，從而在鉆進(jìn)時(shí)形成一個(gè)反切向力，確保鉆進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。

在鉆進(jìn)的過程中，由于巷道中的鉆場(chǎng)空間所限，采用了短鉆桿的鉆進(jìn)技術(shù)方案。但由于采用短的鉆桿鉆進(jìn)，在操作過程中需要不斷地停鉆進(jìn)行鉆桿更換，每一次更換均會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)間的停滯，而且取出鉆頭的時(shí)候又會(huì)將鉆孔底部的碎屑留在鉆孔的臺(tái)肩上，當(dāng)鉆頭重新插入時(shí)，對(duì)鉆頭產(chǎn)生一個(gè)鉆進(jìn)偏心力，影響鉆進(jìn)的穩(wěn)定性和鉆頭的使用壽命。通過多次驗(yàn)證后，在5136 綜采面鉆進(jìn)時(shí)采用在每一次換接鉆桿后重新開鉆時(shí)，先不斷地輕壓鉆桿，然后以正常鉆進(jìn)速度1/3 的轉(zhuǎn)速進(jìn)行鉆進(jìn)。雖然該方案會(huì)產(chǎn)生一定的磨合期，但能夠有效地確保鉆進(jìn)的安全性和一致性。判斷孔底鉆頭與巖石面是否磨合完整的方法是，回轉(zhuǎn)壓力表的指針達(dá)到小幅均勻擺動(dòng)即可。采用該鉆進(jìn)方案后能夠?qū)@進(jìn)效率提升10%以上。

在煤礦井下含水層鉆進(jìn)過程中由于水壓較大，因此一旦觸及含水層，內(nèi)部的積水在水壓作用下就會(huì)溢出，逐漸超出孔口。如果此時(shí)不能采取有效的封堵措施，往往會(huì)造成突發(fā)性的涌水事故，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此探放水鉆孔應(yīng)安設(shè)鉆孔安全裝置。在5136 綜采面鉆進(jìn)時(shí)要求設(shè)置鉆孔孔口管，探放水鉆孔孔口管選用地質(zhì)鉆孔套管管材，孔口管的長(zhǎng)度根據(jù)鉆孔可能遇到的最高水壓、鉆孔孔口巖石條件等因素按《煤礦防治水細(xì)則》經(jīng)驗(yàn)值選定[3]，如表1 所示。由于5136 綜采面鉆進(jìn)時(shí)的最大突水壓力為2.6MPa，因此孔口管的長(zhǎng)度設(shè)置為15m。

表1 孔口管長(zhǎng)度對(duì)照表

探放水鉆孔孔口管材質(zhì)為地質(zhì)勘探用無縫鋼管，上部與法蘭盤焊接，管壁外以 6#鉛絲（或其他可替代金屬絲）纏繞，并用電焊焊牢?？卓诠芟虏壳懈顬殇忼X狀，以便于固管時(shí)出漿?？卓诠苎b置如圖2 所示。

圖2 煤礦井下鉆孔孔口管結(jié)構(gòu)示意圖

3 探放水孔鉆進(jìn)過程中的防突方案

在鉆進(jìn)過程中如果發(fā)生突水事故將造成重大的損失，因此在5136 綜采面探放水孔鉆進(jìn)過程中，首次應(yīng)用了防突水裝置。整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示[4]。

圖3 煤礦井下鉆孔防突水裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在鉆孔鉆進(jìn)施工中，首先在管口設(shè)置一個(gè)相應(yīng)直徑的高壓閥，同時(shí)在鉆頭的后側(cè)設(shè)置一個(gè)逆止閥，確保鉆進(jìn)過程如果遇見高壓水或者有害氣體時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)帶壓卸下鉆具。當(dāng)鉆頭鉆入鉆孔以后，在鉆桿上安裝一個(gè)防止突水的封孔器，封孔器和鉆桿之間留一定的間隙，保證鉆進(jìn)過程中能夠在鉆桿上來回滑移，避免不斷的人工調(diào)整。設(shè)置完成后可以打開封孔器側(cè)邊的截止閥，然后開始執(zhí)行正常的鉆進(jìn)作業(yè)。在鉆進(jìn)時(shí)如果遇見突水事故則可以及時(shí)關(guān)閉截止閥，然后帶壓卸除鉆桿，避免出現(xiàn)突水事故。在卸鉆頭時(shí)要注意先關(guān)閉大直徑孔口高壓閥，最后將防突封孔器前法蘭放松與鉆頭一并卸出。期間可在封孔器旁路截止閥處安置三通管路進(jìn)行鉆孔內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)。鉆孔施工完成后，可在大直徑孔口高壓閥外安裝管線以便進(jìn)行可控放水或注漿封閉鉆孔。

4 結(jié)論

該技術(shù)方案采用了優(yōu)化后的鉆機(jī)布置結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)超前探放水鉆孔的探放水施工技術(shù)方案和防突方案進(jìn)行了論述，結(jié)果表明：

（1）在進(jìn)行直徑大、深度長(zhǎng)的空洞鉆進(jìn)時(shí)還必須對(duì)該區(qū)域內(nèi)的地基進(jìn)行一定的處理，避免在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)松動(dòng)、垮塌。

（2）在鉆進(jìn)的過程中，由于巷道中的鉆場(chǎng)空間所限，采用了短鉆桿的鉆進(jìn)技術(shù)方案。在每一次換接鉆桿后重新開鉆時(shí)，先不斷地輕壓鉆桿，然后以正常鉆進(jìn)速度1/3 的轉(zhuǎn)速進(jìn)行鉆進(jìn)，能夠有效地確保鉆進(jìn)的安全性和一致性。該方案在確保鉆進(jìn)安全的前提下能夠?qū)@進(jìn)效率提升10%以上。

（3）在鉆孔處設(shè)置防突水裝置，能夠有效地降低在鉆進(jìn)過程中發(fā)生突水事故的概率。