孔令祺

（潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 030600）

1 2101 工作面膠帶順槽概況

潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司2101 工作面膠帶順槽東為2101 工作面，西為未開(kāi)采區(qū)，南為2101 工作面切眼，北為下組煤集中回風(fēng)、集中膠帶、集中輔助運(yùn)輸下山。

2101 膠帶順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 400 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為15 號(hào)煤層，煤層平均厚度為6.17 m，平均傾角為13°；工作面巖層直接充水含水層為K2 砂巖的石炭系松散含水層，該含水層富水性一般較弱。預(yù)計(jì)掘進(jìn)期間頂板局部可能出現(xiàn)淋滴水現(xiàn)象，還會(huì)形成積水區(qū)，直接影響工作面正常掘進(jìn)。

2101 膠帶順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至2020 年8 月12 日，巷道已掘進(jìn)600 m。為了解決上覆采空區(qū)積水對(duì)巷道掘進(jìn)的影響，巷道掘進(jìn)前期主要采用鉆探手段進(jìn)行探放水施工，巷道每掘進(jìn)60 m在巷道迎頭位置施工4 個(gè)探水鉆孔，鉆孔深度為90 m，鉆孔直徑為75 mm，但是在巷道掘進(jìn)中發(fā)現(xiàn)，由于原探放水施工時(shí)，探水鉆孔長(zhǎng)度有限，導(dǎo)致巷道每掘進(jìn)7 d 需進(jìn)行一次探水施工，每次探水施工影響巷道掘進(jìn)達(dá)1.5 d，嚴(yán)重制約著巷道安全快速掘進(jìn)。為此，五里堠煤礦探放水隊(duì)決定采用千米定向鉆機(jī)進(jìn)行探放水施工。

2 千米定向鉆機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)及鉆孔布置

2.1 鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

2101 膠帶順槽采用的千米定向鉆機(jī)型號(hào)為ZDY6000LD，鉆機(jī)最大扭矩為6 000 N·m，最大驅(qū)動(dòng)力為200 kN，配套設(shè)備有直徑為73 mm的中心通纜鉆桿、直徑為85 mm的平底燒結(jié)胎體式PDC 鉆頭、直徑為133 mm的一字型擴(kuò)孔鉆頭、YHD1-1000 隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。該配套系統(tǒng)可在鉆孔施工過(guò)程中實(shí)時(shí)掌握鉆孔傾角、方位角等技術(shù)參數(shù)，并通過(guò)顯示器直觀(guān)顯示鉆孔軌跡、鉆孔成型情況。鉆機(jī)具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ZDY6000LD型定向鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2 鉆孔布置參數(shù)

1）2101 膠帶順槽已掘進(jìn)600 m，剩余800 m，所以只需布置一個(gè)探水鉆場(chǎng)即可。將鉆場(chǎng)布置在巷道480 m 處，鉆場(chǎng)長(zhǎng)度為5.0 m、深度為2.0 m、高度為3.5 m，鉆場(chǎng)內(nèi)支護(hù)與2101 膠帶順槽巷道內(nèi)支護(hù)形式相同，為了提高鉆場(chǎng)穩(wěn)定性，在鉆場(chǎng)內(nèi)支設(shè)一排單體液壓支護(hù)（共4 根），單體柱支設(shè)間距為1.0 m。

2）在鉆場(chǎng)內(nèi)布置4 個(gè)鉆孔，鉆孔深度為820 m，鉆孔直徑為85 mm。將鉆孔布置在工作面迎頭煤壁上，距頂板1.2 m，鉆孔間距為1.5 m。

2.3 鉆孔施工

1）鉆孔開(kāi)孔及擴(kuò)孔施工：首先根據(jù)鉆探設(shè)計(jì)，采用直徑為85 mm的鉆頭進(jìn)行開(kāi)孔施工，開(kāi)孔深度為20 m；然后及時(shí)更換直徑為133 mm的擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為20 m，擴(kuò)孔直徑為133 mm，擴(kuò)孔到位后及時(shí)清理鉆孔內(nèi)煤屑。

2）在完成鉆孔擴(kuò)孔后，依次在鉆孔內(nèi)安裝孔口管、封孔器、閥門(mén)、壓力表、泄壓閥等，每節(jié)孔口管長(zhǎng)度為3.0 m、直徑為110 mm，為保證孔口管穩(wěn)定性，在孔口管與鉆孔壁之間采用聚氨酯粘接，如下頁(yè)圖1所示。

圖1 2101 膠帶順槽探水鉆孔封孔示意圖（單位：mm）

3）導(dǎo)向鉆孔施工：利用泥漿泵產(chǎn)生的壓力水，采用定向鉆頭、螺桿馬達(dá)、下無(wú)磁鉆桿、測(cè)量探管、上無(wú)磁鉆桿、Φ 通纜鉆桿、水鞭進(jìn)行定向鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)一段長(zhǎng)度后及時(shí)測(cè)量鉆孔方位角及軌跡，并與設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，若穿線(xiàn)偏差及時(shí)糾正。

3 千米定向鉆機(jī)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

3.1 對(duì)巷道掘進(jìn)影響小

采用千米定向鉆機(jī)進(jìn)行探放水施工時(shí)，鉆機(jī)可在工作面后方進(jìn)行鉆孔施工，通過(guò)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)控制鉆孔軌跡，可直接繞過(guò)巷道前方，繼續(xù)探水，使鉆孔施工與巷道掘進(jìn)平行作業(yè)，可保證巷道掘進(jìn)效率。

3.2 鉆孔鉆進(jìn)深度大

采用傳統(tǒng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，最大鉆進(jìn)深度為100 m，超前距為30 m，巷道最大允許掘進(jìn)距離為70 m。以2101 膠帶順槽為例，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中需探水共計(jì)20 次，不僅布置鉆場(chǎng)次數(shù)多，鉆孔施工頻繁，而且鉆孔總長(zhǎng)度大，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度高，不利于巷道安全快速掘進(jìn)。

采用千米定向鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，鉆機(jī)最大鉆進(jìn)深度為1 000 m，最小深度為500 m，2101 膠帶順槽采用千米鉆機(jī)探放水時(shí)只需布置兩個(gè)鉆場(chǎng)，大大減少了鉆場(chǎng)數(shù)量，降低了鉆孔總深度，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

3.3 提高功效，降低成本

采用普通鉆機(jī)和千米鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，孔口管安裝長(zhǎng)度、孔口管數(shù)量以及封孔工藝基本相同，但是普通鉆機(jī)施工鉆孔數(shù)量與鉆場(chǎng)數(shù)量都多，造成封孔頻繁、封孔材料消耗量大，導(dǎo)致施工成本高，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，不利于快速高效掘進(jìn)設(shè)備潛能的發(fā)揮。

3.4 鉆孔軌跡可控性高

傳統(tǒng)鉆機(jī)無(wú)定向系統(tǒng)，在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)不能準(zhǔn)確掌握鉆孔方位角、軌跡等技術(shù)參數(shù)，導(dǎo)致鉆孔施工后與設(shè)計(jì)鉆孔軌跡偏差較大，致使無(wú)效鉆孔數(shù)量多，鉆孔施工勞動(dòng)強(qiáng)度大，甚至出現(xiàn)部分鉆孔與含水層導(dǎo)通的現(xiàn)象。

采用千米鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，可通過(guò)隨機(jī)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握鉆孔軌跡、鉆孔成孔情況，出現(xiàn)鉆孔軌跡偏差時(shí)可及時(shí)糾偏，從而保證了鉆孔施工精度，提高了鉆孔探放水效率。

4 千米鉆機(jī)應(yīng)用效果

截至目前，2101 膠帶順槽已掘進(jìn)到位，采用千米鉆機(jī)進(jìn)行探放水施工，在后期只進(jìn)行一次巷道探放水施工，鉆孔總長(zhǎng)度為3 280 m，與傳統(tǒng)鉆機(jī)相比可縮短鉆孔施工長(zhǎng)度達(dá)400 m，大大縮短了鉆孔施工周期。同時(shí)千米鉆機(jī)自動(dòng)化水平高，在鉆孔施工過(guò)程中通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)可直觀(guān)顯示鉆孔走向、鉆孔成孔情況，提高了鉆孔成孔率，取得了顯著應(yīng)用成效。