蘇剛

（山東大聯(lián)礦業(yè)工程有限公司，山東 泰安 271001）

一、提出問題

新疆北部礦井探礦工程施工面臨燒變巖復(fù)雜地質(zhì)條件，燒變巖形成機理復(fù)雜，燒變深度、火燒區(qū)富水性等不確定因素多[1]，受此影響嚴重制約礦井開發(fā)進度。特別是在井上、井下地質(zhì)勘查過程中相繼面臨兩個實際問題：一是井上地質(zhì)勘查施工過程中，液壓回轉(zhuǎn)鉆機的鉆頭鉆入燒變巖特殊地質(zhì)環(huán)境，直接導(dǎo)致孔內(nèi)的沖洗液部分或全部流失，沖洗循環(huán)被不斷破壞，影響鉆進速度和鉆井質(zhì)量，巖芯采取率低，干擾地質(zhì)錄井和信息采集。二是井下地質(zhì)勘查過程中，施工作業(yè)采掘工作面均受到燒變巖富水性影響，遭遇水害威脅，埋下了隱患，形成儲量地損，制約影響了礦井開發(fā)進度，帶來時間和經(jīng)濟上的雙重損失。

二、判斷問題

（一）井上地質(zhì)勘查

1.地質(zhì)概況。在地質(zhì)勘查方法上，由于該礦井地表基巖裸露，溝谷叢橫、地形破碎、多有陡崖、交通不暢，地形十分復(fù)雜，礦井以東鄰近河流河床，給野外施工造成了極大的不變；受到此地形和燒變巖特殊地質(zhì)的影響，選擇探礦工程施工為重點方法，同步進行野外施工作業(yè)。通過先后開展地形地質(zhì)測量、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)測量、磁法勘探、鉆探施工、鉆孔抽水試驗、鉆孔地球物理測井，礦井地質(zhì)調(diào)查、采樣化驗等多種方法進行綜合作業(yè)[2]。鉆探工作在完成地面地質(zhì)填圖、礦井地質(zhì)調(diào)查、地面磁法勘探后進行。鉆探作業(yè)以礦區(qū)所含煤層為地質(zhì)勘查主要對象和重點，礦井開采煤層為A6煤層，礦井在此煤層布置采掘工作面，根據(jù)揭露燒變巖特殊地質(zhì)情況，提出相應(yīng)技術(shù)方案指導(dǎo)下一步作業(yè)。

2.井上探礦工藝及暴露問題。井上地質(zhì)勘查鉆探施工采用機械巖芯鉆進工藝，使用XY-5 型液壓回旋鉆機，能夠?qū)崿F(xiàn)直徑50 鉆桿鉆深1500m 以內(nèi)。回轉(zhuǎn)器立軸8 速正轉(zhuǎn)、2 速反轉(zhuǎn)，立軸行程600mm，立軸內(nèi)徑96mm，起重能力250kN，加壓能力180kN，移動油缸行程450mm，動力為柴油機。鉆進每進尺50m 鉆具誤差不大于0.15%。終孔后進行常規(guī)的地球物理測井，所有鉆孔做簡易水文觀測和采取巖芯，部分鉆孔采集煤層頂?shù)装鍘r樣、煤芯瓦斯解析樣、地下水水樣，進行鉆孔抽水試驗，終孔后封孔并在孔口立永性標樁，各鉆孔封閉均達到設(shè)計要求，質(zhì)量符合設(shè)計要求。鉆孔工程質(zhì)量驗收標準按照《煤田勘探鉆孔工程質(zhì)量標準》進行，分八項指標驗收，全孔工程質(zhì)量評定級別分為特級、甲級、乙級三個級別。對所竣工鉆孔按照上述標準進行質(zhì)量驗收和定級，除乙級孔1 個外，其余均為特級孔、甲級孔，出現(xiàn)乙級孔原因為遇見燒變巖地質(zhì)條件，注入孔內(nèi)的沖洗液部分或全部流失，充分暴露出了問題。

3.揭露燒變巖。通過對巖芯進行分析，礦井所處地層分別為塔里奇克組、侏羅系下統(tǒng)阿合組、第四系全新統(tǒng)沖洪積層。對燒變巖特殊地質(zhì)條件進行地質(zhì)分析判斷，燒變巖是由侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組上、中段巖層經(jīng)煤層自燃的高溫烘烤形成，顏色以褐紅色為主，夾有淺黃色條帶，裂隙發(fā)育、破碎，主要在礦區(qū)東部和南部邊界附近沿煤層露頭走向呈條帶狀東西向展布。同時，燒變巖分布受煤層自燃后引起的烘烤巖區(qū)影響，揭露深度與鄰近河流侵蝕基準面有高度相關(guān)性，判斷燒變巖地質(zhì)條件應(yīng)具有一定規(guī)律性。

（二）井下鉆探施工

1.地質(zhì)概況。A6 煤層厚度2.5-7.2m，平均厚度4.87m，布置各個工作面沿底板施工，頂板為粉砂巖，老頂為粉砂巖、細砂巖、砂礫巖，底板為泥巖、粉砂巖，老底為細砂巖、粗砂巖。露頭及淺部已自燃并形成燒變巖地質(zhì)條件，所保存煤層均屬于正常煤層，煤層單一結(jié)構(gòu)，屬于較穩(wěn)定煤層。在井下鉆探施工過程中，未揭露巖漿巖分布，已揭露的燒變巖裂隙水成為礦床充水的主要因素，威脅礦井安全。有害氣體等其它賦存因素、地質(zhì)條件方面尚不對礦井構(gòu)成安全威脅。

2.井下探礦工藝及暴露問題。井下作業(yè)期間，礦井施工A601、A602工作面，揭露在距進口160m 處均為火燒區(qū)，直接資源損失儲量25 萬噸，同時燒變巖裂隙富水性極強，工作面遭遇最大涌水量超過400m3/h，礦井受到了嚴重水害威脅，埋下了隱患，形成儲量地損，制約了礦井開發(fā)進度，帶來時間和經(jīng)濟上的雙重損失。為降低影響，全面有效探明地質(zhì)情況，在順槽工作面組織了井下探礦工程，探礦設(shè)備選用KMD-5S型全液壓坑道鉆機、SGB9-12 井下注漿泵，電源為井下防爆供電系統(tǒng)。采用施工1.5m×1.5m×1m的水窩儲水，用防塵管路通過鉆機立軸直接沖洗鉆孔，利用井下供排水系統(tǒng)排出巖粉。井下鉆機窩選取頂板支護完好、無危巖懸矸、安全可靠的地點，施工點里外各5m 范圍內(nèi)無雜物。鉆機處底板平整，底座打設(shè)固定鉆機地錨。鉆機施工過程中鉆孔直徑127mm，可后期擴孔，下入直徑108mm、厚壁6mm的孔口止水管，孔口管焊接相應(yīng)法蘭盤、高壓閘閥，符合耐壓要求。探放時出水，不得拔出鉆桿，并把工作面迎頭煤壁打4 根圓點柱貼緊煤壁，使用背板確保可靠，掌握好放水量小于排水能力的30%，時刻觀察涌水量大小。

3.揭露燒變巖。井下鉆探施工過程中均揭露燒變巖裂隙富水問題，一是對A601 運輸巷、A601 軌道巷、A601 工作面采空區(qū)累計打探水孔16 個，出水12 個。二是對A602 聯(lián)絡(luò)巷打探水孔4 個，出水1 個，最大涌水量10.8m3/h。三是A602 運輸巷在600m 處向火燒區(qū)邊界打探水孔4 個，出水1 個，最大涌水量32.6m3/h。四是A3A5 回風(fēng)巷迎頭打探孔2 個，均出水，最大涌水量3m3/h。井下鉆探施工涌水量統(tǒng)計為A601 運輸巷20m3/h、A601軌道巷77.5m3/h、A601 面采空區(qū)121.2m3/h、運輸下山5m3/h、A602 聯(lián)絡(luò)巷24m3/h、A602 運輸巷4.5m3/h、A3A5 回風(fēng)巷1.8m3/h，礦井合計涌水量234m3/h，施工期間礦井涌水量穩(wěn)定在220m3/h 左右。

三、解決問題技術(shù)方案

（一）針對井上鉆探?jīng)_洗液流失問題，提出“一孔一策”的解決問題思路及具體技術(shù)方案

1.摸清燒變巖賦存規(guī)律。通過地質(zhì)勘查分析，煤層自燃火燒區(qū)為多層煤層燃燒所致，燒變巖分布為非均勻性?；馃疃茸畲?00m 左右，最淺60m 左右，平均120m 左右，根據(jù)井上鉆孔揭露，火區(qū)的分布具有一定的規(guī)律性，與鄰近河流古侵蝕基準面有高度相關(guān)性：火燒區(qū)底界基本上位于一平面范圍內(nèi)，深度一般不超過臨近河流的最低侵蝕基準面；向斜翼部地層較陡，煤層抬起易形成火區(qū)，而向斜軸部地形平坦，煤層保存完好；淺部火燒區(qū)誤差在10m 左右，深部火燒誤差在30m 左右。

2.采取四項措施應(yīng)對沖洗液流失問題，充分結(jié)合鉆孔的位置不同，因地制宜應(yīng)對沖洗液流失，主要做法是：一是采取平衡鉆井法，準確預(yù)報地層壓力，根據(jù)地層壓力預(yù)報及時調(diào)整鉆井液密度。二是使用較粘稠、高質(zhì)量的化學(xué)泥漿，起到粘稠及潤滑作用的同時，符合環(huán)保要求，確保了泥漿的無毒無害。三是縮短淺部鉆探時間和停留，通過摸清燒變巖賦存規(guī)律為淺部鉆探提供了有力預(yù)判支持，確保鉆孔深度盡快超過臨近河流的最低侵蝕基準面以下。特別是鉆孔進入60-200m 的淺部、河流的最低侵蝕基準面以上，向斜翼部地層時，容易發(fā)生漏失，采取鉆桿、孔口潤滑配低固相化學(xué)泥漿的措施，減輕鉆進過程中的摩擦力，提高頂漏鉆進效率。鉆孔進入＞200m 的深部、河流的最低侵蝕基準面以下，向斜軸部地形時，鉆孔的巖芯采取率將會有明顯提高，沖洗液流失問題將會明顯轉(zhuǎn)變。四是完善處理漏失應(yīng)急預(yù)案，一旦發(fā)生漏失，施工人員第一時間啟動預(yù)案，采取增大泥漿、在沖洗液中加堵塞物、用水泥漿和堵漏劑等應(yīng)急措施。

（二）針對井下作業(yè)燒變巖裂隙富水問題，提出“短探短進”的解決問題思路及具體技術(shù)方案

1.提高探進頻次，應(yīng)對在對A6 煤層探礦過程中遇見燒變巖裂隙富水因素，主要做法是：施工過程中，嚴格執(zhí)行超前探放措施，由過去的每隔50m 施工探眼，先縮減為每隔30m 施工探眼，再縮短至隨探隨掘，剩余10m 前再組織施工探眼，更加準確摸清A6 煤層火燒區(qū)邊界，確定施工方案，在安全可靠的前提下，既能保證了工期，又能提高了施工效率。

2.配套專用排水設(shè)備。充分結(jié)合燒變巖裂隙水害揭露，投用MD450-60×4 耐磨多級離心泵及其配套設(shè)施：一是電器部分使用QJR-400/1140軟啟動開關(guān)、KBSGZY-1000－10/1.2KV 移動變電站、LBG1-200/10 高壓電纜連接器、KBZ-630/1140.660 饋電開關(guān)。二是電纜部分使用MYPTJ-3×35/10KV 高壓橡套電纜、MYP-3×150/1.14kv 橡套電纜。三是管路部分使用外徑273mm最大流量480m3/h六米鋼管，配備閘閥、多級泵進水口法蘭、螺栓、底閥、彎頭、法蘭、螺栓、接線盒、膠墊、閘閥、逆止閥、無縫鋼管等，形成完備的應(yīng)對燒變巖裂隙水害專用排水設(shè)備。

3.施工三個疏水泄壓巷。一是礦井A602 運輸巷在該工作面進入現(xiàn)在A601 工作面采空區(qū)位置200m 時施工疏水聯(lián)絡(luò)巷，根據(jù)高差9.7m 實際，在A602 運輸巷安設(shè)以上專用排水設(shè)備，對A601 工作面采空區(qū)排水泄壓。二是在A602 運輸巷到達切眼位置后，施工疏水聯(lián)絡(luò)巷，安設(shè)配套以上專用排水設(shè)備。三是按照確定的A602 運輸巷施工中選擇標高最佳位置與A601面老空區(qū)貫通，完善排水系統(tǒng)，作為A601 面的泄水巷。同時，對主運輸水溝進行擴修，增大疏排水能力。通過以上技術(shù)方案，計算排水能力統(tǒng)計，改造前A602 工作面排水能力178.75m3/h，礦井排水能力442m3/h；改造后A602 工作面排水能力471.25m3/h，礦井排水能力1027m3/h，A602 工作面能夠積極應(yīng)對災(zāi)害威脅，保障礦井的安全和進度。

四、結(jié)論

通過認真分析該礦井井上、井下地質(zhì)勘查探礦工程過程中出現(xiàn)的問題，提出了“一孔一策”和“短探短進”的解決問題思路及具體技術(shù)方案，一是采取摸清賦存規(guī)律、采取平衡鉆井法、選用適合泥漿、縮短淺部鉆探時間停留頂漏鉆進和應(yīng)急處理等措施，有效應(yīng)對井上地質(zhì)勘查施工過程中鉆頭鉆入燒變巖形成的沖洗液漏失問題，順利完成施工。二是采取增加探水頻次、配套專用排水設(shè)備、施工疏水聯(lián)絡(luò)巷等措施，有效應(yīng)對了井下A6工作面遇見燒變巖水害問題。通過以上有針對性的措施，解決了該礦井地質(zhì)勘查探礦工程中燒變巖的實際問題，提高了資源開發(fā)利用效率，保障了項目開發(fā)進度，在同類礦井中具有較好借鑒意義。