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，目前開采的重點逐步向著覆存較為復雜的煤層進行轉(zhuǎn)移。在巷道開挖過程中，常常會出現(xiàn)采空積水問題，嚴重威脅著礦井的安全高效開采，所以及時探清施工水害問題是保證礦井正常開采的重要手段。定向鉆機能夠快速、精準的打進采空區(qū)內(nèi)，提前對影響工作面施工安全的采空積水進行探放，消除老空水害威脅；同時定向鉆機能夠在開掘巷道施工前對巷道進行遠距離超前探測，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險。本文利用定向鉆機對鎮(zhèn)城底礦南翼上組探水巷西部義城及宏遠煤礦破壞區(qū)水文情況進行研究，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，年設計生產(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)條件復雜。義城及宏遠煤礦破壞區(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)，批準開采2.3號煤層，于2007年被省國土廳關閉。據(jù)調(diào)查，義城及宏遠煤礦破壞區(qū)距鎮(zhèn)城底礦南翼上組探水巷最近處為120 m，預計破壞區(qū)積水面積為90 364 m2，積水量為13 5546 m3，水位標高為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影響較大。

2 定向鉆機的應用及優(yōu)點

普通鉆機鉆進時無法精確控制其鉆進角度及方向，且鉆孔深度無法滿足鎮(zhèn)城底礦要求，為了對義城及宏遠煤礦破壞區(qū)內(nèi)采空積水進行精準探放，選用定向鉆機進行施工?？紤]到鎮(zhèn)城底礦井下巷道坡度大、距離遠等實際情況，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，該鉆機爬坡能力強，行走速度快，能有效解決施工人員肩扛手抬的事故風險，減少了施工人員勞動強度，保證了人員安全。

利用定向鉆機有效距離長、可分支探測、精度高等特點，此次探測采用1個主孔2個分支的施工方式，縮短了施工工期，節(jié)省了施工成本。該鉆機自動化程度高，操作簡單，正常情況下2人即可完成鉆進工作，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 施工設計

此次采用ZYWL-6000DS定向鉆機進行施工，施工共設計3個鉆孔，Z1、Z2鉆孔用于探放水，Z3鉆孔用于探測F215斷層走向。鉆孔設計參數(shù)見表1。

表1 鉆孔設計參數(shù)Table 1 Drilling hole design parameters

鉆孔設計平面如圖1所示。

圖1 鉆孔設計平面圖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，累計施工1個主孔，2個分支孔，累計進尺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)壓力達到16 MPa，洗孔一個班無法通過，綜合判斷施工風險后停止施工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孔實際軌跡如圖2所示，施工過程中煤巖統(tǒng)計情況見表2。

圖2 Z1、Z2、Z3孔實際軌跡剖面圖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鉆孔見煤點的實際標高，發(fā)現(xiàn)實際煤層底板等高線和預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行了修正。

（2）探測前，預計義城及宏遠煤礦破壞區(qū)積水面積為90 364 m2，積水量為135 546 m3，水位標高為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鉆孔的實際施工情況分析，各鉆孔施工過程中未進入采空區(qū)，后以Z1鉆孔進入義城及宏遠煤礦破壞區(qū)2.3號煤層底板標高預計積水區(qū)，修改預計水位標高為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鉆孔在積水線實際位置與設計偏差為0.8 m，施工精度高，可滿足鎮(zhèn)城底礦精細化勘探的需求。

3.3 經(jīng)濟效益分析

對ZYWL-6000DS定向鉆機施工過程的經(jīng)濟效益進行分析。

若探放水隊利用普通鉆機進行超前鉆探，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，每次鉆探時鉆孔至少要比巷道在警戒線以外區(qū)域多布置4個，此次項目施工至少要多耗時2個班。按照每噸煤3 000元計算，2個班生產(chǎn)收益約111萬元，扣除耗費探放水鉆機、鉆桿、鉆頭的費用，ZYWL-6000DS定向鉆機相比普通鉆機可節(jié)省約109萬元。

4 結(jié) 語

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