气动架柱式钻机在地质构造探测中的应用

汪 佩 李向阳

(河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿)

气动架柱式钻机在地质构造探测中的应用

汪 佩 李向阳

(河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿)

通过使用气动架柱式钻机对城郊煤矿DWF45断层进行探测分析，结果表明：钻孔偏斜度较低，探测精度较高，能够为21402切眼的安全施工及工作面安全回采提供可靠的地质依据；此外，大大提高了工效，有助于解决地质防治水零星工程施工设备搬运难题，该型钻机具有一定的推广应用价值。

气动架柱式钻机 断层 地质构造探测

在煤矿地质防治水工程施工中，钻探设备的选择对于钻探工程的质量、施工安全和效率至关重要。随着井下生产条件的日趋复杂，底板鼓起、顶板下沉、局部瓦斯积聚等不利因素对电器的安全要求越来较高，采用电力为动力的液压坑道钻机无法满足特殊条件下的钻探工作[1-3]。目前永煤集团所属矿井近乎全部采用ZDY系列钻机，该系列钻机虽有诸多优点，但组件多且笨重、搬运困难、投入工时较多、费时费力，搬运及运输过程中潜在安全隐患较多。因此，有必要引进一种轻便型且安全的钻探设备，达到既满足现场施工需要，又提高工效的目的。

1 应用背景

城郊煤矿位于河南省永城市境内，为河南能源集团永煤公司主力矿井，2003年投产，2009年核定生产能力为5.0 Mt/a，主采二叠系山西组二2煤层，采用立井两水平上下山开拓方式，属瓦斯矿井，水文地质条件中等。该矿井下日常探断层、探煤等地质防治水超前探施工较多，相较于工作面底板改造工程，该类零星的地质防治水单项工程特点有：①施工地点多发生在掘进工作面迎头位置，现场施工条件较差；②施工工期紧迫；③设计工程量少，部分工程仅需要施工1～2个钻孔，多者3～5个钻孔，单孔深度多在100 m以内。

2 气动架柱式钻机

ZQJC-420/10.0型煤矿用气动架柱式钻机主要由旋转部、推进部、机架、机头、立柱、分压器、钻具等组成。该型钻机以压气为动力，要求供气量大于6 m2/min，供气压力为0.4～0.6 MPa，压气经分零器分为3路压气，即旋转气路、进给气路、排渣气路(采用压气排渣，也可采用水排渣)，结构见图1，相关性能参数见表1。

图1 气动架柱式钻机结构

3 DWF45断层超前探测

3.1 工作面及断层概况

21402工作面位于城郊井田西北翼十四采区，回采煤层为山西组二2煤，煤层倾角平均为2°，厚2.9～2.4 m，平均厚2.7 m。老顶为灰白色中粒砂岩，平均厚9 m，抗压强度为50 MPa，属较稳定顶板；直接顶为灰黑色砂质泥岩，平均厚1.1 m，抗压强度为30 MPa，属不稳定顶板；直接底为灰黑色泥岩，平均厚1.3 m，抗压强度约30 MPa，属不稳定底板；老底为深灰色粉砂岩，平均厚7 m，抗压强度为50 MPa，属较稳定底板。该工作面初步设计切眼距离DWF45断层(落差0～25 m)约30 m，经前期在21402胶带顺槽通尺2 290 m处对该断层初步探测结果分析，该断层不具有导水性。为了查清该断层的走向摆动情况，为切眼准确位置设计提供可靠的地质依据，有必要在21402胶带顺槽通尺 2 357 m处对该断层的位置再次进行超前探测。

3.2 钻孔布设及技术参数

根据三维地震解释的断层位置及特点，结合前期探测情况，施工2个超前探查孔以准确控制断层的位置及延展方向，钻孔参数见表2。

表1 ZQJC-420/10.0型煤矿用气动架柱式钻机性能参数

表2 DWF45断层钻孔参数

3.3 钻探结果分析

通过使用气动架柱式钻机对DWF45断层进行探测，上述2个钻孔均顺利揭露断层面，其中，探1#孔26 m深揭露断层面岩石，探2#孔51.5 m深揭露断层面岩石。通过采用钻孔的测斜仪对2个钻孔的偏斜情况进行检验，钻孔方位和倾角偏斜度均小于1°，断层走向与预测结果基本一致，走向约64°，但断层面较预测位置向切眼方向摆动约4 m，断层与切眼垂距最小为21 m。

城郊煤矿超前探常用钻机主要为ZDY3200S和ZDY1900S型液压钻机，分别从设备搬运、安装、施工、回撤等4个方面与ZQJC-420/10.0气动型架柱式钻机进行施工工时对比，结果见表3。

由表3可知，使用ZQJC-420/10.0气动型架柱式钻机对DWF45断层进行探查，较之使用ZDY3200S和ZDY1900S型液压钻机分别减少了120和68个工时，钻探效率明显提高。

表3 三类钻机工时对比

4 结 语

ZQJ-300/6气动架柱式钻机对高瓦斯区、高应力区、突出危险区适应能力强，为此，采用该型钻机对城郊煤矿DWF45断层进行控制，结果表明：钻孔偏斜度低，探测精度较高，相对于ZDY3200S和ZDY1900S型液压钻机而言，工时消耗大大减少。

[1] 鲍 伟，宋立新，王洪立，等.矿用安全气动架柱式钻机的研制及应用[J].煤矿机械，2014(12)：78-79.

[2] 晁鲁强，陈国杰.煤矿用气动架柱式钻机的设计与应用[J].煤矿机械，2012(8)：8-9.

[3] 杨 样.基于机器学习的煤矿用气动架柱式钻机的寿命预测研究[J].煤矿机械，2012(10)：42-44.

2015-07-20)

汪 佩(1980—)，男，助理工程师，476600 河南省永城市。