超前钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

赵慧国

（大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿，山西 原平 034000 ）

1 矿井基本情况

1.1 工程概况

梨园河煤矿隶属于大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司，当前矿区面积23.7556km2，生产规模180万t/年，批准开采矿种为2#～6#煤层，准采标高1880～820m。煤矿距北同蒲铁路南部轩岗火车站9 km，距宁武站15km，且有公路相接。井田地处云中山北端，为桑干河与阳武河分水岭，属剥蚀断块的低山中山区，区内地形复杂，沟谷纵横发育，地形总体北高南低。本区处于永定河水系桑干河支流与子牙河水系滹沱河支流的分水岭，区内无较大的河流，主要发育一些冲沟，地下水补给来源于大气降水，沟谷中仅在春季积雪融化和夏秋两季雨后有短期地表径流，经观测地表径流的流量一般为0.08L/s，其余季节基本干枯。

1.2 工作面水文地质情况

51103进风巷掘进工作面属于511区，其四邻关系为：东部为工业广场煤柱，南部为斜井煤柱，西部为511轨道上山，北部为51103回风巷。该工作面设计掘进方位为a=90°，设计全长928m，跟5#煤底板沿煤层走向掘进。相应地面无村庄及地面建筑，地形为基岩覆盖，沟壑发育，地面标高为1746～1679m，工作面预计标高1464～1449m，盖山厚度约230～282m。

1.3 水害分析

（1）小窑采空区积水。根据《大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿生产补充勘探报告》、《大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿矿井水文地质类型划分报告》，现生产区水文地质条件简单，井田内无大的地表水体，井田内的关闭小窑均位于井田最北部，离现采掘活动区2200 m以上，小窑水不会对采掘产生影响。

（2）奥陶系岩溶承压水。梨园河矿奥灰水水位标高为1080～1130m，仅井田南部部分为带压开采区，现工作面位于井田中北部，预计最低标高为1464m，高于奥灰水水位标高，经计算T＜0.06 MPa/m，不存在承压水。因此奥灰岩溶水对工作面掘进无影响。

（3）采空区积水。51103进风巷掘进工作面属于511区，其四邻关系为：东部为工业广场煤柱，南部为斜井煤柱，西部为511轨道上山，北部为51103回风巷。无采空区，所以工作面掘进不受采空区积水威胁。

（4）顶、底板含水层水。5#煤层位于太原组中部，顶板主要含水层为砂岩裂隙水，底板含水层为太原组砂岩裂隙水。我矿所有掘进工作面至今还未出现过顶底板含水层水及裂隙水突水现象，只是在遇见断层时有少量滴水，在遇见7.0m以上的断层时滴水量最大为1.0～1.5m3/h。针对以上水患分析，51103进风巷掘进时主要进行“有掘必探”超前探。

2 超前钻探钻孔布置及主要参数设计

2.1 超前钻探设备选定

本次选用ZL-750型煤矿用履带式全液压坑道钻机，由镇江安达煤矿专用设备有限公司生产。其主要技术参数为：钻进深度200m；终孔直径Φ75mm；钻杆规格Φ50 mm；钻孔倾角0～±90；输出转速80/180 r/min；输出扭矩1250/580N•m；给进能力60kN；起拔能力45kN；给进行程850mm；爬坡能力20；接地比压＜0.06MPa；电机功率22kW；主机外形 尺寸3050×1300×2210mm；整机重量（不含钻具）约2800 kg。

2.2 超前钻探设计

采用矿井瞬变电磁仪YCS256对掘进巷道进行超前探查，勘探装置类型采用重叠回线组合装置，工作面掘进过程中，每70m利用交接班时间在巷道迎头左方、前方、右方呈扇形布置进行探测，预计探测13站。

物探施工结束后，采用ZL-750型钻机对物探结果进行验证，确保掘进前方无水害威胁。结合水害分析，巷道沿底掘进，针对实际情况，物探无异常“有掘必探”设计4个钻孔。钻探验证孔按超前30m留设安全距离，1#孔沿掘进方向水平钻进，2#孔沿掘进方向钻进见顶，3#孔朝左手帮钻进，4#孔朝右手帮钻进。因煤层发生变化或地质构造影响，导致向顶板施工的钻孔未达到设计孔深，如探入岩石1m时停止探钻。如遇低洼处或断层构造有淋水水量加大处，进行补打一站。

表1 钻孔设计参数一览表

钻孔设计倾角只做参考，δ表示为巷道倾角，实际布置钻孔倾角时，根据煤层实际倾角决定。物探结果有异常时，针对异常范围位置另行补充钻孔设计。

第一站钻场位置的确定及钻场、水仓要求。工作面开口先掘进专回、行人、皮带、轨道措施巷，且四条上山在掘进时已进行了“有掘必探”，水文地质条件清楚，无需二次进行钻探。因此51103进风巷第一站钻探位置定在车场与511轨道巷贯通后5m进行。钻场布置在巷道前进方向左手帮（2.5×2.5×3m），右手帮为临时水仓（2.5×2.5×5 m）。

2.3 物探安全措施

（1）下井前需要充分了解井下作业地点的安全情况，确保物探工作顺利进行。（2）施工队组要停止掘进、打眼，抽干工作面积水，清理巷道底部浮煤，全力配合物探工作。（3）物探人员要细心操作，并密切注意仪器显示的数据情况。发现异常必须及时采取有效措施进行处理。（4）物探工作进行过程中，要由通风瓦检员现场全程检查瓦斯情况，由安检员负责检查工作面顶板支护情况。（5）在物探过程中如存在安全隐患，必须及时停止作业，等待处理完毕继续作业。（6）工作面瓦斯浓度达到1%，严禁施工。

3 钻探安全措施的研究

钻探工作开始之前，所有参与51103进风巷掘进的人员及钻探人员学习《煤矿安全规程》、《井下钻探操作规程》及51103进风巷“有掘必探”设计方案。具体的安全措施如下：

（1）每站开钻前由机电队架设4寸排水管路及排水能力不小于60～80 m3/h的水泵2台（1台使用，1台备用），从临时水仓内至511轨道大巷排水沟，联合试运转后，确保钻探时能安全使用。（2）51103进风巷在超前钻探时，施工队必须把巷道清理平整，不得有浮煤，杂物等。（3）每站开钻前施工队必须将排水沟挖好并保证排水。钻机安装必须平稳，牢固，打好防止钻机移动的戗压杠。（4）确定超前探孔位置时，钻探队在开钻前必须按照测量人员提供的实际钻孔方位、倾角进行钻探。钻探队必须按设计方案施工，不得擅自修改设计，如确实要减少或增加孔数时必须经地测副总批准，总工同意后方可，巷道掘进时掘进队必须根据下发的51103进风巷停止（允许）掘进通知单执行。（5）在钻探的过程中，操作人员必须密切注意孔内煤粉的湿润程度，如发现孔内水压有变化等异常情况时，应立即停钻但不得拔出钻具，立即断电撤人后汇报调度室并采取相应措施，待恢复正常后，方可钻进。（6）每班钻进记录必须清楚，准确掌握进尺，不得弄虚作假。每班打钻情况要及时汇报地测科及调度室，并做好记录。钻探队在卸钻杆时，必须停止钻机，采用人工卸钻杆。（7）在超前钻探时，如钻孔出水量超过单孔出水量时（25m3/h），由当班安监员、跟班队长组织立即撤人并通知该区域受威胁的人员撤离并汇报调度室。

4 现场排水系统及避灾措施

避灾路线。1号线：51103进风巷→511轨道上山→5#集中轨道巷→副斜井→地面；2号线：51103进风巷→511轨道上山→5#集中轨道巷→主斜井→地面。

排水路线。51103进风巷临时水仓（BQS/150/50/45水泵Φ108×6 mm排水管）→511轨道巷（水沟）→5#集中轨道巷（水沟）→主斜井井底临时水仓（4台100D45×7型排水泵，3台使用1台备用）→主斜井（Φ108×6 mm排水管）→地面。

通讯方式：在每个探水点安置专用电话，可随时与井下各施工地点及调度室联系。

5 实际应用效果评价

梨园河煤矿51103进风巷在进行开采前，采用钻孔超前探测技术对该巷道水的分布进行了相应的探测。在实践施工过程中如探测工艺不规范或没有做好涌水事故的防范措施，就会发生相应的水害事故，危害到工人的生命安全和财产安全。本文以梨园河煤矿51103进风巷为研究对象，对超前钻探钻孔位置的设计、排水系统及避灾措施进行了阐述，对于该煤矿的水害防治具有很强的指导意义，有效地降低了梨园河煤矿突水安全事故的发生几率。