水钻机在矿山地质工作中的应用探究

王庆文

（山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250000）

1 前言

矿产资源产量不断增加的过程中，矿山安全问题的发生频率也随之增高。据相关部门的数据调查统计，全世界每年由矿山粉尘引发的爆炸高达969 起之多，因为矿山粉尘爆炸导致的死亡人数更是达到了46954 人之多。粉尘问题作为困扰矿山正常生产和发展的重要因素，对地质人员的人身安全产生了严重的威胁。矿山资源开采过程中，工作人员采用注水工艺浸湿矿体，不仅达到了增加粉尘湿度的目的，而且随着矿山粉尘物理特性发生改变，粉尘爆炸安全事故发生的概率也显著下降，确保了矿山资源开采工作的安全顺利进行。

2 注水钻机在矿山地质工作中的应用

2.1 矿山概况

某矿山的矿脉东南走向长度为6km，倾斜宽度为2.8km，政工矿区的总面积约为9.1km²。该矿区的内赋存6 层，每层的厚度在1.75 ～6.83m，平均厚度为3.01m。工作人员经过地质勘探发现，其中一个局部可采，其余大部分都因为开发前景较好，所以可以将其详细地划分为A、B、C 等几个不同的开采区。当前，随着该矿区对B 开采区进行了回采工作，年开采量已经达到了216 万吨，属于该地区的大型矿山之一。

2.2 注水钻机在矿山地质工作中的应用

通过对B 开采区地质勘查资料的分析发现，B 开采区的西北边界为13F 断层，断层之间的落差为140m 左右的逆掩断层。受到断层影响，该开采区中两处发生逆转后形成的韧性剪切带，不仅导致矿体内部碎裂后产生了大量的矿体粉尘物质，而且增加了粉尘爆炸事故发生的概率。所以，为了保证矿区开采工作的安全有序进行，工作人员必须合理运用注水钻机开展矿山粉尘的治理工作。

（1）选择注水钻机。工作人员在开展B 开采区粉尘治理工作前，必须根据开采区地质条件的勘察数据选择符合要求的注水钻机。目前，常见的注水钻机主要有MK-9 和ZKH-12 等几种，以下为两种注水钻机的技术参数（如表1）。

表1 MK-9 和 ZKH-12 两种注水钻机的技术参数对比

通过对本矿区地质条件与粉尘深度的分析，矿山资源开采企业应该选择ZKH-12 型号注水钻机作业。

（2）选择注水方式。注水作业施工方式主要有短孔注水和深孔注水等几种。首先，短孔注水。所谓短孔注水，也就是在开采区的垂直面使用注水钻机倾斜钻孔注水，短孔注水方式自由与具有对地质条件要求低、操作简便且技术难度低等特点被广泛应用于矿区开采中。但是，由于该操作方法要求工作人员必须在矿区内大量尊孔，所以在注水过程中难免会出现泡水的问题。其次，深孔注水。深孔注水也就是在开采区工作面采取垂直钻孔的方式注水。这种注水方式最大的优点在于钻孔数量少、单孔注水排气量大且开采难度低等特点。但是，由于该方法在实际应用过程中对压力要求高且工艺过于复杂，所以，施工人员必须具有相应的注水操作经验，才能满足钻孔注水作业的要求。

（3）应用注水钻机清除粉尘。该矿区的开采区平均厚度为3.01m，属于中厚、垂直于工作面走向且底板至终水位置要求为厚度2/3 处。如果按照上述条件分析，工作人员选择的追溯钻机矿层钻孔角度应该为直径50mm、长度175m，钻孔距离间隔20m 的垂直钻孔。工作人员在钻孔作业过程中，应该以巷道和注水口方向确定钻井固定位置，避免因为钻孔作业过程中角度出现倾斜的情况，影响钻孔的垂直度，确保注水钻孔作业的顺利进行。

3 注水钻机在煤矿地质工作中的应用

3.1 井田概况

某井田南北走向长为4km，倾斜宽为1.7km，矿区总面积为6.3km2。经过地质勘测发现该井田内共赋存5 层煤，分别为：1-1 煤、1-2 煤、2-1 煤、2-2 煤和2-3 煤层。除2-2煤局部可采，其余煤层均为大部可采且每层构造简单。根据这一地质条件，相关部门将该矿井详细地划分为11，12，13等几个开采区。根据当前的回采情况分析，回采2-3 煤层，年产量达到了146 万t，属于本地区的大型骨干矿井。

3.2 注水钻机在地质工作中的应用

（1）注水钻机的性能。为了彻底解决老空水、瓦斯、地质构造等问题对矿区开采作业产生的影响，该矿区在开采作业过程中采用了KHYD-400 型注水钻机。这种钻机主要有机体和钻杆两部分组成，其中钻杆的长度为2.5m 或3.1m，采取牵引链向前给力的方式驱动。该钻机配置了60 和100的二齿合金钻头，这种合金钻头可以在普氏硬度2 ～5 的岩层中钻进。在钻机钻进过程中，用水将粉尘冲出，在煤层钻机深度达到50 ～80m 后，即可采取注水打孔的方式施工，提高了矿区钻孔注水操作的效率和质量，为后续矿区开采作业的安全顺利进行奠定了坚实的基础。

（2）利用注水钻机探放老空水。某矿区工作面走向长480m，倾斜宽150m，可采储量22 万t。根据相关数据，该工作面面层为单斜发构造且构造简单无断层发育。但是，在工作面后续开采掘进后发现，下切口附近、顶板等部位均出现了严重的淋水现象，且涌水量达到了11m3/h。如果工作面上覆是2-1 煤层采空区，下拐头斜上方为中12 下山水仓，水平距离30m。那么，经过计算发现该仓中的积水达到了1870m3，切眼附近工作面与2-1 煤采空区间距2.6 ～4.1m，且2-3 煤层顶板裂隙发育。所以，上覆老空水引发的工作面淋水问题，对该矿区工作面回采工作的安全开展造成了非常严重的影响。

（3）利用注水钻机探放瓦斯。某矿区工作面作为该矿区的高产高效工作面，走向长度为1300m，倾斜长度为167m，可开采储量总计83t。虽然该工作面煤层相对稳定且构造简单，但位移的缺点就是其作为一条老巷对回采作业的安全有序进行埋下了安全隐患。由于煤矿资源回采作业过程中，大巷与采空区相同，再加上采空区中存在着若干火区，回采作业过程中，大巷内必然会产生大量有害气体。所以，工作人员必须采取积极有效的措施排放采空区内的有害气体，才能在保证回采作业安全顺利进行的基础上，提高矿区开采的质量和效率。

（4）采用注水钻机也可以排放煤层中的瓦斯。某矿区的井田西部边界为F14 断层，却断层落差100m 左右逆掩断层。受此地质条件的影响1-1、1-2 以及2-1 煤层西部发生了倒转的情况后，形成的倒转褶曲。因为受到井田内构造力作用等因素的影响，2-3 煤层轴部与附近煤层不仅呈破碎装且聚积了大量瓦斯。所以，根据F14 断层资料的分析结果，设计出了符合要求的探巷，为后续煤矿回采作业的开展奠定了良好的基础。

（5）利用注水钻机探测构造。某矿区井田内煤层整体呈单斜构造赋存，该井田因为褶曲未发育，因此，断层只在12 采区发育。根据地质勘查数据，落差最大的断层为F5201，F5202 和F5203， 其最大落差分别达到了为29m，14m和12.5m。由于该井田巷道掘进过程中，经常出现煤层断失的情况，使用常规的湿式煤电钻无法达到安全开采的目标。为了彻底搞清楚各个断层的落差，工作人员特意布置了寻找断失煤层的地质钻孔，不仅确保了断层落差探测数据的准确性，而且为后续煤矿开采作业的顺利进行奠定了良好的基础。

4 结语

总而言之，注水钻机作为矿山地质作业中最常用的施工设备之一，该设备不仅广泛应用于粉尘治理中，而且在矿区注水防尘、老空水排放、软化等地质工作中也发挥着重要的作用。所以，矿山资源开采企业必须采取积极有效的措施，确保矿区开采工作的安全顺利进行，才能发挥出注水钻机在矿山地质作业中应有的社会效益和经济效益。