郭莊煤業(yè)5301膠帶巷掘進(jìn)工作面長、短距離鉆探技術(shù)的應(yīng)用

趙永波

(山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046100)

水文地質(zhì)勘探是煤礦生產(chǎn)重要的基礎(chǔ)性工作，可以為煤礦的生產(chǎn)與安全提供科學(xué)信息數(shù)據(jù),是煤礦合理布置采掘活動的重要依據(jù)。運(yùn)用水文地質(zhì)勘探技術(shù)可以探明落差在5 m以上的斷層、褶曲和直徑為20 m以上的陷落柱，而且可靠率達(dá)到80%以上。但是對落差小于5 m的斷層或直徑小于20 m的陷落柱的解釋存在不確定性或準(zhǔn)確度很低[1]，往往成為采掘活動中最容易忽視的隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素。針對這類勘探準(zhǔn)確度較低但又可能存在的地質(zhì)構(gòu)造，需要采用超前鉆孔綜合探測，實(shí)現(xiàn)逐步排除落差小于5 m的斷層[2]。郭莊煤業(yè)5301膠帶巷掘進(jìn)期間，分析可能存在礦井分界正斷層的伴生斷層，如出現(xiàn)無計劃揭露，可能會因地質(zhì)條件的突然變化而造成不同程度經(jīng)濟(jì)損失和傷亡事故。為此，我們提出采用長、短距離超前鉆孔綜合探測方案來排除隱蔽的小型正斷層，為巷道的安全高效掘進(jìn)提供可靠的地質(zhì)數(shù)據(jù)。

1 工程概況

郭莊煤業(yè)5301工作面設(shè)計長度1 100 m(以藕澤正斷層和DF01正斷層的保護(hù)煤柱為界限)，面寬250 m，開采3號煤層，平均煤層厚度5.99 m，東臨本礦井田邊界、南臨藕澤正斷層和DF01正斷層、西為實(shí)煤體、北為五采區(qū)系統(tǒng)巷。地面三維地震勘探資料顯示，藕澤正斷層為礦井分界斷層，走向北50°東、傾向南東、傾角70°，最大落差94 m，全長約4.5 km左右。該斷層由鉆孔控制，已查明。DF01正斷層，走向近東西向，傾向北、傾角50°、延伸長度近400 m、最大落差30 m，對工作面布置影響較大。

根據(jù)采掘任務(wù)安排，先行掘進(jìn)5301膠帶巷，5301膠帶巷沿煤層底板掘進(jìn)，巷道斷面為矩形(凈高3.5 m、凈寬5 m)。查閱勘探資料，設(shè)計掘進(jìn)長度范圍內(nèi)無明顯地質(zhì)異常區(qū)。但是根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗判斷，該工作面不排除存在伴生小斷層和其它地質(zhì)異常情況，為了最大程度地避免無計劃揭露地質(zhì)構(gòu)造而帶來的經(jīng)濟(jì)損失和傷亡事故，同時也為了避免資源的浪費(fèi)和安全高效掘進(jìn)，需要將隱蔽的地質(zhì)構(gòu)造超前探測清楚，必要時可以提前拐掘切眼。

2 超前探測技術(shù)方案

為了避免發(fā)生伴生地質(zhì)構(gòu)造的突然揭露而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和傷亡事故，現(xiàn)采用長鉆孔對巷道前方的地質(zhì)情況進(jìn)行超前探測(排除落差大于2 m的正斷層和陷落柱)，再利用掘進(jìn)期間的超前探鉆孔進(jìn)行探測(排除落差大于1.5 m的正斷層)，為了提高打鉆效率，最后再利用每天的檢修時間進(jìn)行短探(排除落差大于0.5 m的正斷層)。通過逐級探測，可以排除無計劃揭露斷層的可能性，為巷道的安全高效掘進(jìn)提供了保障。

2.1 長距離鉆孔施工

采用長鉆孔的主要目的是超前長距離了解地質(zhì)情況，超前排除落差大于2 m的隱蔽正斷層和陷落柱。為了避免鉆孔施工時影響巷道掘進(jìn)，5301膠帶巷掘進(jìn)至500 m處，兩幫間隔100 m施工1個鉆場(鉆場寬5 m、深度4.5 m、高3.2 m)，共計施工6個鉆場?？蓪?shí)現(xiàn)對掘進(jìn)范圍全覆蓋，每個鉆場內(nèi)布置2個鉆孔，鉆孔深度控制在120 m，具體鉆場布置如圖1所示，在巷道掘進(jìn)期間每間隔100 m布置1個鉆場。

圖1 鉆場及鉆孔布置

鉆孔設(shè)計角度以排除落差大于2 m的正斷層和陷落柱為目的，具體設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 長距離鉆孔設(shè)計參數(shù)

施工完成后，對無異常出水的鉆孔及時進(jìn)行封堵或者與瓦斯管路進(jìn)行并網(wǎng)處理。

2.2 短距離鉆孔施工

5301膠帶巷掘進(jìn)期間嚴(yán)格按照“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，探放水鉆孔施工期間嚴(yán)格按照設(shè)計進(jìn)行，以60 m作為循環(huán)進(jìn)尺，保留30 m安全距離，幫距不小于20 m,允許掘進(jìn)30 m.鉆孔施工時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場煤層底板坡度、煤層傾角等變化情況及時對鉆孔參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。具體設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 短距離鉆孔設(shè)計參數(shù)

利用超前探放水鉆孔的鉆探成果，可以更進(jìn)一步排除落差大于1.5 m的正斷層。

2.3 超短距離鉆孔的施工

為了更進(jìn)一步摸測清工作面前方是否存在伴生小斷層，同時為了安全高效掘進(jìn)，不再占用工作面生產(chǎn)時間，特利用每天的檢修時段，在工作面用風(fēng)動鉆機(jī)打設(shè)兩個20 m的超短鉆孔，掘進(jìn)工作面每天的正規(guī)循環(huán)進(jìn)尺為10 m.因此，這兩個20 m的鉆孔既可以探測前方地質(zhì)情況，又可以保留10 m的保護(hù)距離。若探測存在0.5～1.5 m的正斷層時，可以利用10 m的保護(hù)距離作為巷道改變支護(hù)方式或掘進(jìn)坡度的調(diào)整距離。具體施工參數(shù)如表3所示。

表3 超短距離鉆孔設(shè)計參數(shù)

如圖2所示，長距離鉆孔存在遺漏落差小于2 m的正斷層的鉆探空白區(qū)，短距離鉆孔存在遺漏落差小于1.5 m的正斷層的鉆探空白區(qū)。利用三級不同距離的長、短鉆孔可以相互填補(bǔ)鉆探空白區(qū)，完全可以排除落差大于0.5 m的正斷層。斷層“三要素”不明確時，可以適當(dāng)補(bǔ)充鉆孔直至滿足要求。

圖2 鉆孔空白區(qū)分析圖

2.4 鉆探施工安全技術(shù)措施

為確保5301膠帶巷超前鉆孔施工安全，在鉆孔施工期間應(yīng)制定必要的安全技術(shù)措施。

1) 首先應(yīng)確?，F(xiàn)場作業(yè)人員安全。加強(qiáng)對周邊環(huán)境的觀測，頂幫支護(hù)必須可靠，必要時做好別幫防護(hù)，避免碎煤下落或者局部冒頂?shù)冉o施工人員造成傷害。嚴(yán)格按照設(shè)計方案進(jìn)行施工，配備合理的排水系統(tǒng)。

2) 鉆探過程中密切監(jiān)測鉆孔周邊瓦斯變化情況，出現(xiàn)異常，及時停鉆。

3) 打鉆過程中鉆孔異常出水或出現(xiàn)透水征兆時，要立即停止鉆進(jìn)，將工作面所有受威脅人員撤離至安全地點(diǎn)，立即向調(diào)度室匯報，不得擅自退出鉆桿。

4) 所有作業(yè)人員必須熟知避災(zāi)路線，作業(yè)現(xiàn)場必須確保撤退路線暢通。

3 超前鉆探效果分析

在5301膠帶巷掘進(jìn)期間，采用長、短鉆孔對巷道掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)(靠近藕澤正斷層和DF01正斷層的500 m范圍內(nèi))產(chǎn)生的隱伏伴生正斷層進(jìn)行超前探測，鉆場內(nèi)施工長距離鉆孔時不會給巷道掘進(jìn)帶來影響。短距離鉆孔只需在正常施工探放水鉆孔時進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加分析，超短距離鉆孔每天利用檢修時間施工，耗時較短。在5301膠帶巷內(nèi)共施工10個長距離鉆孔、68個短鉆孔(正常超前探)、50個超短鉆孔，期間發(fā)現(xiàn)巷道800 m、893 m、995 m、1 025 m、1 040 m處存在伴生正斷層，落差從0.7～4.5 m不等，均無出水、滲水現(xiàn)象。具體探測情況統(tǒng)計如表4所示。

表4 5301膠帶巷鉆孔參數(shù)分析

利用三級超前鉆孔逐級鉆探，成功地排除掉落差大于0.5 m的正斷層，超短距離鉆孔彌補(bǔ)了正常超前探在高度為0.5～1.5 m的鉆探空白區(qū)，做到提前對前方地質(zhì)情況徹底了解，并制定出過斷層方案，及時調(diào)整巷道掘進(jìn)和支護(hù)計劃，避免了巷道掘進(jìn)期間的無計劃揭露和地質(zhì)條件突然變化而帶來的傷亡事故。

4 結(jié) 語

5301工作面設(shè)計掘進(jìn)終點(diǎn)緊鄰藕澤正斷層和DF01正斷層，這兩條斷層落差較大，產(chǎn)生不同程度的伴生正斷層。5301膠帶巷掘進(jìn)期間主要面臨的問題為可能無計劃隱伏的伴生正斷層，為了避免無計劃揭露斷層對巷道掘進(jìn)產(chǎn)生影響、造成經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡，采用長距離、短距離、超短距離鉆孔綜合進(jìn)行探測分析，通過不同形式的鉆孔距離，最大程度地將正斷層的排除落差范圍不斷減小至0.5 m.這種方式不僅不會影響掘進(jìn)進(jìn)度，而且可以高效排除落差大于0.5 m的正斷層，后續(xù)的巷道掘進(jìn)可以在留設(shè)的保護(hù)距離內(nèi)做出掘進(jìn)和支護(hù)方式的調(diào)整。5301膠帶巷掘進(jìn)期間，充分利用長、短距離鉆孔的鉆探，成功通過5條正斷層，落差范圍0.7～4.5 m不等，降低了無計劃揭露斷層的風(fēng)險，為巷道的安全高效掘進(jìn)創(chuàng)造了良好條件。