柴茂嘉

摘 要：孟津煤礦屬于煤與瓦斯突出及水文地質(zhì)類型復(fù)雜型礦井，在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下，工作面煤巷未施工前需掘進(jìn)底板巖巷以用作工作面瓦斯抽放巷和工作面底板全覆蓋注漿加固巷。底板巖巷采用綜掘機(jī)進(jìn)行綜合掘進(jìn)，按照《煤礦防治水細(xì)則》“有掘必探”的要求綜掘巖巷掘進(jìn)前需進(jìn)行超前探工作，如何提高綜掘巖巷掘進(jìn)效率緩解礦井接替緊張局面，合理的超前探技術(shù)方案的選擇是關(guān)鍵。本文結(jié)合復(fù)雜地質(zhì)條件下綜掘巖巷超前探施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)兩種超前探技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比分析，為礦井綜掘巖巷快速掘進(jìn)超前探技術(shù)的選擇提供了依據(jù)。高效合理的超前探技術(shù)方案的選擇不僅能提高綜掘巖巷的單月掘進(jìn)效率、保障礦井的有序接替計(jì)劃，還可以為類似復(fù)雜地質(zhì)條件下存在綜掘底板巖巷掘進(jìn)施工的礦井提供技術(shù)參照。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件;底板巖巷;綜合掘進(jìn);超前探;技術(shù)方案;對(duì)比分析;掘進(jìn)效率;

0引言

孟津煤礦地質(zhì)類型及水文地質(zhì)類型均為復(fù)雜型，目前礦井面臨采煤工作面接替緊張，工作面底板巖巷掘進(jìn)效率過低，而影響巖巷高效快速掘進(jìn)的關(guān)鍵因素是掩護(hù)巷道安全掘進(jìn)的超前探工程，因此對(duì)不同的超前探技術(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，合理選擇一套適合我礦復(fù)雜地質(zhì)條件下綜掘巖巷安全高效掘進(jìn)的超前探技術(shù)方案迫在眉睫。筆者通過對(duì)兩種超前探技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比，最終得出一套符合我礦復(fù)雜地質(zhì)條件下行之有效的超前探技術(shù)方案。該方案特點(diǎn)是妥善的協(xié)調(diào)好綜掘機(jī)快速掘進(jìn)與超前探查孔施工的時(shí)間關(guān)系，既保證了超前探查結(jié)果的真實(shí)有效，又保證了采掘接替的有序開展[1]，從而達(dá)到礦井綜掘巖巷安全高效掘進(jìn)的目的。

1 底板巖巷超前探技術(shù)要求

1.1超前探目的

探查掘進(jìn)巷道前方一定范圍內(nèi)煤巖層位、地質(zhì)構(gòu)造、水文特征等地質(zhì)條件。

1.2超前探控制范圍

每次超前探要查清巷道前方不小于60m、巷道兩側(cè)不小于15m的地質(zhì)及水文條件，并預(yù)留一定的超前距（巖巷20m、煤巷30m），循環(huán)探查掘進(jìn)。在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶或者煤層賦存條件急劇變化時(shí)應(yīng)加密鉆孔，進(jìn)一步探清前方地質(zhì)構(gòu)造及煤層情況。

1.3超前探鉆孔布置

按照《煤礦防治水細(xì)則》要求每一循環(huán)超前探鉆孔數(shù)量原則上4～6個(gè)。預(yù)掘巷道正前方鉆孔1個(gè)，預(yù)掘巷道方向斜上方鉆孔2～3個(gè)，鉆孔進(jìn)入煤層垂深不小于1m（或鉆孔進(jìn)入煤層不小于5m）。發(fā)現(xiàn)斷層適當(dāng)增加鉆孔個(gè)數(shù)，分別控制斷層的上下兩盤。有底板水害威脅的，底板方向鉆孔不少于2個(gè)，超前距一般取20m（依據(jù)水壓大小適當(dāng)調(diào)整），幫距應(yīng)與超前距相同或比超前距小1～2m，終孔層位到巷道底板法線距離不得小于20 m。

1.4超前探鉆孔施工順序

先施工預(yù)掘巷道前方距煤層或構(gòu)造較近的頂部層位鉆孔，再施工距煤層或構(gòu)造較遠(yuǎn)及兩側(cè)的層位鉆孔，后施工底部探水鉆孔，正前方鉆孔在底部探水孔掩護(hù)范圍內(nèi)施工。

2 超前探施工技術(shù)方案

2.1 方案一

（1）鉆場(chǎng)布置：鉆場(chǎng)布置在預(yù)掘巷道一側(cè)，間距60m循環(huán)布置，1部鉆機(jī)跟蹤施工直至掩護(hù)底板巖巷掘進(jìn)完成。

（2）鉆孔布置及個(gè)數(shù)：每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置鉆孔8個(gè)，頂部探煤鉆孔5個(gè)，底部探水鉆孔2個(gè)，正前鉆孔1個(gè)。鉆孔工程量約950m，工期約15天。頂部探煤鉆孔終孔間距40m，最遠(yuǎn)孔控制平距120m，兩側(cè)鉆孔控制巷幫各20m;底部探水鉆孔2個(gè)，控制巷幫各25m，終孔層位為奧灰頂界面，最遠(yuǎn)孔控制平距160m，每相鄰兩循環(huán)鉆孔沿巷道方向終孔間距為60m;正前鉆孔沿巷道坡度布置并在兩個(gè)底部探水孔施工掩護(hù)范圍內(nèi)施工，鉆孔長(zhǎng)度約150m。具體布置詳見圖1：

（3）鉆孔施工技術(shù)要求：頂部鉆孔進(jìn)入煤層垂深不小于1m（或進(jìn)入煤層不小于5m），每個(gè)探煤鉆孔開孔1m后必須安裝孔口防噴裝置，并與工作面瓦斯抽放系統(tǒng)連接，防止打鉆過程中瓦斯超限，終孔直徑不小于75mm;底部探水孔一級(jí)套管開孔孔徑133mm，套管直徑127mm，下設(shè)長(zhǎng)度25m。二級(jí)套管開孔孔徑113m，套管直徑108mm，下設(shè)長(zhǎng)度60m。終孔直徑不小于75mm，一級(jí)套管的注漿壓力6Mpa，試壓應(yīng)不小于8Mpa，二級(jí)套管的注漿壓力12Mpa，試壓壓力13Mpa。兩級(jí)套管試壓的穩(wěn)壓時(shí)間應(yīng)不小于30min。固管試壓合格后終孔鉆進(jìn)前，孔口必須安設(shè)大閘閥和防噴裝置，避免施工期間出大水造成水害事故。鉆孔固管和封孔漿液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65進(jìn)行配置，鉆孔注漿終壓13Mpa，鉆孔封孔合格標(biāo)準(zhǔn)以孔口不出現(xiàn)漏水、滲水、滴水現(xiàn)象為準(zhǔn);正前鉆孔Φ94mm鉆頭開孔直至終孔。

2.2 方案二

（1）鉆場(chǎng)布置：鉆場(chǎng)采用“掛耳”的形式布置在巷道兩側(cè)，每組2個(gè)鉆場(chǎng)（鉆場(chǎng)間距為10m），60m一組循環(huán)布置，2部鉆機(jī)同時(shí)跟蹤施工直至掩護(hù)底板巖巷掘進(jìn)完成。

（2） 鉆孔布置及個(gè)數(shù)：每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置鉆孔4個(gè)，其中頂部探煤鉆孔5個(gè)，底部探水鉆孔2個(gè)，正前鉆孔1個(gè)。鉆孔工程量約930m，工期約10天。頂部鉆孔終孔間距控制在40m，最遠(yuǎn)孔控制平距120m，兩側(cè)鉆孔控制巷幫各20m;底部探水鉆孔2個(gè)，控制巷幫各25m，終孔層位為鋁土頂界面，最遠(yuǎn)孔控制平距160m，每相鄰兩循環(huán)鉆孔沿巷道方向終孔間距60m;正前鉆孔沿巷道坡度布置并在兩個(gè)底部探水孔施工掩護(hù)范圍內(nèi)施工，鉆孔長(zhǎng)度約150m。具體布置詳見圖2：

（3）鉆孔施工技術(shù)要求：頂部鉆孔進(jìn)入煤層垂深不小于1m（或進(jìn)入煤層不小于5m），每個(gè)探煤鉆孔開孔1m后必須安裝孔口防噴裝置，并與工作面瓦斯抽放系統(tǒng)連接，防止打鉆過程中瓦斯超限，終孔直徑不小于75mm;底部探水孔一級(jí)套管開孔孔徑133mm，套管直徑127mm，下設(shè)長(zhǎng)度12m。二級(jí)套管開孔孔徑113m，套管直徑108mm，下設(shè)長(zhǎng)度25m。終孔直徑不小于75mm，一級(jí)套管的注漿壓力6Mpa，二級(jí)套管的注漿壓力12Mpa，試壓壓力13Mpa。二級(jí)套管試壓的穩(wěn)壓時(shí)間應(yīng)不小于30min。固管試壓合格后終孔鉆進(jìn)前，孔口必須安設(shè)大閘閥和防噴裝置，避免施工期間出大水造成水害事故。鉆孔固管和封孔漿液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65進(jìn)行配置，鉆孔注漿終壓13Mpa，鉆孔封孔合格標(biāo)準(zhǔn)以孔口不出現(xiàn)漏水、滲水、滴水現(xiàn)象為準(zhǔn);正前鉆孔Φ94mm鉆頭開孔直至終孔。

4 兩種技術(shù)方案對(duì)比分析

兩種技術(shù)方案分別在我礦兩條綜掘底板巖巷進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，方案一在12000工作面軌道底抽巷進(jìn)行應(yīng)用施工，方案二在11050工作面軌道底抽巷進(jìn)行應(yīng)用施工。現(xiàn)將對(duì)比分析如下：

（1）鉆孔施工效率對(duì)比分析

在12000工作面軌道底抽巷施工的16個(gè)超前探查孔，施工工期29天，平均每組鉆場(chǎng)鉆孔施工工期為14.5天，且鉆孔施工全部符合設(shè)計(jì)要求;在11050工作面軌道底抽巷施工的16個(gè)超前探查孔，施工工期18天，平均每組鉆場(chǎng)鉆孔施工工期為9天，且鉆孔施工全部符合設(shè)計(jì)要求。從兩組鉆場(chǎng)的施工工期對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)方案二的鉆孔施工效率明顯高于方案一的鉆孔施工效率，同等復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆孔的單孔施工效率方案二比方案一提高了33.8%。

（2）巷道掘進(jìn)效率對(duì)比分析

12000工作面軌道底抽巷和11050工作面軌道底抽巷在綜掘機(jī)功率、巷道斷面、支護(hù)方式等相同的條件下，運(yùn)用方案一單月掩護(hù)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺140m，運(yùn)用方案二單月掩護(hù)巷道掘進(jìn)進(jìn)尺204m，兩組方案掩護(hù)巷道掘進(jìn)效率進(jìn)行對(duì)比，方案二每月的巷道掘進(jìn)效率比方案一提高了6.7%。

（3）鉆探材料費(fèi)用對(duì)比分析

方案一鉆孔工程量比方案二工程量多20m，超前探鉆探費(fèi)用304元/m，方案二比方案一鉆探費(fèi)用節(jié)約了6080元;方案一兩組鉆場(chǎng)4個(gè)底部探水孔Φ127mm套管共下設(shè)長(zhǎng)度100m，Φ108mm套管共下設(shè)長(zhǎng)度240m，套管固管水泥干料用量12.8t;方案二兩組鉆場(chǎng)4個(gè)底部探水孔Φ127mm套管共下設(shè)長(zhǎng)度48m，Φ108mm套管共下設(shè)長(zhǎng)度100m，套管固管水泥干料用量7.2t。Φ127mm套管245元/m，Φ108mm套管225元/m，方案一套管使用費(fèi)用78500元，方案二套管使用費(fèi)用34260元。水泥干料450元/t，方案一固管水泥使用費(fèi)用5760元，方案二固管水泥使用費(fèi)用3240元。對(duì)比兩種方案套管及固管水泥干料的材料費(fèi)用，我們不難算出方案二在一二級(jí)套管下設(shè)方面使用的材料費(fèi)用比方案一節(jié)約了44240元，水泥干料使用的材料費(fèi)用節(jié)約了2520元，共計(jì)節(jié)約材料費(fèi)用46760元。方案一與方案二詳細(xì)對(duì)比統(tǒng)計(jì)見表1。

5結(jié)論

（1）在同等復(fù)雜地質(zhì)條件下，方案二采用雙側(cè)“掛耳”鉆場(chǎng)和2部鉆機(jī)同時(shí)施工的方式，將超前探查鉆孔平均分配到2個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行施工，取消了頂?shù)撞窟^巷鉆孔的施工、降低了鉆探施工難度，從鉆孔的施工效率方面明顯優(yōu)越于方案一。

（2）在符合相關(guān)地質(zhì)防治水技術(shù)規(guī)定及規(guī)程的前提下，經(jīng)數(shù)值計(jì)算方案二將底部探水鉆孔的終孔層位選擇在鋁土頂界面而不是含水層奧灰頂界面，通過對(duì)含水層上部的的導(dǎo)水裂隙進(jìn)行注漿封堵，實(shí)現(xiàn)了探注分離、降低了鉆孔的出水概率、減小了鉆孔注漿的難度、優(yōu)化了套管的下設(shè)長(zhǎng)度、節(jié)約了材料費(fèi)用，從而掩護(hù)了底板綜掘巖巷的高效掘進(jìn)，充分提高了底板巖巷單產(chǎn)單進(jìn)能力和掘進(jìn)效率。

（3）通過上述兩種超前探施工技術(shù)方案的對(duì)比分析，筆者認(rèn)為高效合理的超前探技術(shù)方案的選擇，在不同的地質(zhì)條件下掩護(hù)巷道安全、快速掘進(jìn)方面具有很大的成效，結(jié)合礦山自身?xiàng)l件對(duì)超前探技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，形成一套行之有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程對(duì)礦井的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有極大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝 偉，張 帆.煤礦底板巖巷綜掘工藝與超前探查優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].能源技術(shù)與管理，2019（01）