注水钻机在矿山地质工作中的应用探究

2019-04-26李燕涛

中国金属通报 2019年12期

李燕涛

（冀中能源集团股份有限公司章村矿，河北邢台 056001）

随着矿产资源开产量的日益增加，许多的矿山安全问题也随之上升，粉尘和火灾等是矿山地质工作常见问题。据统计，全世界评价每年发生矿山粉尘爆炸有969起，死于矿山粉尘爆炸的人员有46954人。粉尘问题已经严重困扰到了矿山的正常生产和发展，以及严重威胁到了地质人员的人身安全[1]。

经研究发展，在矿山开采过程中采用注水工艺将矿体浸湿，增加粉尘湿度，进而改变其原有的物理特性，并对其进行合理的排出，可以降低粉尘爆炸的发生几率，从而使矿山开采工作顺利进行。目前注水工艺已经被广泛应用到矿山地质工作中，而注水钻机是实现该工艺价值的有效设备。此次根据吉林省放牛沟矿山具体实例对注水钻机的应用进行了具体阐述。

1 矿山概况

吉林省放牛沟矿山矿脉西北走向长5km，倾斜宽度2.6km，矿区总体面积约8.6km²。该矿区内赋存6层，厚度在1.69m～6.59m之间，平均2.98m。经地质勘查其中有一个局部可采，剩余所有大部分都具有良好的开发前景，把矿区分为A、B、C三个开采区，目前正在对开采区B进行回采，年产量约209万吨，在东北地区属于一个大型的矿山。

2 注水钻机在矿山地质工作中的应用

根据之前对开采区B的地质勘查资料中发现，开采区B的东南边界是F13断层，断层落差大约150m左右，属于逆掩断层[2]。受断层影响，开采区B中有两处发生逆转，形成一个韧性剪切带。据分析采区内的两处可能会受到逆转构造应力作用，导致内的矿体已经碎裂产生大量的矿体粉尘物质。根据以上分析，施工人员在开采区部分地区进行了矿层粉尘测量，经探测采区发生断层地区确实存有大量粉尘，而且粉尘含量达到5.6%。所以为了开采工作安全顺利进行，需要运用注水钻机对采取对粉尘进行有效治理。

2.1 选择注水钻机

在对采区B内粉尘治理之前需要根据采区地质条件选择合适的注水钻机，目前常用的注水钻机有MK-9和ZKH-12两种，下表为两种注水钻机的主要技术参数比较。

表1 MK-9和ZKH-12两种注水钻机的技术参数对比

考虑到吉林放牛沟矿山矿区地质条件和粉尘存在深度，选用ZKH-12型号注水钻机。

2.2 选择注水方式

注水方式主要分为两种，一是短孔注水，二是深孔注水。下图为两种注水方式工艺图。

图1 两种注水方式工艺图

短孔注水是在采区工作面垂直使用注水钻机倾斜钻孔注水，注水孔长度一般在5m～7.5m之间。短孔注水方式对矿区地质条件要求低，并且使用起来简单方便，没有任何技术难度，但是这种方式需要对矿区进行大量的钻孔，在注水过程中容易出现跑水现象[3]。深孔注水方式是在采区工作面进行垂直钻孔注水，钻孔长度一般在20m～25m之间。这种注水方式的优点在于它不需要大量的钻孔，并且单孔注水排气量大，而且还能对矿体有浸湿作用，易于开采。但是在钻孔注水过程中对压力要求较高，工艺复杂，需要施工人员具有一定的注水经验[4]。综合考虑两种注水方式的优缺点以及采取适用条件，采用深孔注水方式。

2.3 应用注水钻机清除粉尘

采区平均厚度为2.98m，属于中厚，以及垂直于工作面的走向上，底板到终水孔位置要求要在厚度的2/3处。根据以上条件确定此次应用注水钻机矿层钻孔角度为垂直钻孔，钻孔直径为50mm，钻孔长度为175m，每隔20m进行一次钻孔注水，整个矿区的钻孔量为36个。

在钻孔过程中，钻机要根据巷道和注水孔的方向来确定固定位置，并且钻机前方要固定在巷道金属架上，钻机后面用三根具有伸缩功能的金属柱固定，避免钻孔时角度倾斜，然后利用两个轨道卡子将钻架紧在钻机滑到上，方便调整注水钻机施工角度。在注水过程中，钻头以与工作面垂直角度进行钻孔，当钻头接触到时，注水钻机调整为高转速慢推进模式，使处钻孔圆整光滑[5]。

当钻头到达粉尘探测深度时，要对钻孔进行注水，钻机转速减小，水的流量不得小于75L/m，出口压力要控制在0.6MPa～0.7MPa之间，防止粉尘受压力作用发生爆炸。对矿区中的粉尘采取超前排放，边钻孔边注水边排放，直至揭露F13断层为止。当粉尘全部浸湿沉淀之后，需要进行封孔，封孔长度一般为5m～6m，直到钻孔不出现反水现象为止。