超前钻探预测预报技术在煤矿中的应用

赵 毅

（山西晋能集团有限公司晋城有限公司，山西 晋城048000）

小型褶曲、隐伏陷落柱严重影响着煤矿掘进期间的安全，小型褶曲造成的煤层起伏变化对巷道掘进施工坡度的确定起着很大制约作用，陷落柱对采掘工作面布置、资源储量回收起着决定性影响。通过超前钻探施工探明煤层起伏变化情况、地质构造产状、赋水导水性等信息，利用钻探成果进行综合地质分析，准确发布地质、水情水害、瓦斯预测预报，为煤矿安全生产提供地质保障。超前钻探预测预报技术对提高预测预报的准确率和可靠性、防止灾害发生具有现实指导意义。

本文以裕兴煤矿二采区北翼辅运巷为例，针对巷道前方的不明构造及煤层产状变化地段开展超前钻探，进行地质综合分析，准确预测预报，合理优化调整巷道施工坡度、开口位置等参数，以达到减少工程浪费，杜绝瓦斯、水害事故发生，保证掘进安全的目的。

1 概述

裕兴煤业有限公司北翼辅运巷位于井田西部。北部横穿F1、F2断层至井田边界，南部为二采区西翼辅运巷与二采区西翼回风巷，西部为二采区北翼回风巷，东部为二采区北翼胶带巷。

辅运巷开口位于F36导线点向西25.5 m，方位角1°45′53.7″，掘进长度1 412 m。巷道净宽5 m，净高3.5 m，净断面积17.5 m2，沿煤层顶板布置。巷道掘进煤层为15号层，平均厚度为4.05 m，受区域构造影响，井田内发育以宽缓的背向斜构造为主，轴向大致北北东，两翼地层倾角1-4°，煤层常夹0～2层夹矸，结构简单～较简单，顶板多为K2灰岩，局部为黑色泥岩；底板为泥岩或粉砂岩，全区稳定可采的厚煤层。

裕兴煤业所处区域地层早期地下水活动频繁，陷落柱发育，地质勘探期间未能全部探明，在掘进和回采过程中揭露了4个隐伏的陷落柱，隐伏陷落柱对二采区开拓巷道布置的设计工作造成一定不确定性影响，因此，辅运巷掘进期间采用超前钻探预测预报技术分段掩护掘进，找出掘进前方隐伏陷落柱并探明其性质和产状，及时优化采区设计，以减少掘进工程浪费，确保掘进安全。

2 超前钻探设计应用

2.1 超前钻探设计

1）裕兴煤业二采区煤层赋存相对稳定，全区煤层倾角0°～6°，平均3°。二采区北翼辅运巷设计沿煤层底板掘进施工，设计第一循环超前钻探钻孔，呈扇形布置，设计长度按80 m一个循环，一组钻孔纵向上4个（1号—4号）。

2）1号孔设计见顶板，4号孔设计见底板，2号、3号孔全煤钻进，钻孔遇岩或者遇空后钻进困难时撤钻，分析评价瓦斯和水害威胁程度，排除威胁后掘进至距构造10 m处开始第二循环钻探如下页图1所示。

3）钻孔施工时每循环保留30 m超前距，采用水力排粉无芯钻进，根据反水颜色和钻屑判断钻进层位是煤层还是顶、底板。

4）钻探施工结果为：第一循环钻探施工钻孔4个，1号孔+6°施工30 m见顶板，2号孔+2°施工33 m见空，3号孔-1°施工33 m见空，4号孔-4°施工30 m见底板。第二循环钻探施工4个钻孔全部10 m左右见空。

图1 北翼辅运巷超前钻探示意图

2.2 超前钻探安全技术措施

1）在进行超前钻探施工前必须对钻场及其附件顶板、煤壁稳定情况进行进行观察，必要是需对顶板采用支设工字钢棚、支设木柱进行加固，对巷帮采取注浆进行加固。

2）钻机安装前必须对安装地点进行起底硬化，钻机安装必须牢固可靠，钻机底座必须采用四根地锚进行固定。

3）在钻进施工时，必须由专业急速人员现场指导，保证钻孔深度、角度以及其他技术参数符合设计要求，钻机过程中应严格记录钻孔内岩性变化。

4）在钻孔施工期间必须对钻场安装瓦斯探头，定期对钻场有害气体检测，当钻进至空洞时立即停止钻机，及时对钻孔内涌出气体进行检测。

2.3 超前钻探综合分析

裕兴煤业二采区北翼辅运巷第一循环超前钻探结束后，利用钻孔资料，结合周边已掘巷道揭露地质资料进行一次综合地质分析，得出结论如下结论：

1）二采区北翼辅运巷开口向前33 m范围煤层赋存稳定，在33 m处存在空洞，具体范围不详，但是周边的回风巷和轨道巷与北翼辅运巷留有30 m煤柱，两巷掘进期间均为实体煤且钻探20 m巷帮也是实体煤，因此二采区北翼辅运巷前方空洞范围小于20 m。

2）第二循环超前钻探结束后，再次进行综合地质分析，周边无原来小窑采掘活动，排除老空区的可能性，得出结论：二采区北翼辅运巷开口向前33 m处为一空腔陷落柱（因15号煤层顶板硬度很高，陷落柱发育范围较小时，15号煤层及煤层底板塌陷压实，煤层顶板未垮落到陷落柱体内造成空洞），建议重新选址开口或者绕道掘进。如此进行多循环分段超前钻探预测预报，为巷道安全、高效的掘进提供准确的地质资料。

3 结语

截止2019年11月22日北翼辅运巷已掘进至50 m处，通过现场观察发现，巷道掘进至32 m处工作面迎头出现松散现象，巷道掘进至33 m处出现空洞，洞内主要以杂乱无章的泥岩块状体为主，揭露空洞后两侧通过钻探确定宽度为8.5 m，长度为17.5 m，空洞高度为2.7 m，顶板处含有一层一泥岩、煤混合岩层为主，空洞整体成椭圆状，揭露空洞后空洞内无积水及顶板淋水，空洞内瓦斯浓度为1.2%，通过加强通风后对巷道掘进无影响。

利用超前钻探探清北翼辅运巷陷落柱性质和范围等地质参数，与实际揭露陷落柱相关参数基本相符，由此可见通过超前钻探可及时、准确下发预测预报，为生产部门采取下一步施工措施提供地质保障，实现安全生产，在煤矿应用广泛，有着重要作用。