超前水平钻探在矿山地质灾害预报中的应用研究

胡啟锋，陈浩习

（江西有色地质勘查二队，江西 赣州 343000）

在矿山开采过程当中利用超水平钻探技术，发挥的作用越来越重要了，利用此项工程能够对矿山工程前方的地层岩性与相关变化厚度等展开全面分析与研究，对陈伟进行相应的跟踪，更好的指导施工工作，还能对不良地质体具体赋存位置，了解一些不明采空区具体赋存情况和含水情况等。下文当中结合实践就某矿山工程当中应用超前水平钻探技术实力进行分析探讨，希望能为有关人士提供一些参考作用。

1 概述

伴随经济社会高速发展，各种工程建设也在大规模的推进，尤其是矿山工程近年来数量和规模日渐扩大，然而在矿山工程施工实际，由于不了解前方地质情况，时常会遇到暗河、破碎带以及断层还有高地应力等不良地质体，造成涌水泥石流、塌方、岩爆冒顶等各种地质灾害频繁发生，严重阻碍到工程施工工作的正常开展，还会引发巨大的经济损失，造成人员伤亡，给施工单位以及国家和人民带来巨大的损失。特别是矿山隧道工程具有很长长度，在山体中深埋，而且矿山隧道工程由于埋深较长，而且由于技术和经费因素影响对前期地质勘探工作形成很大阻碍，施工之前无法对隧道围岩地质情况充分查明，而且伴随施工工作的快速推进，安全隐患逐渐暴露出来，这谁必须要利用有效的方法进行应对，通过超前预报手段准确的判断前方不良地质灾害，以便更好的指导开挖和支护设计工作，避免地质灾害对施工造成不良影响，引发灾害事故[1]。

2 超前水平钻探方法

对于超前水平钻探而言，就是将水平钻机安装在隧道内，开展水平钻进工作，依照钻孔信息来对矿山隧道前方地质情况展开准确判断，人为的可以设计与控制钻孔、数量、深度以及角度等，充分考虑转进速度产生的改变，或者鉴定钻孔取芯，钻孔当中冲洗液的颜色以及气味，与岩粉等，对相关情况进行准确的预报，超前钻孔能够将掌子面之前的地质情况直接揭示，具有非常高的精准性，这在超前预测报矿山地质灾害当中，发挥着十分重要的作用。

对于超前水平钻探技术而言，其优势非常的明显：①具有非常高的预报精准度，能够对掌子面前方相应距离，地层岩性情况和岩体是否完整，有无溶洞及其大小，裂隙度，判断前方是否存在水，对于水压高低进行测定等；②相较于物探方法，更具直观性与客观性，相较于物探手段，不确定性于多解性更具优势，具有非常高的信息可信度。但是超前水平钻探方法也存在一些缺点主要体现在以下几个方面：①地质条件较为复杂的情况下，具有较差的预报效果，无法对正洞掌子面之前的贯穿线大节理以及小断层准确预测，尤其是难以准确地对隧道轴线平行结构面进行准确预测。②破碎的岩体还会引发转进困难或者卡转问题，影响钻进速度。③钻进过程当中，施工时间利用较长，需要投入很高的费用。④一孔之见，无法形成面的概念。

3 工程实例

某矿山隧道施工实际，为了更好的保证施工质量与安全性，更好地指导隧道开挖与支护工作，针对性的进行地质超前预报[2]。在矿山隧道开挖工作面合理的安装钻机进行超前水平地质钻探，查明前方地质情况，保证安全，验证过程当中利用φ75超前探孔，钻探时应用回转取芯钻，在124 m隧道里程钻孔位置，钻孔深度为20.10m。

依照实际钻探信息资料进行分析研究，预测段发育较好的颜容以及裂隙，应当利用超前小导管进行注浆开展相应的预处理工作。

4 超前地质钻探要求

（1）超前地质钻探技术要求。①孔数。超前水平钻孔各断面设置孔数为五个，拱部设置孔数为三个，边墙角设置孔数为一个。②孔深。连续钻探每个循环孔深为30m，同时转孔两循环前后重叠5m，每25m进行一循环。③孔径。按照φ75设置钻孔直径，更好的保证合理钻探取芯以及取样工作，并进行孔内测试。

（2）超前地质钻探工作要求。①钻探施工过程当中，必须要将现场钻探信息充分记录，如钻孔的位置以及钻孔和终孔时间，并详细记录转进过程当中的压力、孔深，伴随钻孔深度不断加深，钻进速度的改变以及冲洗液的颜色和流量改变等。②维护保养钻进设备，确保钻机良好的运行状态，条管理工作充分做好，并加强多方协调与配合，对钻探时间有效减少与缩短。

5 钻孔质量保证措施

为了保证工作效率，控制和减少超前钻探对于工作面开发占用时间，结合冲击钻和回转取心钻进行施工，依照地质调会以及物探方法相结合的形式，对于围岩危险区准确判断，合理选择冲击钻或者回转取芯钻。回转取芯钻钻探速度相对较慢，会对施工时间造成很大占用，但是可以对钻探前方围岩做出准确判断。所以应当依照具体实际展开详细研究，对钻探方法进行选择，超前钻探应当在相关标准要求下，科学合理的开展钻探施工，控制质量过程当中，可以将以下措施作用充分发挥出来：

5.1 采用系统的钻探程序

（1）测量布孔：施工之前按照设计图，对钻探施工位置做出准确的判断，通过全站仪以及经纬仪准确的测量钻孔位置，并进行放线，利用红油漆标明开孔位置。

（2）设备就位：布置好孔位之后，及时就位相关设备，将动力电源接通，保证合理供风与供水，专业电工合理安装电路，更好地保证安全性，紧密的连接供风管路，避免发生漏气问题。

（3）将钻机与孔位对正，准确固定，针对开挖工作面孔位，将钻具前端与其对准，并对钻机方位作出合理调整，牢固的固定钻机。

（4）开孔与及对孔口管进行安装，必须要保证牢固的安装孔口管。

（5）成孔验收：施工工作必须要与设计要求相符合，现场工作人员必须要详细的调查研究，确认签收才能停钻终孔。

5.2 控制钻进方向

（1）完成钻机定位之后，加固钻机机座，确保钻进过程当中钻机不会发生偏移，钻进施工过程中，对于机器是否存在松动认真检查，并做出相应的调整于固定。

（2）采取有效方法，尽可能加长钻具导向装置，选择转个应当具备较强的刚度，避免发生钻具下沉，符合相关技术要求，不可应用弯曲的钻具进行钻进。

（3）如果遇到岩层由软变硬时，应当对钻机速度合理控制，通过轻压钻进，之后再利用硬岩层钻劲方法进行钻进，同时对换径次数有效控制。

（4）如果钻孔达到100m以上，必须要对工作面的炎性充分考虑，了解隧道前进方向以及坡度等，还要充分考虑钻杆自重，全面的设计钻孔定向，对钻进角度合理调整。

5.3 施工安全措施

（1）施工工作开展之前，应当将施工人员组织起来开展技术交底，强化安全教育工作，特别是针对井下工作人员，应当加强教育，使其了解避灾线路，遇有灾害发生时及时撤离。

（2）施工安全负责人员在施工之前，必须要对施工地点通风支付情况展开全面调查，将各类杂物以及危岩活矸全面的清除，更好的保证施工安全性，避免进行空顶作业，对于钻机稳步性展开全面调查，了解和掌握其完好情况，在没有安全隐患时，才可进行施工。

（3）当便携式法师监测报警仪设置在钻机的上方，钻探施工过程当中，可以利用这一仪器设备来检测作业20米范围中的瓦斯含量，如果瓦斯含量超标，必须要立即停止作业，切断电源，将工作人员全部撤出，当瓦斯浓度降到相关要求范围之下才可以接通电源继续施工。

（4）施工过程当中，如果钻机有喷孔，顶钻问题出现时，必须要立即停止钻进，及时检查，存在突出预兆时，及时的切断电源，将工作人员全部撤出，不可将转杆拔出，并及时上报，施工过程当中应当确保后路通畅，有瓦斯情况出现时，以便第一时间全部撤离。

（5）施工过程当中应当选择应用高素质的钻探工人和班长进行钻探施工，根据相关规范，科学合理的操作钻探设备，还应当对钻机结构，使用性能以及方法等全面了解与掌握，不可以对钻机液压控制系统任意的进行调整，钻机存在故障时，及时检修处理，不可带病工作。

（6）钻机开动之前，必须要将有关准备工作充分做好，合理的分工，操作过程当中施工人员应当高度集中注意力，并通力配合，确保准确无误之后，才开动钻机进行施工。

（7）施工工作开展过程当中，不可再钻杆后方站在进行操作，同时人员严禁站在钻杆前后以及两旁，避免钻探施工过程当中高压水，顶出钻具对人员造成伤害，或者由于钻杆搅伤对人员造成伤害，运转过程当中的钻机，不可用手对钻杆进行托扶，施工工作人员必须要认真穿戴工作服，将防护袖带好，扎牢袖口，并带好安全帽以及矿灯，不能穿拖鞋或者光脚进行施工。

（8）钻探过程当中，如果由于故障原因发生停钻的，必须要采取有效措施将钻具提出孔口，保证其安全，避免出现搁钻或者埋钻。

（9）由专人带班进行统一的指挥，整齐堆放各种材料与设备，科学合理的进行施工。

6 结语

近年来，在经济社会高速发展背景下，矿山隧道施工项目不断增多，为了保证施工安全，必须要采取科学有效的方法进行施工，尤其要对施工前方不良地质体展开准确的超前预报，减少灾害的发生，同时科学合理的进行支护与开挖。超前钻孔能够将掌子面前方地质特征充分的揭示出来，极大地保证了钻探准确率，在地质灾害超前预报当中发挥着重要的作用。上文通过结合工程实例，提出超前地质钻探工作要求以及相应的技术措施，为同类工程提供参考借鉴。