煤矿掘进巷道过陷落柱超前钻探设计应用

梁振宏

（山西煤炭运销集团阳城大西煤业有限公司,山西 阳城048105）

1 3023煤层的概述

山西煤炭运销集团阳城大西煤业有限公司3023运输顺槽西与胶带大巷相连，东为小西煤业矿界煤柱，南为3023回风顺槽，北部为实体煤。邻近巷道对本掘进面影响较小。

3023运输顺槽掘进煤层为3号煤层，煤层平均厚度2.82 m，煤层直接顶主要以泥岩、粉砂质泥岩混合岩层为主，平均厚度为3.1 m，基本顶主要细砂岩、泥岩互层，平均厚度为9.6 m。3023运输顺槽掘进工作面奥灰水位标高+732 m～+738 m，隔水层厚度102.4 m～103.9 m，远大于安全隔水层厚度。突水系数为0.017 5～0.018 5 MPa/m，小于0.06 MPa/m，划分为带压开采相对安全区，根据已揭露断层情况，断层都未见导水现象。

根据山西省第六地质工程勘察院《三维地震勘探报告》：DX1陷落柱位于3023工作面东北角，距矿界120 m。预计该陷落柱其平面规模在3号煤层长轴为120 m，短轴100 m，相对3号煤层陷落柱高度约为60 m。为了保证巷道安全掘进，防止巷道揭露陷落柱时出现水害等影响，巷道揭露陷落柱前决定采用超前钻探的方法确定陷落柱腔体内岩体结构及充水情况[1]。

2 超前钻探施工设计

2.1 钻探设备选择

3023运输顺槽超前钻探施工主要采用ZDY4500 LXS(A)型煤矿用履带式全液压坑道钻机，属于自行式、低转速、大转矩类型，配套钻杆直径Φ73 mm，钻头直径Φ89 mm，钻机额定转速65～200 r/min[2]。

2.2 钻孔设计

2.2.1 钻孔布置参数

3023运输顺槽探测点探测范围为东南方向，中心方位角97°，中心距离约60 m，需要布置钻孔6个（1号～6号），设计钻孔长度60 m～61 m之间，钻孔具体技术参数如表1所示。

2.2.2 钻孔扩孔及封孔工艺

表1 3023运输顺槽超前钻探钻孔布置参数表

1）超前钻探开孔孔径选用Φ133 mm的钻头钻进，钻进10 m时，停止钻进下入Φ108 mm无缝钢管10 m。

2）孔口管安装后对孔口管与钻孔壁之间间隙处灌入充填水泥和速凝剂材料，凝固时间达到要求后，透孔至孔底[3]。

3）孔口管固定后对封孔段进行注水耐压试验，首先在孔口安装测压系统（闸阀、压力表、三通、流量表等），孔口压力要大于预测水头压力的1.5倍即1 MPa，稳压时间超过30 min。

4）耐压试验后发现钻孔周边无泄漏水，试验合格后方用Φ89 mm的钻头保持在煤层中钻进，进入陷落柱后水平钻进，直至钻进至预定长度（坐标值）时，停止钻进开始下一个钻孔钻进。

3 安全技术措施

1）在3023运输顺槽巷道内（根据具体现场确定，按距施钻地点最近合适位置）构建一个长为5 m、宽3 m、深2 m、容积30 m3水仓，配备两趟Φ108 mm管，配备两台BQS50-70-18.5排水泵，钻探过程各个排水点的水仓的水位必须下降到最低水位。

2）通风科负责对探水地点有毒有害气体及瓦斯的检查，发现有毒有害气体异常涌出或者瓦斯增大时，要及时采取通风措施，当瓦斯浓度增大到0.8%时，应立即停钻处理，如情况危急立即将人员撤至安全地带并汇报调度室[4]。

3）钻机安装必须平稳牢固，钻机底部采用地锚进行固定，钻机安装后开机前应先检查钻机各液压系统是否安全可靠，检查内容主要包括液压系统是否漏油、钻机操作阀是否动作灵敏、传动部件防护装置是否完整等，在安全的前提下方可开机钻机施工[5]。

4）钻机施工前操作人员应详细掌握钻区煤岩体情况、积水区位置、钻探施工设计等，钻孔开口位置必须准确，钻孔施工期间必须由专业技术人员现场指导，钻孔施工过程中对煤岩体变化情况进行详细记录，当出现钻机难度大、钻孔塌孔现象严重、顶钻等时必须立即停止钻机，分析原因汇报至调度室[6]。

5）在钻进过程中，随时检查各转动部件及油箱的温升情况，钻机各运动部位及油箱中油温不得超过600℃，钻机施工过程中应对钻机运行情况进行实时观察，观察内容主要包括钻机机油是否充足、钻机液压油路是否堵塞、钻机电机负荷是否超载、冷却器通水量是否充足等[7]。

6）严格按照钻探设计和作业规程，规范作业。在确定探放水钻孔位置、方位、角度、深度、钻孔数目参数时，相关科室技术人员必须亲临现场。

4 结语

2019年7月28日3023运输顺槽已超前钻探至DX1陷落柱区，在探测过程中未发现大面积渗水现象，最大渗水量为3.6 m3/h，渗水4 h后无出水现象，通过探测结果分析发现，该陷落柱长轴长度为94.7 m，长轴长度为123 m，陷落柱高度为57 m，陷落柱完全侵入3号煤层，陷落柱墙体内岩体杂乱无章，主要以炭质泥岩、粉砂岩为主，岩体间胶结稳定性相对较差。通过此次超前钻探施工，准确掌握了DX1陷落柱具体技术参数，保证了巷道安全掘进，为后期巷道过陷落柱区围岩支护设计提供了有力的依据。