煤矿巷道掘进超前钻探方案的设计及应用分析

王鹏斐

（西山煤电马兰矿，山西太原 030205）

对煤矿来说，最主要的一项工作就是防治水，尤其是有较为久远的开采历史且附近有较为复杂的小窑的矿井，矿井的生产安全与否和防治水工作最终效果有很大关系。将回转钻进技术施工使用到井下探放水钻孔中，该技术不能将钻进轨迹进行控制，经常有钻孔偏斜出现到钻进中，且钻进是长距离的，这就造成有盲区在探放水中出现，且钻孔不深，没有较大的覆盖面积，所以，没有较好的探放水成效。在刚进入21世纪时，我国将随钻测量定向钻进装备进行了引进，且该装备是属于澳大利亚，还在瓦斯抽采钻孔作业内对该装备进行了使用，其钻进的最大深度要比1800m 深。定向钻机被广泛使用，不但可以在注浆钻孔、防治水等领域，还在一些煤矿中获得非常明显的经济效益。李泉新等在防治水害领域中使用了定向钻孔，可以将顶板的超前区域对老空水与岩层水进行疏放，可以很好的治理该区域的水害。石智军等主要研究了地质勘探对定向钻孔的使用进行了研究，对一些有异常的地质的勘探方法和技术进行了建立。就西山煤电集团的某矿来说，由于该矿有比较悠久的开采史，所以，该矿的地质条件的复杂性也比较大，若使用寻常的钻井施工来钻孔，那么对老采空区实际的积水状况很难准确进行探测。由于要使超前钻探更加精细化，使工作面巷道的开掘更加安全，就决定把定向钻机使用到其防治水超前钻探中，这样可以很好地对巷道附近的积水隐患、小窑巷道、地质构造等状况进行预先精准了解。

1 简述工作面状况

就西山煤电集团某矿的48700工作面井下而言，其左侧是北部的七采区，和该工作面的北侧相邻的是随老母断层，二者的距离是10～50m；和该工作面的南侧相邻的是采区的集中巷；和该工作面的西侧相邻的是48703 工作面；和该工作面东侧相邻的是48702 工作面，且48702 工作面是等待开发的工作面；将实体煤柱留设在工作面与工作面的之间，且距离是25m。将48700工作面设置到8#煤层，并且该煤层上面的2#,3#煤层均回采已经结束，属于小窑开采的是2#煤，2#煤层和8#煤层的间距是92m，3#煤层和8#煤层的间距是63m。

对48700工作面的8#煤层进行采掘，由于该煤层有比较复杂的结构，上部夹石主要是砂质页岩、页岩，厚度的均值是2.00m，且该煤层的下分层与上分层所对应的厚度是3.2m、0.60m，表1就是煤层顶底板情况表。

表1 煤层顶底板情况

在48700 工作面中，有从南向北的滩沟贯穿其南部，且滩沟是季节性的，短暂的雨季，有水，在平时是干涸的，8#煤层和沟底的距离大概是260～296m。有石灰岩覆盖在该工作面的上部，有裂隙水存在于石灰岩中，当进行钻探施工时，若有破碎发生在顶板与地质结构时，就会出现涌水，就会影响钻探施工。对奥灰水的标高是+823m，8#煤层中的底板在+1000～+1072m范围中标高，所以，带压开采一定不能出现在该工作面。根据上面所讲，可以判断出48700工作面是中等型的水文地质类型[1]。

在工作面的回风顺槽中，其长度设计为1670m，断面是矩形的，其宽、高分别是4m、3.4m，计算得出，其面积是13.6m2。在掘进其回风顺槽时，是托夹石进行的，将锚索网支护使用到顶板中，将锚网支护使用到两帮。

2 设计定向长钻孔施工的方案

定向钻机所具有的优势是定向的精度比较高、钻孔的轨迹可以调控、钻孔的深度比较大等，经过使用定向的长钻孔取代短钻孔来进行探查，且是线探查取代点探查，继而能够将巷道前部范围的积水、地质结构等状况查明，保证掘进巷道时将水患所产生的影响降低。

2.1 简述总体设计方案

使用到48700 回风顺槽的定向钻机的型号是ZDY6000LD(B)，且是西安煤科院的，48703辅助进风巷和该回风顺槽是相邻的，并顺着巷道来对定向钻孔进行设计，进而来对巷道前面存在的水患状况查明，所设计的钻场一共有3个，分别在48703辅助进风巷的测切1#、测37#及测7#处，在8#煤层的下煤层进行钻孔施工，图1就是具体的平面布置图。

图1 超前探钻孔平面布置

2.2 布置钻场

在巷道布置钻场的围岩的稳定性一定要比较好，钻场在开孔方向的深度在6.5m 以上、宽度在4m 以上、高度在3m 以上。在巷道底板中布置的钻场一般是比较平整的，钻场底板和巷道底部在同一水平线上或略高于巷道的底部，对自流排水比较有利，而且一定要良好的支护顶底板，这样可以有完整的围岩[2]。

2.3 设计的钻孔工程量

在48700回风顺槽中，所设计的定向顺层钻孔一共有9 个，探测进尺的总长度是4756m，表2 就是其工程量详细数据。

表2 48700回风顺槽定向钻孔工程量

在表2 中，所有钻孔参数都是设计值，当进行施工时，需要按照钻机现场的施工状况来调整，使探查得以实现[5]。

2.4 钻进的流程与方法

将“开孔、钻进、测量、钻进、测量、完孔”这一工艺流程使用到该施工中，图2 就是定向钻进的工艺流程图。

图2 定向钻进工艺流程

3 分析超前探钻的最终结果

在48700 回风顺槽中，定向钻机超前探钻的进尺一共是4756m，在进行钻探时，水患、小窑巷道均未发生，在钻探时，严格控制了48700 回风顺槽内F8629断层、F8642断层、F811断层所揭露的具体位置，这样可以对其措施的采取进行指导，使掘进更加安全。经过将定向钻机的超前探孔，一共施工的钻场有3个，而且还探查了随老母大断层的边界，在设计48700 切眼的范围中并没有断层，进而得知，48700 工作面的切眼的掘进更加安全[6]。

4 结束语

在对该矿48700回风顺槽进行掘进时，使用了定向钻机施工超前探测钻孔技术，该技术能够对地质结构与水患进行探查，施工超前探孔一共进尺了4756m，在施工时，积水、小窑巷道都没有发现。与此同时还探查了随老母大断层的边界详细位置与F8629、F8642、F811断层，当未对48700回风顺槽进行掘进施工时，掘进队伍按照定向长钻孔所探测的最终结果，能够将有关技术方案给制定出来，使其掘进施工更加安全。