急傾斜松散薄煤層探放水鉆孔施工技術

胡仲國 何順強 康發坤 李 虎 殷光蓮 潘永安

(四川川煤華榮能源股份有限公司太平煤礦)

太平煤礦煤層賦存南北走向，東西傾斜，地質構造復雜，斷層較多，坡度變化較大。礦井以主平硐為中心分為南北兩翼，南翼煤層賦存相對簡單，傾角普遍在45°以上；北翼煤層賦存相對復雜，傾角普遍在25°～45°。礦井以11#煤層為標志層分為上下組，隨著礦井采掘不斷開展，+900 m水平回采工作基本結束，逐步轉入深部+700 m水平。11#煤層硬度低且黏結差，屬松散煤層，為保證巷道快速安全掘進，需施工探放水鉆孔探明上方積水和前方開采情況。

1 工作面概況

31112工作面是+700 m水平南一采區11#煤層第一區段第一個工作面，其上方為采空區，煤層傾角最大為49°，最小為41°，平均為46°，屬急傾斜煤層。31112工作面煤層結構相對簡單,總厚度為0.48～2.00 m,平均厚1.35 m,煤層利用厚度為0.45～1.48 m,平均為1.12 m，煤層普氏硬度系數為1～2，屬松散煤層；煤層含13層夾矸，夾矸厚0.03～0.54 m,平均厚0.23 m,巖性為炭質泥巖、泥巖、粉砂質泥巖和粉砂質泥巖夾煤線。

該煤層直接頂板為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖、泥質粉砂巖夾煤線，平均厚10.1 m，向內600 m至工作面切眼煤層直接頂變為礫巖。老頂為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖，平均厚12 m。直接底為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖，平均厚15.6 m。老底為灰白色至灰黑色薄層狀粉砂巖，平均厚9.1 m。

2 探放水鉆孔施工

2.1 鉆孔布置

由于該煤層屬松散煤層，煤層硬度低且黏結度弱，若按照普通鉆孔施工方式將鉆孔布置在煤層中，極易發生塌孔和埋鉆現象，延長打鉆時間，而且增加了投入。為縮短打鉆時間，降低成本，充分利用急傾斜煤層工作面回采后煤層頂底板冒落及移動規律，將鉆孔開口位置布置在煤層的頂底板中，其中1#、3#、4#、5#鉆孔布置在煤層頂板中，2#、6#鉆孔布置在煤層底板中，所有鉆孔開孔位置布置在距煤層0.3 m 處，鉆孔方向沿煤層走向按一定傾角呈扇形布置，終孔布置在煤層中。探放水鉆孔布置見圖1、圖2,鉆孔參數見表1。

2.2 鉆孔施工工藝

2.2.1 鉆孔機具

選用ZL-500型煤礦用坑道鉆機，電機功率為7.5 kW。該鉆機采用液壓傳動，體積小，重量輕，操作簡便，解體性能好，數分鐘之內便可完成分解或組合，便于搬遷，不僅占地面積小而且能適應各種不同工作環境的需要。鉆進深度為150 m，開孔直徑為115 mm，終孔直徑為56 mm，鉆桿直徑為42 mm。

2.2.2 鉆孔施工過程

巷道施工至允掘最大距離時停止巷道掘進工作，施工鉆孔所需的鉆場，然后在鉆場內采用“四壓兩戧”對鉆機進行穩固。鉆機安設好后，首先按1#鉆孔布置位置、方位、傾角進行施工，采用φ115 mm鉆頭開孔，鉆進5 m后安設止水套管并固定后，再采用φ56mm鉆頭鉆進至設計終孔長度。1#鉆孔施工到位后，按1#鉆孔施工方式依次施工頂板側的3#、4#、5#鉆孔，再施工底板側2#、6#鉆孔，所有鉆孔按設計施工完畢后，將鉆機移出鉆場。

圖1 鉆孔平面布置

圖2 鉆孔開孔位置

鉆孔編號鉆孔方位/(°)鉆孔傾角/(°)鉆孔長度/m開孔位置距巷道底板高度/m距煤層距離/m終孔位置1#28+170煤層頂板1．20．311#煤層中2#30+170煤層底板1．10．311#煤層中3#16+1274煤層頂板1．50．311#煤層中4#7+1947煤層頂板1．750．311#煤層中5#351+3131煤層頂板20．311#煤層中6#299+5022煤層底板1．350．311#煤層中

2.2.3 技術質量保障措施

(1)由于探放水鉆孔布置在煤層頂板巖石中，防止因反推力使鉆機移位，鉆進過程中必須保持鉆機自身的穩定，在鉆孔施工前必須將鉆機壓柱和戧柱打設牢固。

(2)ZL-500型煤礦用坑道鉆機共分為4個檔位，除“0”位，其余3個檔位分為高速、中速和低速，該鉆孔布置在巖石中，鉆進速度不宜太快，選擇低中速檔位較為適宜。

(3)由于探放水鉆孔布置在煤層頂板巖石中，當壓力較小時鉆進速度極為緩慢，且鉆頭磨損較為嚴重，壓力較大時鉆桿不能承受，造成彎曲，導致鉆孔不直，從而達不到設計要求，根據實際施工情況，鉆機壓力控制在3 MPa為宜。

(4)1#、2#鉆孔主要探明巷道前方煤層采掘活動，其施工長度決定巷道允許掘進距離；3#、4#、5#、6#鉆孔主要探明巷道上方煤層采掘活動和積水情況，所有鉆孔終孔位置必須打設至煤層中。

(5)止水套管直徑選擇主要取決于開孔和終孔直徑，本次鉆孔開孔直徑為115 mm，終孔直徑為56 mm，故止水套管選用φ63 mm鋼管制作，在鉆孔兩側開小孔，灌注水泥漿進行固定，為縮短固定時間，可在水泥漿中添加水玻璃。

3 結 語

該探放水施工方式充分運用了急傾斜煤層開采后頂底板巖石運動規律，通過煤層頂底板完整性判定煤層的采掘活動，該施工方式不僅提高鉆孔進度和成孔率，而且每個鉆孔均達到設計長度要求。采用該鉆孔施工技術，3～4個小班能完成一次探放水6個鉆孔的施工，較鉆孔布置在煤層中速度提高了2～3倍；縮短鉆孔施工時間1.5個月，單進水平提高到140 m/月，工作面提前3個月形成，多生產原煤6萬t，較大程度緩解了礦井單翼生產過于集中和接續緊張局面，具有良好的經濟效益和社會效益。