復雜地質條件下施工長距離放水鉆孔的實踐

陳 霆，張曉晴，張永剛

（微山崔莊煤礦有限責任公司，山東 濟寧 277606）

1 設計方案及技術保障

1.1 設計方案

為使一水平運輸大巷皮帶機尾沉淀池污水能自行流出，減少抽、排水次數及人員設備的浪費。

在一水平運輸大巷（軌運皮帶機尾聯絡巷）導K點前5m處設計兩放水孔，將積水直接排至四采區軌道下山臨時水倉。具體設計和布置情況如圖1所示。

圖1 一水平運輸大巷至四采區軌道下山放水孔設計平剖面圖

1）鉆孔個數及鉆孔位置。本次設計鉆孔共2個，位置導K點前5m。

2）鉆孔幾何要素。1#鉆孔：平距126.20m、斜距126.22m、方位 303°、傾角-1°；2#鉆孔：平距126.93m、斜距126.95m、方位302°、傾角-1°

3）鉆探設備。鉆機：ZDY1900S型；動力：37kW防爆電機一臺；鉆桿：φ63.5mm、130m

4）排水系統。一水平運輸大巷迎頭→一水平軌運皮帶機尾聯絡巷→一水平軌道大巷→中央水倉

5）鉆孔施工工藝設計。開孔用φ75mm鉆頭鉆進至設計位置。然后依次用φ94mm和φ133mm鉆頭擴孔至設計位置。

6）安全技術要求。打鉆地點必須安設專用電話和照明，清理加固巷道，安裝好水泵和排水管路。探放水工要貫徹好規程，鉆探時要有專職瓦檢員在場檢查瓦斯。施工時嚴格按照《煤礦安全規程》和《煤礦安全操作規程》和《一水平運輸大巷至四采區軌道下山排水孔設計》的要求施工，嚴禁違章作業。

1.2 技術保障

為減小一水平運輸大巷至四采區軌道下山導線的引點誤差，防止因導線的引點誤差而造成的鉆孔終孔位置較設計出現較大偏移，對一水平運輸大巷與四采區軌道下山的相關導線點進行聯測；現場施工時地測科要選派測量骨干對開孔的方位、傾角進行準確標定并跟班，在施工時及時檢校鉆桿的方位、傾角，確保鉆孔開孔位置與方位及鉆孔終孔位置和設計一致。掘三工區對一水平運輸大巷機尾沉淀池底進行混凝土澆筑，施工時嚴格按照地測科所定腰線施工，確保一水平運輸大巷機尾沉淀池底澆筑混凝土的平整度，最大限度的減小施工現場對鉆機穩定性的影響。

2 未透鉆孔的技術數據

根據設計要求及礦總工辦的指示，地測人員現場跟班，鉆探人員嚴格按照設計進行鉆探施工，但是施工的3個鉆孔（均為設計中的2#孔）均未與四采區軌道下山貫通，其技術數據如下：

1#孔：傾角-1°，方位302°。4m黑矸+15m白砂巖+4.5m巖+3.5m煤+105m泥巖（黑矸），孔深132m。

2#孔：傾角+0°15′，方位301°50′。6m黑矸+14m白砂巖+2m煤+5m黑矸+4m白砂巖+54m泥巖（黑矸）+5m硬巖+12m白砂巖+23m灰砂巖+25m煤+4m巖，孔深154m。

3#孔：傾角-2°,方位305°。29m巖+2.5m煤+122m巖+23m煤（鉆機壓力大，打不動）,孔深176.5m。

3 鉆孔未透原因的查找與分析

影響鉆孔施工精度的因素不外乎開孔標定技術數據誤差大、施工人員的人為因素、鉆機自身因素、地質條件因素四個方面，我們按照以上述四個方面逐一進行查找與分析。

3.1 標定數據誤差因素

對原聯測的相關導線點再次進行實測，避免引設導線誤差引起的標定誤差，如圖2所示。

測得 α3-K1=302°00′09″，原 α3-K1=302°00′09″，誤差 =00°00′09″，△H1=4.236m,原△H1=4.229m,符合《煤礦測量規程》的技術要求；α3-K2=301°50′11″，原 α3-K2=302°00′09″，誤差 =00°00′11″，△H2=4.139m,原△H2=4.143m,符合《煤礦測量規程》的技術要求；α3-K3=305°00′00″，原 α3-K3=304°59′53″，誤差 =00°00′07″，△H3=4.206m,原△H2=4.211m,符合《煤礦測量規程》的技術要求。并對工程標定解算臺賬進行反復檢校，未發現錯誤。可排除標定數據誤差影響因素。

圖2 一水平運輸大巷至四采區軌道下山放水孔導線引設平面圖

3.2 施工人員的人為因素

在實際施工過程中，選調施工經驗豐富、責任心強的人員進行施工，崗前認真組織學習《一水平運輸大巷至四采區軌道下山排水孔設計》及相關技術要求，施工中每鉆進10m檢校一次鉆桿的鉆進方位與傾角，認定施工人員的人為因素影響較小，可排除。

3.3 鉆機自身因素

在施工前，對使用鉆機的各項性能指標進行了全面檢查，均能達到該工程要求，而且鉆場外部環境對其性能不構成影響，根據以往施工鉆孔技術數據 --ZDY1900S型全液壓鉆機配合 φ63.5mm、φ75mm鉆頭，同一巖層中百米鉆進下沉量為0.8m左右，本《設計》最遠距離為126.93m，共計下沉1.1m，在設計時已考慮，留出了足夠的多余量，應能與四采區軌道下山臨時水倉貫通。認定鉆機自身因素不是未形成透孔的原因，可排除。

3.4 地質條件因素

井下地質條件復雜多變，各巖層的軟硬程度不一，肯定對鉆進存在一定的影響，本次施工的鉆孔要先后通過泥巖、粉質砂巖、泥巖、煤、碳質泥巖，其究竟能構成多大的影響，實屬未知，需對其進行分析并進行相關的借鑒。

3.4.1 現有技術數據分析

1#孔：設計值應在施工至111m處時見煤，鉆探約16m煤后透，實際未見煤，鉆孔全長132m,若在132m處見煤，見煤點處高程與設計高程低5m,鉆孔下沉 2°10′，左偏 4°05′。詳見圖 3、圖 4（2# 孔、3#孔同）。

2#孔：設計值應在施工至100m處時見煤，實際在125m處見煤，，見煤點處高程與設計高程低6m,鉆孔下沉2°44′，左偏4°26′。

3#孔：設計值應在施工至126m處時見煤，實際在153.5m處見煤，，見煤點處高程與設計高程低5m,鉆孔下沉 2°20′，左偏 4°36′。

圖3 一水平運輸大巷至四采區軌道下山放水孔設計剖面圖

圖4 一水平運輸大巷至四采區軌道下山放水孔見煤點平面圖

3.4.2 經驗借鑒

根據高靖學同志在《ZDY4000L/F鉆機在煤層鉆進中鉆頭與鉆桿下沉量的測量研究》一文中得出的結論：ZDY4000系列履帶式鉆機在傾角小于90°、鉆距小于160m的鉆進過程中，鉆頭與鉆桿自身下沉量不足1%。與我們在實際工作中得出的ZDY1900S型全液壓鉆機配合φ63.5mm鉆桿、φ75mm鉆頭，同一巖層中百米鉆進下沉量為0.8m左右一致。可作為施工經驗進行借鑒。本次施工的鉆孔要先后通過泥巖、粉質砂巖、泥巖、煤、碳質泥巖，地質條件復雜，鉆機較ZDY4000系列履帶式鉆機性能差，可將下沉量適當調大至2%。

由上述分析不難得出以下結論：復雜的地質條件是造成此次施工鉆孔未透的主要原因，其對鉆進方位與鉆進傾角均有較大影響。對本次施工的影響如圖5所示。

圖5 地質條件對鉆桿鉆進影響示意圖

4 施工方案的變更與效果

通過以上分析，原設計需要調整：將鉆進方位向右調整4°30′，鉆進傾角向上調整2°25′，具體如下。見圖6、圖7。

4#孔：平距167.09m、斜距167.19m、方位308°、傾角 -2°00′；

5#孔：平距160.15m、斜距160.28m、方位307°、傾角 -2°20′。

圖6 一水平運輸大巷至四采區軌道下山4#、5#放水孔設計平面圖

圖7 一水平運輸大巷至四采區軌道下山4#、5#放水孔設計剖面圖

實際施工鉆孔技術數據如下：

4#孔：方位308°，傾角-2°00′，28m巖+3m煤+128.5m巖+8.5m煤，透，透孔距底板0.5m，孔深168m。

5#孔：方位307°，傾角-2°20′，21.5m巖+4m煤+104.5m巖+31m煤，透，透孔距底板1.2m，孔深161m。見圖8。

4#孔與5#孔的精準透孔，有力的說明了對鉆孔相關技術數據調整的正確性，可作為以后施工類似鉆孔的有力依據。

圖8 一水平運輸大巷至四采區軌道下山4#、5#放水孔透孔位置示意圖

5 結束語

通過以上兩組鉆孔設計與施工效果的比較，不難得出：施工長距離鉆孔時，地質條件對鉆孔的施工精準度影響較大，應將其對鉆孔的影響作為主要影響因素予以考慮。