青洼矿21031巷超前探测钻孔设计及安全措施探析_牟华宁.pdf

青洼矿 21031 巷超前探测钻孔设计及安全措施探析 牟 华 宁 （晋煤集团翼城晟泰青洼煤业有限公司 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 针对青洼矿 21031 巷掘进通过承压水层工程问题， 采用瞬变电磁技术及超前钻探技术准确判 断了承压水区域大小、 含水量及水压情况， 不仅降低矿井水害对巷道掘进施工影响， 还保证了巷道能 够较为安全、 快速地掘进。综合运用物探、 钻探相结合的探测方式过承压水层的成功实践对青洼矿在 防控突水灾害方面有着积极的指导及借鉴意义。 关键词 巷道掘进 ； 瞬变电磁法探测 ； 超前钻孔 ； 设计 ； 安全措施 中图分类号 TD745文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0057- 03 Exploration and Design of Advanced Exploration Drilling and Safety Measures for Lane 21031 of Qingwa Mine MUHuaning （Jinmei Group YichengShengtai Qingwa Coal IndustryCo., Ltd. , Jincheng 048000 , China ） Abstract Aiming at the problem of passing through confined water layer in the tunneling of Qingwa Mine 21031, transient electromagnetic technology and advanced drilling technology were used to accurately determine the size, water content and hydraulic pressure of the confined water area, not only reducing the impact of mine water damage on the tunneling construction It also guarantees that the roadway can be dug safelyand quickly. The successful practice ofcomprehensively using the combined geophysical and drilling detection s to pass through the confined water layer has positive guidance and reference significance for Qingwa Mine in preventingand controllingwater inrush disasters. Keywords roadwayexcavation ; transient electromagnetic detection ; advanced drilling; design; safetymeasures 0引言 富水层的存在极大地影响了生产工作的正常 进行， 对工人生命安全造成极大威胁， 因此在富水 区域进行巷道掘进时， 必须严格执行 “有掘必探、 先 探后掘” 的探放水原则， 坚持通风系统不到位不探 测， 排水系统不完善不探测， 通讯系统不到位不探 测的 “三不” 探测原则。同时， 为更精确更有效完成 超前探测目的， 应坚持物探先行， 结合物探结果进行 精确超前钻孔探水。在巷道掘进进行物探时， 现有的 技术主要包括了矿井全空间瞬变电磁法[1]、 核磁共 振超前探测法[2]、 井中渐进阵列式电法[3]、 三维电法 [4]、 直流电法[5]及瞬变电磁法[6]等， 由于瞬变电磁法具 有施工效率高、 对低阻体敏感、 异常响应强等优点 [7-9]， 因此成为煤矿现行掘巷探测应用最为广泛的技 术手段。通过物探结果能够更为精确的获得富水区 域大体位置， 能够初步推断富水区域范围， 水量及 形态等， 为钻孔提供了施工决策依据， 而对于钻孔 施工设计， 现行技术又包括了超前钻孔探测[10-11]及 定向超前钻孔探测[12]， 而定向超前钻孔探测由于设 备精度要求高， 仍没有完全适用于大部分矿井。因 此本文结合青洼矿 2103 工作面现有地质采矿条 件，设计采用瞬变电磁物探法及超前钻探技术对 21031 巷进行探测， 以保证安全生产。 1工程概况 2103 工作面位于 F3 断层以东，山西沁和能源 九鑫煤业有限公司矿界以南。主要回风下山、 主要 轨道下山 （已掘） 以西 2102 工作面 （未采） 以北。地 面标高 1027～1259m， 工作面标高 958～991.8m， 走向 长 661m，倾斜长 145m。煤层结构简单，煤厚平均 4.66m， 倾角平均 9.5。直接顶以粉砂岩为主， 夹杂 泥砂互层，厚约 4.0m，老顶为砂质泥岩，厚约 3.25m。直接底以碳质泥岩为主， 厚约 1.5m， 老底为 粉砂互层， 厚约 7.0m。上覆岩层富水并存在相邻积 水空区，涌水主要来源于地表水及含水层裂隙水， 最大涌水量 20m3/h， 正常涌水量 5～10m3/h。 图 12103 工作面平面布置图 2超前探测的必要性 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 57 ChaoXing 1）2103 工作面二阶段部分处于承压水下， 煤 层底板标高为 953～978m，奥灰水位标高为 966.55m 左右， 奥灰水承压值为 0.57～0.82MPa， 存 在较强突水危险， 应对其进行探明后采取有效的处 理措施避免灾害发生。 2）2103 面二阶段切眼附近存在 F3 正断层， 倾 角 65～75， 落差 9～22m。断层周围岩体破碎， 在 回采近断层时会增大导水裂隙带高度， 增加突水危 害发生的可能。施工时应采取相应措施， 加强顶帮 管理， 确保安全生产。 3）2103 面前期实测地质资料较少，为保证正 常回采及制定合理的生产管理措施，应进行物探、 钻探等对地质资料进行进一步细化。 3超前探测方案设计 3.1物探方案设计 矿井瞬变电磁法超前探测共布置横向探测方向 11 个 （如图 2 （b ） ） ， 分别是左侧帮 （0、 30、 45、 60 ） 、 正前方 （左侧 90、 中间 90、 右侧 90 ） 、 右 侧帮 （120、 135、 150、 180） ； 在横向上设置 3 个探测角度 （图 2 （a ）所示） 分别为与巷道顶板呈 45、 0、 - 45夹角向前进行探测， 共布设 33 个物 探探测点。物探探测 100m， 允许掘进 70m， 必须保留 不小于 30 米的净煤柱， 根据物探总结报告， 有异常范 围的区域再增补钻孔进行探测。 图 2 为具体物探设计 布置示意图。 （a）瞬变电磁法探测测线布置角度示意图 （b）瞬变电磁法探测横向测点布置示意图 图 2瞬变电磁法探测布置示意图 3.2超前钻探方案设计 3.2.1钻探设备 ZYJ- 380/210 架柱式回转钻机，钻头 Φ55 mm， 钻杆 Φ42 mm 800 mm。 3.2.2钻探方案设计 工作面钻孔设计 9 个， 分别沿煤层顶板、 中部、 底板平行掘进， 钻孔布置为扇形， 在距顶板 1000mm 位置钻孔， 分别编号为 1 孔、 2 孔、 3 孔， 在掘金迎 头中部煤壁处 （距上部钻孔 1000mm ） 钻孔， 分别编号 为 4 孔、 5 孔、 6 孔，在据底板 1000mm位置钻孔， 分别编号为 7 孔、 8 孔、 9 孔， 各孔间距 1000mm， 钻 孔布置如图 3 （b ） 所示。第一个钻孔于迎头正中处， 垂 直打入， 第二个钻孔布置在距左巷帮 1m左右， 钻杆与 巷帮夹角 31打入进入，第三个钻孔与第二个钻孔 关于巷道中心对称布置，左右偏差不超过 0.3 米， 其 余两层钻孔设计相同， 施工设计如图 3 （a ） 所示。在施 工过程中， 现场施工钻孔角度需依据实际情况进行合 理优化， 掘进过程需严格依据设计进行钻 - 掘 - 钻 - 进的循环作业工序。具体钻孔参数为见表 1。 表 12103 工作面探测钻孔参数表 （a）钻孔施工设计平面图 （b）钻孔布置图 图 3钻孔施工设计图 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 钻孔号允许进尺m钻孔深度m与巷道关系o 150平行 22058与左帮夹角 31 358与右帮夹角 31 58 ChaoXing （上接第 56 页） [4] 邹晓纬.综采工作面停采期间顶板支护技术研究[J].能源 技术与管理.2018 （04） 62- 63. [5] 徐少春.综采作业面回撤巷道支护优化分析[J].能源与节 能， 2018 （08） 34- 35. 作者简介 成斐斐 （1985.12-） ， 男， 毕业于黑龙江科技大学采矿工程专 业， 本科， 助理工程师， 现就职于霍州煤电集团吕梁山煤电有限 公司运销分公司， 从事调运管理工作。 （收稿日期 2019- 7- 2） 4安全技术措施 4.1顶板安全技术措施 1）作业人员应在作业过程中注意环境安全， 并 认真按照 煤矿安全规程 进行施工作业。 2） 严禁任何人在顶板支护情况不良或者未支 护时间点及作业点进行施工作业或滞留。 4.2打钻安全技术措施 1）在钻进时要注意观察钻探孔内水情变化情况， 当发现钻进时轻松顺畅且有水顺钻杆流出时，应立 即停止钻进， 向负责技术人员进行汇报。现场技术 负责人观察钻孔后根据水情变化情况采取相应防 控措施。 2）钻进过程中，施工作业人员必须扎紧袖口， 禁止带手套等纤维制品作业，要注意钻进回水情 况， 严禁无水钻进。 3）打孔施工过程中， 需配备专门人员检测钻机 10 m 范围内瓦斯浓度， 若浓度达 0.7， 应立即停止 施工并切断电源， 撤出作业工人。 4）施工过程中若发现有害气体溢出， 应立即停 止施工作业， 撤出全部施工作业人员， 并向调度室 汇报。 5）作业处需配备两台正常工作水泵， 并保证排 水管路畅通。 6）每次工作面钻孔施工完毕后， 施工队组要及 时在探测位置侧帮巷中打一根锚杆进行固定， 标注 红漆作为钻探位置唯一标示， 巷道成巷后要保证锚 杆外露长度 50～100mm 为准。 5结论 1） 针对青洼矿 21031 巷承压水下掘进问题提 出了综合运用瞬变电磁法及超前钻探技术来进行 超前探测。根据实际采矿地质条件设计施工了 33 个物探点， 9 个钻探点， 并对其相关参数进行了详细 设计， 探测、 查明了超前岩层中的含水情况。 2） 针对超前钻探技术进行了相关安全措施探 讨，制定了顶板控制及打钻过程中的安全技术措 施， 确保了施工安全进行， 保证了巷道安全快速掘 进， 取得了显著成效。 参考文献 [1] 秦浩靖,何习平,相斌辉,金云鹏.全空间瞬变电磁法在平 阳隧道超前预报中的应用研究 [J]. 南昌工程学院学报, 2019,38 （03） 46- 49. 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