郭莊煤業5301膠帶巷掘進工作面長、短距離鉆探技術的應用

趙永波

(山西潞安郭莊煤業有限責任公司，山西 長治 046100)

水文地質勘探是煤礦生產重要的基礎性工作，可以為煤礦的生產與安全提供科學信息數據,是煤礦合理布置采掘活動的重要依據。運用水文地質勘探技術可以探明落差在5 m以上的斷層、褶曲和直徑為20 m以上的陷落柱，而且可靠率達到80%以上。但是對落差小于5 m的斷層或直徑小于20 m的陷落柱的解釋存在不確定性或準確度很低[1]，往往成為采掘活動中最容易忽視的隱蔽致災地質因素。針對這類勘探準確度較低但又可能存在的地質構造，需要采用超前鉆孔綜合探測，實現逐步排除落差小于5 m的斷層[2]。郭莊煤業5301膠帶巷掘進期間，分析可能存在礦井分界正斷層的伴生斷層，如出現無計劃揭露，可能會因地質條件的突然變化而造成不同程度經濟損失和傷亡事故。為此，我們提出采用長、短距離超前鉆孔綜合探測方案來排除隱蔽的小型正斷層，為巷道的安全高效掘進提供可靠的地質數據。

1 工程概況

郭莊煤業5301工作面設計長度1 100 m(以藕澤正斷層和DF01正斷層的保護煤柱為界限)，面寬250 m，開采3號煤層，平均煤層厚度5.99 m，東臨本礦井田邊界、南臨藕澤正斷層和DF01正斷層、西為實煤體、北為五采區系統巷。地面三維地震勘探資料顯示，藕澤正斷層為礦井分界斷層，走向北50°東、傾向南東、傾角70°，最大落差94 m，全長約4.5 km左右。該斷層由鉆孔控制，已查明。DF01正斷層，走向近東西向，傾向北、傾角50°、延伸長度近400 m、最大落差30 m，對工作面布置影響較大。

根據采掘任務安排，先行掘進5301膠帶巷，5301膠帶巷沿煤層底板掘進，巷道斷面為矩形(凈高3.5 m、凈寬5 m)。查閱勘探資料，設計掘進長度范圍內無明顯地質異常區。但是根據相關工作經驗判斷，該工作面不排除存在伴生小斷層和其它地質異常情況，為了最大程度地避免無計劃揭露地質構造而帶來的經濟損失和傷亡事故，同時也為了避免資源的浪費和安全高效掘進，需要將隱蔽的地質構造超前探測清楚，必要時可以提前拐掘切眼。

2 超前探測技術方案

為了避免發生伴生地質構造的突然揭露而導致的經濟損失和傷亡事故，現采用長鉆孔對巷道前方的地質情況進行超前探測(排除落差大于2 m的正斷層和陷落柱)，再利用掘進期間的超前探鉆孔進行探測(排除落差大于1.5 m的正斷層)，為了提高打鉆效率，最后再利用每天的檢修時間進行短探(排除落差大于0.5 m的正斷層)。通過逐級探測，可以排除無計劃揭露斷層的可能性，為巷道的安全高效掘進提供了保障。

2.1 長距離鉆孔施工

采用長鉆孔的主要目的是超前長距離了解地質情況，超前排除落差大于2 m的隱蔽正斷層和陷落柱。為了避免鉆孔施工時影響巷道掘進，5301膠帶巷掘進至500 m處，兩幫間隔100 m施工1個鉆場(鉆場寬5 m、深度4.5 m、高3.2 m)，共計施工6個鉆場?？蓪崿F對掘進范圍全覆蓋，每個鉆場內布置2個鉆孔，鉆孔深度控制在120 m，具體鉆場布置如圖1所示，在巷道掘進期間每間隔100 m布置1個鉆場。

圖1 鉆場及鉆孔布置

鉆孔設計角度以排除落差大于2 m的正斷層和陷落柱為目的，具體設計參數如表1所示。

表1 長距離鉆孔設計參數

施工完成后，對無異常出水的鉆孔及時進行封堵或者與瓦斯管路進行并網處理。

2.2 短距離鉆孔施工

5301膠帶巷掘進期間嚴格按照“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，探放水鉆孔施工期間嚴格按照設計進行，以60 m作為循環進尺，保留30 m安全距離，幫距不小于20 m,允許掘進30 m.鉆孔施工時應根據現場煤層底板坡度、煤層傾角等變化情況及時對鉆孔參數進行調整。具體設計參數如表2所示。

表2 短距離鉆孔設計參數

利用超前探放水鉆孔的鉆探成果，可以更進一步排除落差大于1.5 m的正斷層。

2.3 超短距離鉆孔的施工

為了更進一步摸測清工作面前方是否存在伴生小斷層，同時為了安全高效掘進，不再占用工作面生產時間，特利用每天的檢修時段，在工作面用風動鉆機打設兩個20 m的超短鉆孔，掘進工作面每天的正規循環進尺為10 m.因此，這兩個20 m的鉆孔既可以探測前方地質情況，又可以保留10 m的保護距離。若探測存在0.5～1.5 m的正斷層時，可以利用10 m的保護距離作為巷道改變支護方式或掘進坡度的調整距離。具體施工參數如表3所示。

表3 超短距離鉆孔設計參數

如圖2所示，長距離鉆孔存在遺漏落差小于2 m的正斷層的鉆探空白區，短距離鉆孔存在遺漏落差小于1.5 m的正斷層的鉆探空白區。利用三級不同距離的長、短鉆孔可以相互填補鉆探空白區，完全可以排除落差大于0.5 m的正斷層。斷層“三要素”不明確時，可以適當補充鉆孔直至滿足要求。

圖2 鉆孔空白區分析圖

2.4 鉆探施工安全技術措施

為確保5301膠帶巷超前鉆孔施工安全，在鉆孔施工期間應制定必要的安全技術措施。

1) 首先應確?，F場作業人員安全。加強對周邊環境的觀測，頂幫支護必須可靠，必要時做好別幫防護，避免碎煤下落或者局部冒頂等給施工人員造成傷害。嚴格按照設計方案進行施工，配備合理的排水系統。

2) 鉆探過程中密切監測鉆孔周邊瓦斯變化情況，出現異常，及時停鉆。

3) 打鉆過程中鉆孔異常出水或出現透水征兆時，要立即停止鉆進，將工作面所有受威脅人員撤離至安全地點，立即向調度室匯報，不得擅自退出鉆桿。

4) 所有作業人員必須熟知避災路線，作業現場必須確保撤退路線暢通。

3 超前鉆探效果分析

在5301膠帶巷掘進期間，采用長、短鉆孔對巷道掘進區域內(靠近藕澤正斷層和DF01正斷層的500 m范圍內)產生的隱伏伴生正斷層進行超前探測，鉆場內施工長距離鉆孔時不會給巷道掘進帶來影響。短距離鉆孔只需在正常施工探放水鉆孔時進行數據疊加分析，超短距離鉆孔每天利用檢修時間施工，耗時較短。在5301膠帶巷內共施工10個長距離鉆孔、68個短鉆孔(正常超前探)、50個超短鉆孔，期間發現巷道800 m、893 m、995 m、1 025 m、1 040 m處存在伴生正斷層，落差從0.7～4.5 m不等，均無出水、滲水現象。具體探測情況統計如表4所示。

表4 5301膠帶巷鉆孔參數分析

利用三級超前鉆孔逐級鉆探，成功地排除掉落差大于0.5 m的正斷層，超短距離鉆孔彌補了正常超前探在高度為0.5～1.5 m的鉆探空白區，做到提前對前方地質情況徹底了解，并制定出過斷層方案，及時調整巷道掘進和支護計劃，避免了巷道掘進期間的無計劃揭露和地質條件突然變化而帶來的傷亡事故。

4 結 語

5301工作面設計掘進終點緊鄰藕澤正斷層和DF01正斷層，這兩條斷層落差較大，產生不同程度的伴生正斷層。5301膠帶巷掘進期間主要面臨的問題為可能無計劃隱伏的伴生正斷層，為了避免無計劃揭露斷層對巷道掘進產生影響、造成經濟損失或人員傷亡，采用長距離、短距離、超短距離鉆孔綜合進行探測分析，通過不同形式的鉆孔距離，最大程度地將正斷層的排除落差范圍不斷減小至0.5 m.這種方式不僅不會影響掘進進度，而且可以高效排除落差大于0.5 m的正斷層，后續的巷道掘進可以在留設的保護距離內做出掘進和支護方式的調整。5301膠帶巷掘進期間，充分利用長、短距離鉆孔的鉆探，成功通過5條正斷層，落差范圍0.7～4.5 m不等，降低了無計劃揭露斷層的風險，為巷道的安全高效掘進創造了良好條件。