论文部分内容阅读
【摘要】近年来重大水灾事故频发，煤矿水害已成为影响煤矿安全生产和建设的关键问题之一。本文结合急倾斜煤层掘进探放老空水、小窑积水的实践经验，对大倾角煤层掘进探放水工作中的有关技术要求和现场操作技巧作了阐述。
【关键词】：大倾角煤层 掘进 探放 老空水 实践
中图分类号：TD743
近年来重大水灾事故频发，给国家和人民生命财产造成了极大损失。据统计，山西省2012年煤矿水害事故共发生2起，占各类事故起数的5%，而死亡人数却占到了23%。煤矿水害已成为影响煤矿安全生产和建设的关键问题之一。我国倾斜和急倾斜煤层占全国煤炭储量的15%～20%，其年产量占全国煤炭总产量的10%左右[1]。悠久的开采历史，形成了大量的采空区、老窑和报废的井巷（老空），老空水透水事故成为最主要的水害事故之一，极易造成人员伤亡。因此，老空水是今后防治水工作的重中之重。大倾角煤层（倾角大于 35°或者倾角为 35～ 55°的煤层[2]） 在巷道掘进探放水施工过程中工作难度大、技术要求高。对大倾角煤层的防治水研究和应用有助于搞好煤矿安全生产和建设。
1 技术要求
1.1有掘必探”
1）对分析可能存在积水的区域进行“三线”（积水线、探水线和警戒线）划分。警戒线外的探水以探查裂隙水、断层水、陷落柱水、钻孔水、奥灰岩水等为主，警戒线内在探查其他水害的基础上，要把探放老空水放在首位。
2）要把先进的井下瞬变电磁法物探和钻探结合起来。物探正常区域，可以适当减少钻探钻孔的布置密度。比如掘进工作面四周有已开掘巷道可以证实的实体煤、岩巷道，两条已开掘的巷道间的联络巷等，经充分论证，确实无水害威胁，可以利用物探来代替钻探进行“有掘必探”。
1.2 探放水设计
大倾角煤层中探放老空水时，为了保证在倾斜方向探明古空、老窑的存在情况，我们就要合理设计倾斜方向的探水钻孔。既要保证超前钻距，又要保证钻孔布置在煤层中，同时保证每组钻孔的终孔位置满足平距3 m。水平方向沿煤层走向布置钻孔时比较简单，我们不难算出探水钻孔深度与需要偏移角度的关系。当我们要在倾斜方向上布置钻孔时，就要联系煤层倾角推算钻孔在走向方向所在竖直面的倾角和钻孔沿一定倾角与煤层顶底板保持一定距离所需偏移角度的关系。
例如，某矿开采煤层为石炭纪5#煤层，倾角68°，煤层厚度12m。该矿和周围小窑开采历史较长，开采水平以上已探明存在古空区，采高和走向长度范围不详，井田西南边界内老窑开采历史。针对该矿实际情况，掘进探放古空水和老窑水钻孔设计以巷道掘进方向（按0°考虑）、倾角15°、30°、45°四组钻孔超前钻探，每组布置四个钻孔。设计水平方向钻孔深度100m，超前距30m。经计算，巷道掘进方向（0°）方向四個钻孔长度为：100m，相邻钻孔间夹角为1°46′；15°倾角方向四个钻孔长度约为：104m，相邻钻孔间夹角为1°42′，30°倾角方向四个钻孔长度为117～120m，相邻钻孔间夹角为1°30′，45°倾角方向四个钻孔长度为147～150m，相邻钻孔间夹角为1°12′。每组钻孔都能保证安全掘进距离70m，超前钻距30m，钻孔布置立面图、剖面示意图，见图1。
2 现场钻孔位置标定
2.1编制煤层倾角与钻杆倾角、钻杆偏移角三者关系
2.2施工现场钻孔方位的确定
在探水过程中由工程技术人员使用经纬仪、全站仪对每一个钻孔方位进行定向是准确施工设计探水钻孔的可靠保证。实际施工过程中，由于未揭露的煤层顶底板走向、煤层倾角等的变化，钻探过程中发现构造等等因素的影响，频繁的测量任务给施工带来很大的不便，再加有些煤矿技术人员缺乏，只好现场施工人员使用挂罗盘、半圆仪、钢尺等确定钻孔方向。
一般我们在施工现场多使用挂罗盘确定方向，为了消除探水钻机、钻杆等铁制品对挂罗盘的影响，我们在安装探水钻机时，首先在作业地点附近沿煤层走向或巷道掘进方向悬挂一组（至少三个）重锤线。待大致安装好钻机后，我们在靠近钻机附近、与钻杆水平位置高低一致且不影响探水工操作的位置水平固定一根沿煤层走向或巷道掘进方向的参照线。钻杆的偏移角度就依靠钻杆在一定长度范围内偏移的距离来确定。例如，现场施工时以钻机旋转中心点为起点，在参照线上挂一根重垂线，在前方2m或者3m位置挂另一根重垂线，钻杆每旋转1°，2m或者3m处的钻杆就偏移0.034m或者0.051m（“每偏移1°，1米长钻杆终点偏移0.017m”经验口诀），可以方便地通过计算偏移的距离来确定偏移的角度。钻杆的倾角可以由挂罗盘或者地质罗盘来确定。
3 结束语
采用以上探水设计方案和井下标定钻孔方向的方法，准确地探明了该矿掘进巷道上部存在的老空巷道所在位置和积水量，探查到了井田边界的老窑，查明老窑水体的空间位置、积水量和水压。采取合理方案打透老窑水体，将老窑水全部被疏放完毕，为该矿的掘进、回采提供了安全保障。
参考文献
[1]、 郭敬中、孟祥瑞、高召宁.大倾角煤层开采矿压规律数值模拟.《煤矿开采》 2011年04期 。
[2]、伍永平、员东风、张淼丰. 大倾角煤层综采基本问题研究.《煤炭学报》2000年第05期 。
【关键词】：大倾角煤层 掘进 探放 老空水 实践
中图分类号：TD743
近年来重大水灾事故频发，给国家和人民生命财产造成了极大损失。据统计，山西省2012年煤矿水害事故共发生2起，占各类事故起数的5%，而死亡人数却占到了23%。煤矿水害已成为影响煤矿安全生产和建设的关键问题之一。我国倾斜和急倾斜煤层占全国煤炭储量的15%～20%，其年产量占全国煤炭总产量的10%左右[1]。悠久的开采历史，形成了大量的采空区、老窑和报废的井巷（老空），老空水透水事故成为最主要的水害事故之一，极易造成人员伤亡。因此，老空水是今后防治水工作的重中之重。大倾角煤层（倾角大于 35°或者倾角为 35～ 55°的煤层[2]） 在巷道掘进探放水施工过程中工作难度大、技术要求高。对大倾角煤层的防治水研究和应用有助于搞好煤矿安全生产和建设。
1 技术要求
1.1有掘必探”
1）对分析可能存在积水的区域进行“三线”（积水线、探水线和警戒线）划分。警戒线外的探水以探查裂隙水、断层水、陷落柱水、钻孔水、奥灰岩水等为主，警戒线内在探查其他水害的基础上，要把探放老空水放在首位。
2）要把先进的井下瞬变电磁法物探和钻探结合起来。物探正常区域，可以适当减少钻探钻孔的布置密度。比如掘进工作面四周有已开掘巷道可以证实的实体煤、岩巷道，两条已开掘的巷道间的联络巷等，经充分论证，确实无水害威胁，可以利用物探来代替钻探进行“有掘必探”。
1.2 探放水设计
大倾角煤层中探放老空水时，为了保证在倾斜方向探明古空、老窑的存在情况，我们就要合理设计倾斜方向的探水钻孔。既要保证超前钻距，又要保证钻孔布置在煤层中，同时保证每组钻孔的终孔位置满足平距3 m。水平方向沿煤层走向布置钻孔时比较简单，我们不难算出探水钻孔深度与需要偏移角度的关系。当我们要在倾斜方向上布置钻孔时，就要联系煤层倾角推算钻孔在走向方向所在竖直面的倾角和钻孔沿一定倾角与煤层顶底板保持一定距离所需偏移角度的关系。
例如，某矿开采煤层为石炭纪5#煤层，倾角68°，煤层厚度12m。该矿和周围小窑开采历史较长，开采水平以上已探明存在古空区，采高和走向长度范围不详，井田西南边界内老窑开采历史。针对该矿实际情况，掘进探放古空水和老窑水钻孔设计以巷道掘进方向（按0°考虑）、倾角15°、30°、45°四组钻孔超前钻探，每组布置四个钻孔。设计水平方向钻孔深度100m，超前距30m。经计算，巷道掘进方向（0°）方向四個钻孔长度为：100m，相邻钻孔间夹角为1°46′；15°倾角方向四个钻孔长度约为：104m，相邻钻孔间夹角为1°42′，30°倾角方向四个钻孔长度为117～120m，相邻钻孔间夹角为1°30′，45°倾角方向四个钻孔长度为147～150m，相邻钻孔间夹角为1°12′。每组钻孔都能保证安全掘进距离70m，超前钻距30m，钻孔布置立面图、剖面示意图，见图1。
2 现场钻孔位置标定
2.1编制煤层倾角与钻杆倾角、钻杆偏移角三者关系
2.2施工现场钻孔方位的确定
在探水过程中由工程技术人员使用经纬仪、全站仪对每一个钻孔方位进行定向是准确施工设计探水钻孔的可靠保证。实际施工过程中，由于未揭露的煤层顶底板走向、煤层倾角等的变化，钻探过程中发现构造等等因素的影响，频繁的测量任务给施工带来很大的不便，再加有些煤矿技术人员缺乏，只好现场施工人员使用挂罗盘、半圆仪、钢尺等确定钻孔方向。
一般我们在施工现场多使用挂罗盘确定方向，为了消除探水钻机、钻杆等铁制品对挂罗盘的影响，我们在安装探水钻机时，首先在作业地点附近沿煤层走向或巷道掘进方向悬挂一组（至少三个）重锤线。待大致安装好钻机后，我们在靠近钻机附近、与钻杆水平位置高低一致且不影响探水工操作的位置水平固定一根沿煤层走向或巷道掘进方向的参照线。钻杆的偏移角度就依靠钻杆在一定长度范围内偏移的距离来确定。例如，现场施工时以钻机旋转中心点为起点，在参照线上挂一根重垂线，在前方2m或者3m位置挂另一根重垂线，钻杆每旋转1°，2m或者3m处的钻杆就偏移0.034m或者0.051m（“每偏移1°，1米长钻杆终点偏移0.017m”经验口诀），可以方便地通过计算偏移的距离来确定偏移的角度。钻杆的倾角可以由挂罗盘或者地质罗盘来确定。
3 结束语
采用以上探水设计方案和井下标定钻孔方向的方法，准确地探明了该矿掘进巷道上部存在的老空巷道所在位置和积水量，探查到了井田边界的老窑，查明老窑水体的空间位置、积水量和水压。采取合理方案打透老窑水体，将老窑水全部被疏放完毕，为该矿的掘进、回采提供了安全保障。
参考文献
[1]、 郭敬中、孟祥瑞、高召宁.大倾角煤层开采矿压规律数值模拟.《煤矿开采》 2011年04期 。
[2]、伍永平、员东风、张淼丰. 大倾角煤层综采基本问题研究.《煤炭学报》2000年第05期 。