淺談井下鉆探主要危險因素辨識及防治措施

孫天學，陳遵義，王秋旺，郭振華

（五礦邯邢礦業邯鄲地質勘查有限公司， 河北 邯鄲市 056107）

0 前 言

鉆探技術是獲得地下蘊藏的真實地質資料和直接信息的一種技術。通過鉆探可對所取得的地質和礦產資源參數作出評價（李樹德等，2007）。在礦山開采過程中，井下鉆探發揮著至關重要的作用，一方面可以獲得可靠的地質資料，為礦山的采礦設計提供依據；另一方面井下鉆探已納入了井下生產，是井下開拓工程必不可少的工序之一，再加上井下鉆探相對于坑探來說具有成本低、操作方便等特點，在礦山得到了廣泛推廣和應用［1］。

隨著我國經濟的發展，對礦山資源的開采步伐也在加快。許多老礦山經歷了多年開采，資源日趨緊張，探采深部資源迫在眉睫。然而由于深部地質條件相對復雜，礦山在探采深部資源的同時，也面臨著嚴峻的安全問題。由于受場地及施工環境等因素的影響，井下鉆探施工也面臨著各種危險因素的威脅，如斷鉆、冒頂、突水等，如何辨識各種危險因素并采取相應的預防措施，值得探討。

1 井下鉆探事故統計分析

對公司2000～2009年井下鉆探事故類型進行了統計分析，主要為孔內事故（折鉆、燒鉆）、地壓危害（冒頂、片幫）和水害，其中孔內事故又是三類事故中常發生的。

事故統計數據表明，孔內事故主要發生在地質條件相對復雜地段，特別是在軟巖層、斷層破碎帶鉆進時，易發生折鉆和燒鉆，這也符合復雜地層對鉆探的影響。冒頂片幫事故主要發生在采場進路的頂板和拱腳處鉆探施工中，是由于圍巖受鉆進擾動，其應力重新分布或是破壞了巖體整體結構等方面的原因，若鉆探人員沒有及時撤離或空區冒落時形成空氣沖擊氣浪沖擊井下鉆探人員，則會造成采空區頂板冒落傷人或拱腳片幫傷人事故。水害主要發生在超前探水（礦區穩定水位下）期間，由于孔口裝置安裝不合格或施工地點地質條件復雜，大量空區水或構造裂隙水沿鉆孔或裂隙處瞬間高壓釋放，井下鉆探人員沒能及時撤離則引起事故的發生。

2 主要危害因素分析及辨識

2．1 孔內事故危害

2．1．1 事故發生原因分析

井下鉆機類型各異，公司使用的井下鉆機主要為KY－200全液壓坑道鉆機、HD－150全液壓坑道鉆機、XY－2巖心坑道鉆機及履帶式雙臂液壓鑿巖臺車等，以上鉆機主要被用于進行探礦、探空區、超前探水、采場中深孔施工及井下各種工程孔的施工等，鉆探施工深度較淺，孔深一般不超過200m。通過對公司2000～2009年井下孔內事故進行統計分析，井下鉆探事故的原因主要有以下幾種。

（1）沒有選擇合理的鉆進參數，這是引起事故的主觀原因。鉆機的鉆進參數是指鉆壓、鉆速、沖洗液（一般為水或空氣）。當鉆機鉆進到軟巖層或斷層破碎帶時，特別是施工上斜孔時，孔壁易坍塌，同時對鉆桿施加了一定的力，而操作人員在沒有察覺的情況下，繼續對鉆桿施加鉆壓，在復合力的作用下，鉆速沒有減緩，鉆桿就會發生彎曲斷裂。當鉆具被巖屑等堵塞時，沖洗液無法正常循環，鉆頭不能被及時冷卻，若繼續鉆進，很容易發生燒鉆事故。

（2）地質條件相對復雜。主要是指巖層蝕變段、斷層破碎帶、巖溶等構造發育段，當鉆進到該層段時，孔壁易發生坍塌，從而引發折鉆、燒鉆等事故。

（3）鉆探設備老化，管材質量不合格。

（4）鉆探操作人員違章作業。沒有按規程操作，現場注意力不集中，在鉆探異常發生的同時沒有察覺而貽誤了采取相應對策的時機。

2．1．2 事故危害分析

孔內事故危害是施工單位需要解決的重要難題，是影響井下正常生產的危害因素之一。

（1）孔內事故影響鉆孔的施工質量，增加了施工成本，貽誤了工期，從而順延了其它工程的施工，給礦山的正常生產帶來一定影響。

（2）危及人身安全。孔內故障的情況看不到、摸不著，全憑經驗判斷來決定采取處理方法，如處理事故不科學，操作不好就會傷人［2］。

（3）損失鉆機設備。當發生折鉆或燒鉆等事故時，如果事故處理不順，遺留在孔內的鉆桿可能無法打撈上來，給施工方帶來一定的經濟損失。

2．1．3 孔內事故辨識

鉆探施工人員在現場只要注意力集中，憑借其操作熟練程度和經驗，可以對孔內事故進行辨識。

（2）鉆具搖擺嚴重，回轉吃力，提動困難且孔內有異常響聲；

（3）孔口沖洗液突然中斷或泵壓升高；

（4）鉆具上附有大量堵塞物，應及時清理［3］。

2．2 地壓危害分析及辨識

地壓危害問題是礦山急需解決的難題，同時也是井下鉆探需要高度關注的安全問題。井下鉆探人員要嚴格遵守操作規程，提高技術操作水平，不斷探索各種鉆探新工藝的試驗研究，合理選擇各鉆進參數，配合礦山加強地壓的安全管理，摸索地壓發生的規律，從而采取相應的預防措施，以減少安全事故的發生。

2．2．1 巷道圍巖變形和破壞原因分析

該公司井下鉆探施工的礦床為矽卡巖型礦床，該類型礦床是指產在中酸性（少數情況下可以是酸性或基性～超基性）侵入巖、火山巖與碳酸鹽類巖石或其它巖石接觸帶或其附近巖石中的礦床（薛春紀等，2006）。礦床頂板一般為奧陶系灰巖，該巖層節理較發育，但穩固性較好；礦體為致密塊狀磁鐵礦，礦層完整體性好，穩固；底板為矽卡巖和閃長巖，由于受構造影響，該巖層局部發生蝕變，強度降低，巖層穩定性極差。發生巷道圍巖變形層段主要為矽卡巖段和蝕變閃長巖段。

辛北爾康普(Siempelkamp)公司與Action Tesa公司在幾年前的IndiaWood展會開始合作。

由于巖層蝕變后強度明顯降低，鉆探在該區段施工時，鉆桿旋轉對巖層有一定擾動，再加上節理裂隙發育，局部支護不及時，巖層應力集中處很容易釋放，從而發生巷道變形。

2．2．2 采空區頂板冒落原因及危害分析

采空區頂板冒落是礦山主要的危險因素，特別對于矽卡巖型礦床，由于接觸帶巖性一般強度較低，在巖石受擾動后很容易破壞，從而發生應力釋放。巖體冒落主要取決于巖性與結構面。由于空區的位置、形成的時間、圍巖的穩固程度等不同，造成的危害形式也不同。在復雜空區礦體中，空區冒落危害有以下幾種形式：

（1）空區冒落時形成空氣沖擊氣浪沖擊井下人員；

（2）空區底部冒落危及上部作業人員；

（3）空區頂板落塊或冒落引起的滾石碰砸鄰近作業人員［4］。

2．2．3 地壓危害辨識

發生地壓危害的條件，一是地壓應力的釋放一般要有一定的高差和時間，圍巖發生變形時有異常聲響；二是地壓危害發生時鉆探人員正在危險區施工。因而，鉆探人員在地壓危害發生前要及時辨識并撤出危險區。

2．3 水害分析及辨識

2．3．1 水害分析

井下鉆探人員在富水礦區深部（穩定水位）進行超前探水，由于地質條件等多種因素的影響，鉆探人員面臨著空區突水、構造裂隙突水的威脅。

（1）民采空區水害。該公司井下鉆探施工的礦山，大都經歷了多年開采，礦區長期遭受周圍民采礦井的非法盜采。民采掠奪式的無規劃、無設計的私采濫挖，遺留下了大量不明采空區。這些采空區形成之后，在有水源補給的情況下，長年累月逐漸匯集，使采空區大量積水，對礦山的安全生產形成了嚴重威脅。同時，由于這些民采采空區開采很不規范，越層越界現象嚴重，分布無規律，地表無痕跡，積水范圍、積水量無據可查，給礦山防治水工作帶來了極大的困難［5］。

（2）構造裂隙水害。由于礦床受構造影響，礦區內的含水巖層奧陶系中統灰巖裂隙、巖溶較發育，且含有一定量的構造裂隙水，對鉆探施工有一定的威脅。

（3）大氣降水水害。礦山大都經歷了多年開采，對地表生態環境有一定的破壞，特別是越界的民采空區，采礦后沒有對采空區及時進行充填，造成了地表不同程度的塌陷及形成了大小不等的地裂縫，為大氣降水向礦坑滲透提供了通道，在雨季易引發礦井回灌，從而引起水害的發生。

2．3．2 水害辨識

水害是威脅井下鉆探施工的主要危險因素，根據多年的生產實踐，對水害的辨識總結了以下幾點：

（1）圍巖發出異常聲音且周圍水氣變濃；

（2）鉆機鉆進過程中鉆桿突然進尺迅猛，壓力表突然增大，鉆孔中有“臭雞蛋”味氣體逸出。

3 防治措施

3．1 孔內事故的防治措施

（1）井下施工現場必須配備常用公錐、母錐、吊錘、導向器、割管器、反絲鉆桿等專用的工具和器具。

（2）對鉆探操作人員進行安全培訓，交流安全生產經驗。鉆探技術人員結合本礦區實際情況，編寫一些安全生產知識教育材料。

（3）提高鉆探工作人員的責任心，尤其是直接操作者。必須認真、全面、謹慎地掌握全部鉆進情況，對每個環節和每一種事故預兆進行詳細分析研究。

（4）嚴格按照巖心鉆探規程進行作業，杜絕機臺“三違”現象發生。

（5）在鉆進過程中，對孔內情況要全面掌握。交接班時，對孔內安全情況要全面細致地交代清楚；對機械運轉狀況以及各有關設備的安全情況也應詳細交代［3］。

3．2 地壓危害的防治對策

（1）井下鉆探期間要加強施工場地范圍內的頂板管理，分班前、班中、班后及時撿敲頂板出現的浮石。

（2）配合礦山安全管理人員做好地壓監測、監控工作，建立和完善行之有效的地壓監控系統。根據地壓活動規律，鉆探管理人員應加強現場技術指導和信息傳遞，堅持日常監測，建議礦山采用有效支護方式預防巷道變形或采空區冒落。

（3）加強機臺安全檢查，增強鉆探人員的安全意識，杜絕機臺“三違”現象的發生。

3．3 水害的預防對策

對礦區內水害特點進行研究，制定相應的應急預案。在超前探水期間要做好孔口裝置的管理工作，孔口裝置的安裝技術要求如下：

（1）在孔口四周呈三角形施工3個錨桿，用于固定孔口管；

（2）用108mm鉆頭開口，鉆進深度5m后，安裝91mm×4mm孔口管，管長5．2m，孔口外露長0．2m，孔內長5m；

（3）用膨脹橡膠纏繞孔口管，纏繞長度5m，將纏繞膨脹橡膠的孔口管打入鉆孔中，并注漿；

（4）用鋼筋將孔口管和錨桿焊接在一起；

（5）在孔口管上安裝孔口閥門及壓力表。

孔口管安裝必須進行嚴格質量檢查，抗壓強度不得低于4MPa。鉆探施工期間鉆桿要在孔口裝置中運行，如遇鉆機壓力表或鉆孔內水量瞬間增大，要及時關閉高壓閥門，查明原因后再繼續鉆進。在危險區施工時，要組織鉆探人員進行專門的逃生演練，以增強施工人員的自救能力。

對于大氣降水危害，鉆探管理人員應加強施工礦區的水文氣象調查，了解地表水分布情況，摸清其可能帶來危害的井下對應部位，及時調整鉆探作業時間和地點，避免安全事故的發生。

4 結 論

通過對井下鉆探存在的主要危險因素進行辨識，分析了其成因和帶來的危害，提出了相應的預防對策，并落實到各個施工機臺。實踐證明，2009～2011年，該公司井下鉆探安全生產工作取得了良好的成效，如表1所示，安全事故發生率連續3年保持下降。

表1 2009～2011年井下鉆探事故統計

對于以后的工作，首先要提高鉆探人員的技術水平，及時檢修鉆探設備，建立一套完善的井下鉆探管理制度；其次，鉆探管理人員要配合礦山安全管理人員做好地壓的監測和監控工作，成立防治水領導小組，建立健全井下鉆探工作崗位責任制，加大安全監管力度，杜絕“三違”現象的發生，為井下鉆探作業提供一個安全的環境。

［1］ 《采礦手冊》編輯委員會．采礦手冊（第4卷）［M］．北京：冶金工業出版社，1990．

［2］ 王京慶．鉆探工程孔內事故的危害及預防［J］．勞動保護，2006（1）：74－75．

［3］ 李繼文，王 平，等．鉆探工作中常見孔內事故的預防與處理［J］．吉林地質，2010（4）：129－131．

［4］ 李現區．團城鐵礦采空區冒落規律辨識及冒落危害防范［J］．采礦技術，2010，10（4）：68－69．

［5］ 竇梅林．西石門鐵礦開采主要危險因素辨識及預防措施［J］．中國礦業，2011，6（3）：101－103．