注水鉆機在礦山地質工作中的應用探究

李燕濤

（冀中能源集團股份有限公司章村礦，河北 邢臺 056001）

隨著礦產資源開產量的日益增加，許多的礦山安全問題也隨之上升，粉塵和火災等是礦山地質工作常見問題。據統計，全世界評價每年發生礦山粉塵爆炸有969起，死于礦山粉塵爆炸的人員有46954人。粉塵問題已經嚴重困擾到了礦山的正常生產和發展，以及嚴重威脅到了地質人員的人身安全[1]。

經研究發展，在礦山開采過程中采用注水工藝將礦體浸濕，增加粉塵濕度，進而改變其原有的物理特性，并對其進行合理的排出，可以降低粉塵爆炸的發生幾率，從而使礦山開采工作順利進行。目前注水工藝已經被廣泛應用到礦山地質工作中，而注水鉆機是實現該工藝價值的有效設備。此次根據吉林省放牛溝礦山具體實例對注水鉆機的應用進行了具體闡述。

1 礦山概況

吉林省放牛溝礦山礦脈西北走向長5km，傾斜寬度2.6km，礦區總體面積約8.6km2。該礦區內賦存6層，厚度在1.69m～6.59m之間，平均2.98m。經地質勘查其中有一個局部可采，剩余所有大部分都具有良好的開發前景，把礦區分為A、B、C三個開采區，目前正在對開采區B進行回采，年產量約209萬噸，在東北地區屬于一個大型的礦山。

2 注水鉆機在礦山地質工作中的應用

根據之前對開采區B的地質勘查資料中發現，開采區B的東南邊界是F13斷層，斷層落差大約150m左右，屬于逆掩斷層[2]。受斷層影響，開采區B中有兩處發生逆轉，形成一個韌性剪切帶。據分析采區內的兩處可能會受到逆轉構造應力作用，導致內的礦體已經碎裂產生大量的礦體粉塵物質。根據以上分析，施工人員在開采區部分地區進行了礦層粉塵測量，經探測采區發生斷層地區確實存有大量粉塵，而且粉塵含量達到5.6%。所以為了開采工作安全順利進行，需要運用注水鉆機對采取對粉塵進行有效治理。

2.1 選擇注水鉆機

在對采區B內粉塵治理之前需要根據采區地質條件選擇合適的注水鉆機，目前常用的注水鉆機有MK-9和ZKH-12兩種，下表為兩種注水鉆機的主要技術參數比較。

表1 MK-9和ZKH-12兩種注水鉆機的技術參數對比

考慮到吉林放牛溝礦山礦區地質條件和粉塵存在深度，選用ZKH-12型號注水鉆機。

2.2 選擇注水方式

注水方式主要分為兩種，一是短孔注水，二是深孔注水。下圖為兩種注水方式工藝圖。

圖1 兩種注水方式工藝圖

短孔注水是在采區工作面垂直使用注水鉆機傾斜鉆孔注水，注水孔長度一般在5m～7.5m之間。短孔注水方式對礦區地質條件要求低，并且使用起來簡單方便，沒有任何技術難度，但是這種方式需要對礦區進行大量的鉆孔，在注水過程中容易出現跑水現象[3]。深孔注水方式是在采區工作面進行垂直鉆孔注水，鉆孔長度一般在20m～25m之間。這種注水方式的優點在于它不需要大量的鉆孔，并且單孔注水排氣量大，而且還能對礦體有浸濕作用，易于開采。但是在鉆孔注水過程中對壓力要求較高，工藝復雜，需要施工人員具有一定的注水經驗[4]。綜合考慮兩種注水方式的優缺點以及采取適用條件，采用深孔注水方式。

2.3 應用注水鉆機清除粉塵

采區平均厚度為2.98m，屬于中厚，以及垂直于工作面的走向上，底板到終水孔位置要求要在厚度的2/3處。根據以上條件確定此次應用注水鉆機礦層鉆孔角度為垂直鉆孔，鉆孔直徑為50mm，鉆孔長度為175m，每隔20m進行一次鉆孔注水，整個礦區的鉆孔量為36個。

在鉆孔過程中，鉆機要根據巷道和注水孔的方向來確定固定位置，并且鉆機前方要固定在巷道金屬架上，鉆機后面用三根具有伸縮功能的金屬柱固定，避免鉆孔時角度傾斜，然后利用兩個軌道卡子將鉆架緊在鉆機滑到上，方便調整注水鉆機施工角度。在注水過程中，鉆頭以與工作面垂直角度進行鉆孔，當鉆頭接觸到時，注水鉆機調整為高轉速慢推進模式，使處鉆孔圓整光滑[5]。

當鉆頭到達粉塵探測深度時，要對鉆孔進行注水，鉆機轉速減小，水的流量不得小于75L/m，出口壓力要控制在0.6MPa～0.7MPa之間，防止粉塵受壓力作用發生爆炸。對礦區中的粉塵采取超前排放，邊鉆孔邊注水邊排放，直至揭露F13斷層為止。當粉塵全部浸濕沉淀之后，需要進行封孔，封孔長度一般為5m～6m，直到鉆孔不出現反水現象為止。

3 結束語

注水鉆機是礦山地質工作中常用的施工設備，除了用于粉塵治理以外，它還實用與礦區注水防塵、老空水排放、軟化等多個地質工作中，可以有效解決眾多地質問題，只要使用得當還可以做到一機多用，促進礦區開采工作有效進行，具有較高的社會效益和經濟效益。