煤礦探放水市場化探索與思考

曹 帥，劉海濤

(1.陜西彬長文家坡礦業(yè)有限公司，陜西 彬州 713500；2.陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司地質(zhì)研究院分公司，陜西 西安 710065)

0 引言

煤礦開采過程中伴隨著水害的發(fā)生，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來了巨大危害，嚴(yán)重影響了煤炭資源開采的可持續(xù)發(fā)展[1-5]。特別是隨著煤礦采掘延伸，礦井水害日趨嚴(yán)重，淹井傷人事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重制約著煤炭企業(yè)的生產(chǎn)[6]。鉆探是防治水工作中慣用的手法，能夠真切地反映地層的賦水情況[7]，根據(jù)巷道水文地質(zhì)特征，在有突水威脅區(qū)域運(yùn)用鉆孔疏排含水體[8]，有效遏制了大部分水害威脅，也大大增加了生產(chǎn)成本，防治水費(fèi)用居高不下。在安全要求日益嚴(yán)格的新形勢(shì)下，煤炭企業(yè)急需挖掘潛力，探尋生產(chǎn)成本精細(xì)管理新措施[9]。在市場觀念深入人心的時(shí)代，有效辦法就是引入市場機(jī)制[10]。所謂內(nèi)部市場化，就是在企業(yè)內(nèi)部引入市場化機(jī)制，各部門轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部市場的經(jīng)營主體，各內(nèi)部經(jīng)營單元之間實(shí)現(xiàn)買賣關(guān)系[11-13]，是把行政隸屬和經(jīng)濟(jì)關(guān)系有機(jī)結(jié)合的管理新機(jī)制[9]，為此許多學(xué)者展開了大量的理論研究，劉中文等[14]對(duì)市場化管理運(yùn)營進(jìn)行了全面的研究，張瑞玉等[15]基于內(nèi)部市場化運(yùn)作的煤礦成本管控體系進(jìn)行了探索，山東能源龍礦集團(tuán)北皂煤礦[16]對(duì)內(nèi)部市場化進(jìn)行了實(shí)踐，王丹等[17]在煤礦企業(yè)內(nèi)部市場化精細(xì)管理的機(jī)理與動(dòng)因方面作了深刻探討，劉寧寧等[18]基于內(nèi)部市場化的煤礦成本精細(xì)化管理做了研究。大量研究成果推動(dòng)了煤礦內(nèi)部市場化的發(fā)展。針對(duì)文家坡煤礦4104工作面探放水內(nèi)部市場化進(jìn)行較系統(tǒng)的綜述，希望對(duì)煤礦降本增效、安全生產(chǎn)有所幫助。

1 探放水現(xiàn)狀

1.1 掘進(jìn)工作面探放水

在巷道掘進(jìn)期間，對(duì)掘進(jìn)頭前方導(dǎo)水構(gòu)造的探查是防治水工作的重點(diǎn)。巷道掘進(jìn)前，首先采用直流電法超前探測(cè)技術(shù)，探查掘進(jìn)頭前方是否存在低阻異常區(qū)，如果存在異常區(qū)則采用鉆探手段進(jìn)行探查和驗(yàn)證，對(duì)鉆探查明的導(dǎo)水構(gòu)造，采用探放水和注漿封堵治理。根據(jù)文家坡礦井目前積累的資料，4號(hào)煤層裂隙含水層、頂板砂巖含水層和直羅組砂巖含水層均有一定的富水性，且各砂巖含水層富水性極不均一，因此在巷道掘進(jìn)過程中，超前探測(cè)尤為重要。超前物探的主要方法為直流電法技術(shù)，電法探測(cè)掘進(jìn)頭前方的含水構(gòu)造及賦水異常體，這一方法在煤巷中使用效果較好，因?yàn)槊簽楦咦杞橘|(zhì)，在有含水構(gòu)造時(shí)介質(zhì)的電阻差異很大，易于發(fā)現(xiàn)異常；而在砂、泥巖中使用效果不好，原因是砂、泥巖為低阻層，其內(nèi)的含水構(gòu)造電性差異小。井下直流電法超前探測(cè)距離能達(dá)到100 m，為巷道安全掘進(jìn)提供有力保障。在巷道掘進(jìn)過程中，每100 m先進(jìn)行井下直流電法超前探查，并根據(jù)探查結(jié)果對(duì)異常區(qū)段進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，經(jīng)查明后再進(jìn)行掘進(jìn)，確保巷道掘進(jìn)安全。

1.2 回采工作面探放水

在采煤工作面布置的防治水工程主要是物探、鉆探為主，在工作面巷道形成之后開展物探探查，在工作面切眼貫通后完成探查工作。鉆探工程既要針對(duì)物探結(jié)果提供的異常區(qū)，又必須顧全整個(gè)工作面的全面疏放，主要目標(biāo)是對(duì)頂板水以及可能發(fā)生的離層水進(jìn)行提前疏放，為工作面安全回采提供保障。由于文家坡煤礦4號(hào)煤層頂板直羅組砂巖含水層水文地質(zhì)條件復(fù)雜，且水文地質(zhì)條件探查不足，因此在回采階段應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的防治水探查工作，需提前疏放含水威脅區(qū)，通過疏水降壓的方式保證工作面的回采安全。探放水鉆孔的布置和超前距離根據(jù)水頭高低、煤(巖)層厚度和硬度等確定[19-23]。對(duì)已經(jīng)施工完畢的探放水鉆孔要進(jìn)行水量和水壓觀測(cè)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)建立臺(tái)賬，以便于分析工作面回采前的水文地質(zhì)條件；根據(jù)疏放水鉆孔水量觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)鉆孔的參數(shù)及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，在達(dá)到疏水降壓的同時(shí)，使疏放水工程經(jīng)濟(jì)合理。

2 探放水工作市場化探索

2.1 探放水方案

2.1.1 4104工作面水文地質(zhì)條件分析

4104工作面范圍內(nèi)煤層上覆多個(gè)含水層，延安組和直羅組含水層富水性相對(duì)較弱，雖然其與煤層距離較近但是對(duì)工作面回采影響較小；宜君組含水層厚度有限，礫巖膠結(jié)致密，含水層富水性相對(duì)較弱；洛河組含水層為主要含水層，厚度大，富水性中等；宜君組和洛河組為整合接觸，地層之間無明顯隔水層段，兩者之間存在一定的水力聯(lián)系。根據(jù)槽波勘探、電法勘探、地面鉆孔勘探、掘進(jìn)揭露及4號(hào)煤層頂板低阻異常平面圖，分析4104工作面共有6個(gè)異常區(qū)需要鉆探疏放。

2.1.2 4104工作面探放水思路

工作面回采前必須對(duì)頂板水提前進(jìn)行預(yù)疏放，核準(zhǔn)斷層產(chǎn)狀、位置，分析斷層帶的富(導(dǎo))水性，并在平面圖和剖面圖上確定斷層與工作面的空間幾何關(guān)系；巷道通過導(dǎo)水或可能導(dǎo)水?dāng)鄬忧埃仨毘疤剿瑢?duì)與強(qiáng)含水層連通的導(dǎo)水?dāng)鄬樱仨毎匆?guī)定留設(shè)防水煤柱。采用物探與鉆探相結(jié)合的方法探查沖刷帶、離層水。采取地面啟封，重新封堵的方法處理封閉不良鉆孔，防治封閉不良鉆孔導(dǎo)通上部含水層，造成水害事故。

2.1.3 4104工作面探放水設(shè)備

煤礦用全液壓坑道式鉆機(jī)，具體參數(shù)見表1。

表1 鉆機(jī)參數(shù)Table 1 Drilling rig parameters

2.1.4 鉆探工程布設(shè)

為準(zhǔn)確查清4104工作面水文地質(zhì)條件，查明4號(hào)煤層頂板富水情況，需布設(shè)工作面專門探放水孔，共布設(shè)鉆孔12個(gè)，按照由切眼到停采線方向依次施工，根據(jù)現(xiàn)場施工條件布設(shè)在回風(fēng)順槽7個(gè)，運(yùn)輸順槽5個(gè)，累計(jì)鉆進(jìn)2 372 m，開孔高度1.8 m。鉆孔布設(shè)參數(shù)和位置見表2。

表2 4104工作面疏放水工程量Table 2 Quantity of drainage works in 4104 working face

2.1.5 鉆孔施工

鉆孔結(jié)構(gòu)與施工工序：鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一次變徑，便于下入孔口管護(hù)孔，下入層位為開孔深度20 m。一開φ133 mm鉆進(jìn)至孔深10 m，下入φ108 mm套管；二開φ73 mm鉆進(jìn)至終孔。

鉆孔結(jié)構(gòu)見表3，其設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意Fig.1 Drilling structure design

表3 鉆孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 Drilling structure parameters

孔口安全裝置：孔口安全裝置由孔口管、泄水短管、三通、水壓表、泄水閥、孔口水門和鉆桿逆止閥等裝置組成，如圖2所示。

圖2 探查孔孔口安全裝置示意Fig.2 Schematic diagram of probe hole safety device

鉆孔施工技術(shù)要求：下入孔口管采用標(biāo)號(hào)不低于42.5R水泥，水灰比0.6～0.8∶1，注漿固結(jié)24 h后，進(jìn)行掃孔，超過原孔深0.1 m后，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不低于3.4 MPa，試驗(yàn)壓力穩(wěn)定30 min以上，孔口及圍巖無松動(dòng)無跑漏水現(xiàn)象，視為合格，否則重新對(duì)套管進(jìn)行注漿。孔口安裝高壓閥門和壓力表，安設(shè)排水管路。在鉆孔施工過程中需做好水質(zhì)、水壓、水量、水溫的觀測(cè)。鉆孔出現(xiàn)明顯的涌水現(xiàn)象時(shí)需做詳細(xì)觀測(cè)。水量發(fā)生突變和終孔時(shí)，均停鉆測(cè)穩(wěn)定水壓(水位)、水量和水溫，采樣并化驗(yàn)水質(zhì)。施工過程中需加強(qiáng)孔斜監(jiān)控，終孔進(jìn)行孔斜測(cè)量，發(fā)現(xiàn)有孔斜趨勢(shì)及時(shí)糾偏。探放水過程中需對(duì)異常情況進(jìn)行觀測(cè)，詳細(xì)記錄卡鉆、塌孔等現(xiàn)象。鉆探進(jìn)入破碎帶內(nèi)可使用泥漿鉆進(jìn)，完整地層則一律清水鉆進(jìn)。探查鉆孔施工前，需挖好水溝做好排水措施，確保有效排水能力達(dá)到要求。監(jiān)測(cè)有毒有害氣體，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取對(duì)策。

2.1.6 鉆孔施工結(jié)果

工作面共設(shè)計(jì)疏放鉆孔12個(gè)，實(shí)際施工鉆孔12個(gè)，鉆孔施工均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。鉆孔施工過程中均未發(fā)現(xiàn)明顯的出水現(xiàn)象，鉆孔涌水量為1～2 m3/h，表明工作面范圍內(nèi)直羅組含水層富水性較弱。

2.2 4104工作面探放水工作市場化定額

2.2.1 一級(jí)市場定額

勞動(dòng)定額，見表4、表5。

表4 鉆探標(biāo)準(zhǔn)定額Table 4 Drilling standard quota

表5 鉆孔連接、拆除定額Table 5 Drilling connection and removal quota

超前探測(cè)時(shí)，定額按照1.2系數(shù)修正。鉆孔深度大于200 m時(shí)，定額按照0.9系數(shù)修正。

材料定額，見表6。

表6 探放水材料定額Table 6 Material quota of water exploration and drainage

電費(fèi)定額，見表7。

表7 電費(fèi)定額Table 7 Electric charge quota

2.2.2 二、三級(jí)市場定額

工序定額，見表8。

表8 工序定額Table 8 Process quota

固定崗位定額，見表9。

表9 崗位定額Table 9 Post quota

質(zhì)量驗(yàn)收定額，見表10。

表10 質(zhì)量定額Table 10 Quality quota

2.3 內(nèi)部市場化結(jié)算

2.3.1 制定結(jié)算流程

探放水隊(duì)班組結(jié)算流程，如圖3所示。

圖3 班組結(jié)算流程Fig.3 Team settlement process

職工個(gè)人日清日結(jié)流程，如圖4所示。

圖4 個(gè)人日清日結(jié)流程Fig.4 Personal daily settlement process

2.3.2 內(nèi)部市場化工資結(jié)算

單項(xiàng)工程驗(yàn)收完成，根據(jù)綜合單價(jià)，對(duì)每個(gè)市場主體進(jìn)行結(jié)算。完成工程量為其收入項(xiàng)目，支出為當(dāng)月發(fā)生的材料費(fèi)、修理費(fèi)、電費(fèi)、運(yùn)輸輔費(fèi)等，人工費(fèi)合計(jì)與材料、電費(fèi)、加工維修、運(yùn)輸、吊裝五大要素的節(jié)超數(shù)值之和為考核后結(jié)算工資的總額，詳見表11。

表11 探放水隊(duì)2020年7月份內(nèi)部市場化工資結(jié)算表Table 11 Internal market wage statement of water exploration and drainage team in 2020

內(nèi)部市場化工資結(jié)算表計(jì)算公式如下(D為單價(jià)，N為內(nèi)部市場化)

D總=D人+D材+D電+D加+D運(yùn)+D吊

式中，D總為綜合單價(jià)，元；D人為人工單價(jià)，元；D材為材料單價(jià)，元；D電為電費(fèi)單價(jià)，元；D加為加工維修單價(jià)，元；D運(yùn)為運(yùn)輸單價(jià)，元；D吊為吊裝單價(jià)，元。

N金=D總×N數(shù)

式中，N金為金額，元；N數(shù)為數(shù)量，1。

以材料要素為例：

D材合=D材1+D材2+D材3+D材4+D材5+D材6

式中，D材合為材料收入合計(jì)，元；D材1為挖泵坑1 m×1 m×1 m單價(jià)，元；D材2為安裝/拆卸108蝶閥單價(jià)，元；D材3為工作面打鉆單價(jià)，元；D材4為接108管路單價(jià)，元；D材5為接159管路單價(jià)，元；D材6為文明衛(wèi)生單價(jià)，元。

D材節(jié)超=D材合-D材支

式中，D材支為材料支出單價(jià)，元；D材節(jié)超為材料節(jié)超單價(jià)，元。

N工=N總收-N總支

式中，N工為探放水隊(duì)結(jié)算工資總額，元；N總收為收入合計(jì)總額，元；N總支為各要素支出總額，元。

2.3.3 探放水隊(duì)費(fèi)用節(jié)超，見表12。

表12 各要素節(jié)超Table 12 Saving and overspending of all elements 單位：元

3 結(jié)論

(1)圍繞煤礦探放水現(xiàn)狀展開研究，內(nèi)部市場化的實(shí)施促進(jìn)各種生產(chǎn)要素的優(yōu)化配置和高效利用，調(diào)動(dòng)職工創(chuàng)造性，實(shí)現(xiàn)工藝最優(yōu)化和操作合理化，是水文地質(zhì)類型復(fù)雜礦井降低災(zāi)害治理費(fèi)用的一條途徑。

(2)在采煤工作面內(nèi)部市場化實(shí)踐中，驗(yàn)證了可通過內(nèi)部實(shí)施定額結(jié)算來控制煤礦探放水成本，以先進(jìn)的經(jīng)營方式挖潛提效，緩解經(jīng)營壓力，提升災(zāi)害治理效果，確保采掘安全，后期可進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行。