水鉆機在礦山地質工作中的應用探究

王慶文

（山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東 濟南 250000）

1 前言

礦產資源產量不斷增加的過程中，礦山安全問題的發生頻率也隨之增高。據相關部門的數據調查統計，全世界每年由礦山粉塵引發的爆炸高達969 起之多，因為礦山粉塵爆炸導致的死亡人數更是達到了46954 人之多。粉塵問題作為困擾礦山正常生產和發展的重要因素，對地質人員的人身安全產生了嚴重的威脅。礦山資源開采過程中，工作人員采用注水工藝浸濕礦體，不僅達到了增加粉塵濕度的目的，而且隨著礦山粉塵物理特性發生改變，粉塵爆炸安全事故發生的概率也顯著下降，確保了礦山資源開采工作的安全順利進行。

2 注水鉆機在礦山地質工作中的應用

2.1 礦山概況

某礦山的礦脈東南走向長度為6km，傾斜寬度為2.8km，政工礦區的總面積約為9.1km2。該礦區的內賦存6 層，每層的厚度在1.75 ～6.83m，平均厚度為3.01m。工作人員經過地質勘探發現，其中一個局部可采，其余大部分都因為開發前景較好，所以可以將其詳細地劃分為A、B、C 等幾個不同的開采區。當前，隨著該礦區對B 開采區進行了回采工作，年開采量已經達到了216 萬噸，屬于該地區的大型礦山之一。

2.2 注水鉆機在礦山地質工作中的應用

通過對B 開采區地質勘查資料的分析發現，B 開采區的西北邊界為13F 斷層，斷層之間的落差為140m 左右的逆掩斷層。受到斷層影響，該開采區中兩處發生逆轉后形成的韌性剪切帶，不僅導致礦體內部碎裂后產生了大量的礦體粉塵物質，而且增加了粉塵爆炸事故發生的概率。所以，為了保證礦區開采工作的安全有序進行，工作人員必須合理運用注水鉆機開展礦山粉塵的治理工作。

（1）選擇注水鉆機。工作人員在開展B 開采區粉塵治理工作前，必須根據開采區地質條件的勘察數據選擇符合要求的注水鉆機。目前，常見的注水鉆機主要有MK-9 和ZKH-12 等幾種，以下為兩種注水鉆機的技術參數（如表1）。

表1 MK-9 和 ZKH-12 兩種注水鉆機的技術參數對比

通過對本礦區地質條件與粉塵深度的分析，礦山資源開采企業應該選擇ZKH-12 型號注水鉆機作業。

（2）選擇注水方式。注水作業施工方式主要有短孔注水和深孔注水等幾種。首先，短孔注水。所謂短孔注水，也就是在開采區的垂直面使用注水鉆機傾斜鉆孔注水，短孔注水方式自由與具有對地質條件要求低、操作簡便且技術難度低等特點被廣泛應用于礦區開采中。但是，由于該操作方法要求工作人員必須在礦區內大量尊孔，所以在注水過程中難免會出現泡水的問題。其次，深孔注水。深孔注水也就是在開采區工作面采取垂直鉆孔的方式注水。這種注水方式最大的優點在于鉆孔數量少、單孔注水排氣量大且開采難度低等特點。但是，由于該方法在實際應用過程中對壓力要求高且工藝過于復雜，所以，施工人員必須具有相應的注水操作經驗，才能滿足鉆孔注水作業的要求。

（3）應用注水鉆機清除粉塵。該礦區的開采區平均厚度為3.01m，屬于中厚、垂直于工作面走向且底板至終水位置要求為厚度2/3 處。如果按照上述條件分析，工作人員選擇的追溯鉆機礦層鉆孔角度應該為直徑50mm、長度175m，鉆孔距離間隔20m 的垂直鉆孔。工作人員在鉆孔作業過程中，應該以巷道和注水口方向確定鉆井固定位置，避免因為鉆孔作業過程中角度出現傾斜的情況，影響鉆孔的垂直度，確保注水鉆孔作業的順利進行。

3 注水鉆機在煤礦地質工作中的應用

3.1 井田概況

某井田南北走向長為4km，傾斜寬為1.7km，礦區總面積為6.3km2。經過地質勘測發現該井田內共賦存5 層煤，分別為：1-1 煤、1-2 煤、2-1 煤、2-2 煤和2-3 煤層。除2-2煤局部可采，其余煤層均為大部可采且每層構造簡單。根據這一地質條件，相關部門將該礦井詳細地劃分為11，12，13等幾個開采區。根據當前的回采情況分析，回采2-3 煤層，年產量達到了146 萬t，屬于本地區的大型骨干礦井。

3.2 注水鉆機在地質工作中的應用

（1）注水鉆機的性能。為了徹底解決老空水、瓦斯、地質構造等問題對礦區開采作業產生的影響，該礦區在開采作業過程中采用了KHYD-400 型注水鉆機。這種鉆機主要有機體和鉆桿兩部分組成，其中鉆桿的長度為2.5m 或3.1m，采取牽引鏈向前給力的方式驅動。該鉆機配置了60 和100的二齒合金鉆頭，這種合金鉆頭可以在普氏硬度2 ～5 的巖層中鉆進。在鉆機鉆進過程中，用水將粉塵沖出，在煤層鉆機深度達到50 ～80m 后，即可采取注水打孔的方式施工，提高了礦區鉆孔注水操作的效率和質量，為后續礦區開采作業的安全順利進行奠定了堅實的基礎。

（2）利用注水鉆機探放老空水。某礦區工作面走向長480m，傾斜寬150m，可采儲量22 萬t。根據相關數據，該工作面面層為單斜發構造且構造簡單無斷層發育。但是，在工作面后續開采掘進后發現，下切口附近、頂板等部位均出現了嚴重的淋水現象，且涌水量達到了11m3/h。如果工作面上覆是2-1 煤層采空區，下拐頭斜上方為中12 下山水倉，水平距離30m。那么，經過計算發現該倉中的積水達到了1870m3，切眼附近工作面與2-1 煤采空區間距2.6 ～4.1m，且2-3 煤層頂板裂隙發育。所以，上覆老空水引發的工作面淋水問題，對該礦區工作面回采工作的安全開展造成了非常嚴重的影響。

（3）利用注水鉆機探放瓦斯。某礦區工作面作為該礦區的高產高效工作面，走向長度為1300m，傾斜長度為167m，可開采儲量總計83t。雖然該工作面煤層相對穩定且構造簡單，但位移的缺點就是其作為一條老巷對回采作業的安全有序進行埋下了安全隱患。由于煤礦資源回采作業過程中，大巷與采空區相同，再加上采空區中存在著若干火區，回采作業過程中，大巷內必然會產生大量有害氣體。所以，工作人員必須采取積極有效的措施排放采空區內的有害氣體，才能在保證回采作業安全順利進行的基礎上，提高礦區開采的質量和效率。

（4）采用注水鉆機也可以排放煤層中的瓦斯。某礦區的井田西部邊界為F14 斷層，卻斷層落差100m 左右逆掩斷層。受此地質條件的影響1-1、1-2 以及2-1 煤層西部發生了倒轉的情況后，形成的倒轉褶曲。因為受到井田內構造力作用等因素的影響，2-3 煤層軸部與附近煤層不僅呈破碎裝且聚積了大量瓦斯。所以，根據F14 斷層資料的分析結果，設計出了符合要求的探巷，為后續煤礦回采作業的開展奠定了良好的基礎。

（5）利用注水鉆機探測構造。某礦區井田內煤層整體呈單斜構造賦存，該井田因為褶曲未發育，因此，斷層只在12 采區發育。根據地質勘查數據，落差最大的斷層為F5201，F5202 和F5203， 其最大落差分別達到了為29m，14m和12.5m。由于該井田巷道掘進過程中，經常出現煤層斷失的情況，使用常規的濕式煤電鉆無法達到安全開采的目標。為了徹底搞清楚各個斷層的落差，工作人員特意布置了尋找斷失煤層的地質鉆孔，不僅確保了斷層落差探測數據的準確性，而且為后續煤礦開采作業的順利進行奠定了良好的基礎。

4 結語

總而言之，注水鉆機作為礦山地質作業中最常用的施工設備之一，該設備不僅廣泛應用于粉塵治理中，而且在礦區注水防塵、老空水排放、軟化等地質工作中也發揮著重要的作用。所以，礦山資源開采企業必須采取積極有效的措施，確保礦區開采工作的安全順利進行，才能發揮出注水鉆機在礦山地質作業中應有的社會效益和經濟效益。