论文部分内容阅读
摘 要：孟津煤矿属于煤与瓦斯突出及水文地质类型复杂型矿井，在这种复杂地质条件下，工作面煤巷未施工前需掘进底板岩巷以用作工作面瓦斯抽放巷和工作面底板全覆盖注浆加固巷。底板岩巷采用综掘机进行综合掘进，按照《煤矿防治水细则》“有掘必探”的要求综掘岩巷掘进前需进行超前探工作，如何提高综掘岩巷掘进效率缓解矿井接替紧张局面，合理的超前探技术方案的选择是关键。本文结合复杂地质条件下综掘岩巷超前探施工现场，对两种超前探技术方案进行对比分析，为矿井综掘岩巷快速掘进超前探技术的选择提供了依据。高效合理的超前探技术方案的选择不仅能提高综掘岩巷的单月掘进效率、保障矿井的有序接替计划，还可以为类似复杂地质条件下存在综掘底板岩巷掘进施工的矿井提供技术参照。
关键词：复杂地质条件;底板岩巷;综合掘进;超前探;技术方案;对比分析;掘进效率;
0引言
孟津煤矿地质类型及水文地质类型均为复杂型，目前矿井面临采煤工作面接替紧张，工作面底板岩巷掘进效率过低，而影响岩巷高效快速掘进的关键因素是掩护巷道安全掘进的超前探工程，因此对不同的超前探技术进行对比研究，合理选择一套适合我矿复杂地质条件下综掘岩巷安全高效掘进的超前探技术方案迫在眉睫。笔者通过对两种超前探技术方案进行对比，最终得出一套符合我矿复杂地质条件下行之有效的超前探技术方案。该方案特点是妥善的协调好综掘机快速掘进与超前探查孔施工的时间关系，既保证了超前探查结果的真实有效，又保证了采掘接替的有序开展[1]，从而达到矿井综掘岩巷安全高效掘进的目的。
1 底板岩巷超前探技术要求
1.1超前探目的
探查掘进巷道前方一定范围内煤岩层位、地质构造、水文特征等地质条件。
1.2超前探控制范围
每次超前探要查清巷道前方不小于60m、巷道两侧不小于15m的地质及水文条件，并预留一定的超前距（岩巷20m、煤巷30m），循环探查掘进。在地质构造破坏带或者煤层赋存条件急剧变化时应加密钻孔，进一步探清前方地质构造及煤层情况。
1.3超前探钻孔布置
按照《煤矿防治水细则》要求每一循环超前探钻孔数量原则上4～6个。预掘巷道正前方钻孔1个，预掘巷道方向斜上方钻孔2～3个，钻孔进入煤层垂深不小于1m（或钻孔进入煤层不小于5m）。发现断层适当增加钻孔个数，分别控制断层的上下两盘。有底板水害威胁的，底板方向钻孔不少于2个，超前距一般取20m（依据水压大小适当调整），帮距应与超前距相同或比超前距小1～2m，终孔层位到巷道底板法线距离不得小于20 m。
1.4超前探钻孔施工顺序
先施工预掘巷道前方距煤层或构造较近的顶部层位钻孔，再施工距煤层或构造较远及两侧的层位钻孔，后施工底部探水钻孔，正前方钻孔在底部探水孔掩护范围内施工。
2 超前探施工技术方案
2.1 方案一
（1）钻场布置：钻场布置在预掘巷道一侧，间距60m循环布置，1部钻机跟踪施工直至掩护底板岩巷掘进完成。
（2）钻孔布置及个数：每个钻场内布置钻孔8个，顶部探煤钻孔5个，底部探水钻孔2个，正前钻孔1个。钻孔工程量约950m，工期约15天。顶部探煤钻孔终孔间距40m，最远孔控制平距120m，两侧钻孔控制巷帮各20m;底部探水钻孔2个，控制巷帮各25m，终孔层位为奥灰顶界面，最远孔控制平距160m，每相邻两循环钻孔沿巷道方向终孔间距为60m;正前钻孔沿巷道坡度布置并在两个底部探水孔施工掩护范围内施工，钻孔长度约150m。具体布置详见图1：
（3）钻孔施工技术要求：顶部钻孔进入煤层垂深不小于1m（或进入煤层不小于5m），每个探煤钻孔开孔1m后必须安装孔口防喷装置，并与工作面瓦斯抽放系统连接，防止打钻过程中瓦斯超限，终孔直径不小于75mm;底部探水孔一级套管开孔孔径133mm，套管直径127mm，下设长度25m。二级套管开孔孔径113m，套管直徑108mm，下设长度60m。终孔直径不小于75mm，一级套管的注浆压力6Mpa，试压应不小于8Mpa，二级套管的注浆压力12Mpa，试压压力13Mpa。两级套管试压的稳压时间应不小于30min。固管试压合格后终孔钻进前，孔口必须安设大闸阀和防喷装置，避免施工期间出大水造成水害事故。钻孔固管和封孔浆液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65进行配置，钻孔注浆终压13Mpa，钻孔封孔合格标准以孔口不出现漏水、渗水、滴水现象为准;正前钻孔Φ94mm钻头开孔直至终孔。
2.2 方案二
（1）钻场布置：钻场采用“挂耳”的形式布置在巷道两侧，每组2个钻场（钻场间距为10m），60m一组循环布置，2部钻机同时跟踪施工直至掩护底板岩巷掘进完成。
（2） 钻孔布置及个数：每个钻场内布置钻孔4个，其中顶部探煤钻孔5个，底部探水钻孔2个，正前钻孔1个。钻孔工程量约930m，工期约10天。顶部钻孔终孔间距控制在40m，最远孔控制平距120m，两侧钻孔控制巷帮各20m;底部探水钻孔2个，控制巷帮各25m，终孔层位为铝土顶界面，最远孔控制平距160m，每相邻两循环钻孔沿巷道方向终孔间距60m;正前钻孔沿巷道坡度布置并在两个底部探水孔施工掩护范围内施工，钻孔长度约150m。具体布置详见图2：
（3）钻孔施工技术要求：顶部钻孔进入煤层垂深不小于1m（或进入煤层不小于5m），每个探煤钻孔开孔1m后必须安装孔口防喷装置，并与工作面瓦斯抽放系统连接，防止打钻过程中瓦斯超限，终孔直径不小于75mm;底部探水孔一级套管开孔孔径133mm，套管直径127mm，下设长度12m。二级套管开孔孔径113m，套管直径108mm，下设长度25m。终孔直径不小于75mm，一级套管的注浆压力6Mpa，二级套管的注浆压力12Mpa，试压压力13Mpa。二级套管试压的稳压时间应不小于30min。固管试压合格后终孔钻进前，孔口必须安设大闸阀和防喷装置，避免施工期间出大水造成水害事故。钻孔固管和封孔浆液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65进行配置，钻孔注浆终压13Mpa，钻孔封孔合格标准以孔口不出现漏水、渗水、滴水现象为准;正前钻孔Φ94mm钻头开孔直至终孔。 4 两种技术方案对比分析
两种技术方案分别在我矿两条综掘底板岩巷进行了实际应用，方案一在12000工作面轨道底抽巷进行应用施工，方案二在11050工作面轨道底抽巷进行应用施工。现将对比分析如下：
（1）钻孔施工效率对比分析
在12000工作面轨道底抽巷施工的16个超前探查孔，施工工期29天，平均每组钻场钻孔施工工期为14.5天，且钻孔施工全部符合设计要求;在11050工作面轨道底抽巷施工的16个超前探查孔，施工工期18天，平均每组钻场钻孔施工工期为9天，且钻孔施工全部符合设计要求。从两组钻场的施工工期对比可以发现方案二的钻孔施工效率明显高于方案一的钻孔施工效率，同等复杂地质条件下钻孔的单孔施工效率方案二比方案一提高了33.8%。
（2）巷道掘进效率对比分析
12000工作面轨道底抽巷和11050工作面轨道底抽巷在综掘机功率、巷道断面、支护方式等相同的条件下，运用方案一单月掩护巷道掘进进尺140m，运用方案二单月掩护巷道掘进进尺204m，两组方案掩护巷道掘进效率进行对比，方案二每月的巷道掘进效率比方案一提高了6.7%。
（3）钻探材料费用对比分析
方案一钻孔工程量比方案二工程量多20m，超前探钻探费用304元/m，方案二比方案一钻探费用节约了6080元;方案一两组钻场4个底部探水孔Φ127mm套管共下设长度100m，Φ108mm套管共下设长度240m，套管固管水泥干料用量12.8t;方案二两组钻场4个底部探水孔Φ127mm套管共下设长度48m，Φ108mm套管共下设长度100m，套管固管水泥干料用量7.2t。Φ127mm套管245元/m，Φ108mm套管225元/m，方案一套管使用费用78500元，方案二套管使用费用34260元。水泥干料450元/t，方案一固管水泥使用费用5760元，方案二固管水泥使用费用3240元。对比两种方案套管及固管水泥干料的材料费用，我们不难算出方案二在一二级套管下设方面使用的材料费用比方案一节约了44240元，水泥干料使用的材料费用节约了2520元，共计节约材料费用46760元。方案一与方案二详细对比統计见表1。
5结论
（1）在同等复杂地质条件下，方案二采用双侧“挂耳”钻场和2部钻机同时施工的方式，将超前探查钻孔平均分配到2个钻场内进行施工，取消了顶底部过巷钻孔的施工、降低了钻探施工难度，从钻孔的施工效率方面明显优越于方案一。
（2）在符合相关地质防治水技术规定及规程的前提下，经数值计算方案二将底部探水钻孔的终孔层位选择在铝土顶界面而不是含水层奥灰顶界面，通过对含水层上部的的导水裂隙进行注浆封堵，实现了探注分离、降低了钻孔的出水概率、减小了钻孔注浆的难度、优化了套管的下设长度、节约了材料费用，从而掩护了底板综掘岩巷的高效掘进，充分提高了底板岩巷单产单进能力和掘进效率。
（3）通过上述两种超前探施工技术方案的对比分析，笔者认为高效合理的超前探技术方案的选择，在不同的地质条件下掩护巷道安全、快速掘进方面具有很大的成效，结合矿山自身条件对超前探技术进行优化和创新，形成一套行之有效的技术标准和工艺流程对矿井的长远发展有极大的促进作用。
参考文献：
[1]谢 伟，张 帆.煤矿底板岩巷综掘工艺与超前探查优化设计[J].能源技术与管理，2019（01）
关键词：复杂地质条件;底板岩巷;综合掘进;超前探;技术方案;对比分析;掘进效率;
0引言
孟津煤矿地质类型及水文地质类型均为复杂型，目前矿井面临采煤工作面接替紧张，工作面底板岩巷掘进效率过低，而影响岩巷高效快速掘进的关键因素是掩护巷道安全掘进的超前探工程，因此对不同的超前探技术进行对比研究，合理选择一套适合我矿复杂地质条件下综掘岩巷安全高效掘进的超前探技术方案迫在眉睫。笔者通过对两种超前探技术方案进行对比，最终得出一套符合我矿复杂地质条件下行之有效的超前探技术方案。该方案特点是妥善的协调好综掘机快速掘进与超前探查孔施工的时间关系，既保证了超前探查结果的真实有效，又保证了采掘接替的有序开展[1]，从而达到矿井综掘岩巷安全高效掘进的目的。
1 底板岩巷超前探技术要求
1.1超前探目的
探查掘进巷道前方一定范围内煤岩层位、地质构造、水文特征等地质条件。
1.2超前探控制范围
每次超前探要查清巷道前方不小于60m、巷道两侧不小于15m的地质及水文条件，并预留一定的超前距（岩巷20m、煤巷30m），循环探查掘进。在地质构造破坏带或者煤层赋存条件急剧变化时应加密钻孔，进一步探清前方地质构造及煤层情况。
1.3超前探钻孔布置
按照《煤矿防治水细则》要求每一循环超前探钻孔数量原则上4～6个。预掘巷道正前方钻孔1个，预掘巷道方向斜上方钻孔2～3个，钻孔进入煤层垂深不小于1m（或钻孔进入煤层不小于5m）。发现断层适当增加钻孔个数，分别控制断层的上下两盘。有底板水害威胁的，底板方向钻孔不少于2个，超前距一般取20m（依据水压大小适当调整），帮距应与超前距相同或比超前距小1～2m，终孔层位到巷道底板法线距离不得小于20 m。
1.4超前探钻孔施工顺序
先施工预掘巷道前方距煤层或构造较近的顶部层位钻孔，再施工距煤层或构造较远及两侧的层位钻孔，后施工底部探水钻孔，正前方钻孔在底部探水孔掩护范围内施工。
2 超前探施工技术方案
2.1 方案一
（1）钻场布置：钻场布置在预掘巷道一侧，间距60m循环布置，1部钻机跟踪施工直至掩护底板岩巷掘进完成。
（2）钻孔布置及个数：每个钻场内布置钻孔8个，顶部探煤钻孔5个，底部探水钻孔2个，正前钻孔1个。钻孔工程量约950m，工期约15天。顶部探煤钻孔终孔间距40m，最远孔控制平距120m，两侧钻孔控制巷帮各20m;底部探水钻孔2个，控制巷帮各25m，终孔层位为奥灰顶界面，最远孔控制平距160m，每相邻两循环钻孔沿巷道方向终孔间距为60m;正前钻孔沿巷道坡度布置并在两个底部探水孔施工掩护范围内施工，钻孔长度约150m。具体布置详见图1：
（3）钻孔施工技术要求：顶部钻孔进入煤层垂深不小于1m（或进入煤层不小于5m），每个探煤钻孔开孔1m后必须安装孔口防喷装置，并与工作面瓦斯抽放系统连接，防止打钻过程中瓦斯超限，终孔直径不小于75mm;底部探水孔一级套管开孔孔径133mm，套管直径127mm，下设长度25m。二级套管开孔孔径113m，套管直徑108mm，下设长度60m。终孔直径不小于75mm，一级套管的注浆压力6Mpa，试压应不小于8Mpa，二级套管的注浆压力12Mpa，试压压力13Mpa。两级套管试压的稳压时间应不小于30min。固管试压合格后终孔钻进前，孔口必须安设大闸阀和防喷装置，避免施工期间出大水造成水害事故。钻孔固管和封孔浆液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65进行配置，钻孔注浆终压13Mpa，钻孔封孔合格标准以孔口不出现漏水、渗水、滴水现象为准;正前钻孔Φ94mm钻头开孔直至终孔。
2.2 方案二
（1）钻场布置：钻场采用“挂耳”的形式布置在巷道两侧，每组2个钻场（钻场间距为10m），60m一组循环布置，2部钻机同时跟踪施工直至掩护底板岩巷掘进完成。
（2） 钻孔布置及个数：每个钻场内布置钻孔4个，其中顶部探煤钻孔5个，底部探水钻孔2个，正前钻孔1个。钻孔工程量约930m，工期约10天。顶部钻孔终孔间距控制在40m，最远孔控制平距120m，两侧钻孔控制巷帮各20m;底部探水钻孔2个，控制巷帮各25m，终孔层位为铝土顶界面，最远孔控制平距160m，每相邻两循环钻孔沿巷道方向终孔间距60m;正前钻孔沿巷道坡度布置并在两个底部探水孔施工掩护范围内施工，钻孔长度约150m。具体布置详见图2：
（3）钻孔施工技术要求：顶部钻孔进入煤层垂深不小于1m（或进入煤层不小于5m），每个探煤钻孔开孔1m后必须安装孔口防喷装置，并与工作面瓦斯抽放系统连接，防止打钻过程中瓦斯超限，终孔直径不小于75mm;底部探水孔一级套管开孔孔径133mm，套管直径127mm，下设长度12m。二级套管开孔孔径113m，套管直径108mm，下设长度25m。终孔直径不小于75mm，一级套管的注浆压力6Mpa，二级套管的注浆压力12Mpa，试压压力13Mpa。二级套管试压的稳压时间应不小于30min。固管试压合格后终孔钻进前，孔口必须安设大闸阀和防喷装置，避免施工期间出大水造成水害事故。钻孔固管和封孔浆液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65进行配置，钻孔注浆终压13Mpa，钻孔封孔合格标准以孔口不出现漏水、渗水、滴水现象为准;正前钻孔Φ94mm钻头开孔直至终孔。 4 两种技术方案对比分析
两种技术方案分别在我矿两条综掘底板岩巷进行了实际应用，方案一在12000工作面轨道底抽巷进行应用施工，方案二在11050工作面轨道底抽巷进行应用施工。现将对比分析如下：
（1）钻孔施工效率对比分析
在12000工作面轨道底抽巷施工的16个超前探查孔，施工工期29天，平均每组钻场钻孔施工工期为14.5天，且钻孔施工全部符合设计要求;在11050工作面轨道底抽巷施工的16个超前探查孔，施工工期18天，平均每组钻场钻孔施工工期为9天，且钻孔施工全部符合设计要求。从两组钻场的施工工期对比可以发现方案二的钻孔施工效率明显高于方案一的钻孔施工效率，同等复杂地质条件下钻孔的单孔施工效率方案二比方案一提高了33.8%。
（2）巷道掘进效率对比分析
12000工作面轨道底抽巷和11050工作面轨道底抽巷在综掘机功率、巷道断面、支护方式等相同的条件下，运用方案一单月掩护巷道掘进进尺140m，运用方案二单月掩护巷道掘进进尺204m，两组方案掩护巷道掘进效率进行对比，方案二每月的巷道掘进效率比方案一提高了6.7%。
（3）钻探材料费用对比分析
方案一钻孔工程量比方案二工程量多20m，超前探钻探费用304元/m，方案二比方案一钻探费用节约了6080元;方案一两组钻场4个底部探水孔Φ127mm套管共下设长度100m，Φ108mm套管共下设长度240m，套管固管水泥干料用量12.8t;方案二两组钻场4个底部探水孔Φ127mm套管共下设长度48m，Φ108mm套管共下设长度100m，套管固管水泥干料用量7.2t。Φ127mm套管245元/m，Φ108mm套管225元/m，方案一套管使用费用78500元，方案二套管使用费用34260元。水泥干料450元/t，方案一固管水泥使用费用5760元，方案二固管水泥使用费用3240元。对比两种方案套管及固管水泥干料的材料费用，我们不难算出方案二在一二级套管下设方面使用的材料费用比方案一节约了44240元，水泥干料使用的材料费用节约了2520元，共计节约材料费用46760元。方案一与方案二详细对比統计见表1。
5结论
（1）在同等复杂地质条件下，方案二采用双侧“挂耳”钻场和2部钻机同时施工的方式，将超前探查钻孔平均分配到2个钻场内进行施工，取消了顶底部过巷钻孔的施工、降低了钻探施工难度，从钻孔的施工效率方面明显优越于方案一。
（2）在符合相关地质防治水技术规定及规程的前提下，经数值计算方案二将底部探水钻孔的终孔层位选择在铝土顶界面而不是含水层奥灰顶界面，通过对含水层上部的的导水裂隙进行注浆封堵，实现了探注分离、降低了钻孔的出水概率、减小了钻孔注浆的难度、优化了套管的下设长度、节约了材料费用，从而掩护了底板综掘岩巷的高效掘进，充分提高了底板岩巷单产单进能力和掘进效率。
（3）通过上述两种超前探施工技术方案的对比分析，笔者认为高效合理的超前探技术方案的选择，在不同的地质条件下掩护巷道安全、快速掘进方面具有很大的成效，结合矿山自身条件对超前探技术进行优化和创新，形成一套行之有效的技术标准和工艺流程对矿井的长远发展有极大的促进作用。
参考文献：
[1]谢 伟，张 帆.煤矿底板岩巷综掘工艺与超前探查优化设计[J].能源技术与管理，2019（01）