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摘要：屯蘭礦選用VLD-1000定向鉆機施工葉脈狀定向長鉆孔精準探測，利用已有巷道向采區邊界地質構造復雜區域施工探明構造、小窯破壞范圍鉆孔，對B2301工作面涉及區域進行全面探測。實踐得出，通過定向長鉆孔探明B2301區域地質構造及水文地質情況，確定具備回采條件，為后續工作面布置提供了有利的地質參考條件。

關鍵詞：地質條件定向鉆機新盤區頭面開發

1礦井概況

屯蘭礦為山西焦煤集團公司主力生產礦井，生產能力450萬t/年，為煤與瓦斯突出礦井。礦井井田面積73.34km2，井田內含煤18層，為煤層群開采，其中主采煤層2號、8號煤層均為突出危險煤層。礦井絕對瓦斯量達277.74m3/min，相對瓦斯涌出量達31.76m3/min。礦井全區承壓開采，地質條件復雜。

2新盤區頭面概況

北三盤區位于屯蘭礦+750水平北翼，屬礦井井田西北部，地層走向為北西30°~60°，傾角2°~13°，平均為4°，南北長4942m，東西寬約2900m，總面積7.3km2。盤區區東鄰北一采區，西接馬蘭礦，南以南二、南三采區為界、與馬蘭礦接壤，北與鎮城底礦接壤，區內斷層發育，均屬高角度正斷層，走向為北東方向，帶有壓扭性質，斷層交錯切割，成組出現，水文地質條件上組煤為中等，下組煤為復雜，區內帶壓開采。盤區2號、6號、8號、9號四層穩定煤層可采儲量4792.9萬t，為可靠可采儲量，設計暫確定生產能力為90萬t/a，則北三采區可采煤層服務年限38年。盤區瓦斯相對涌出量為19.88m3/t，絕對涌出量為50m3/min。北三盤區分為左翼、右翼兩翼開采，右翼工作面布置為由西北向東南方向依次布置，目前22301工作面已形成，在風坪嶺斷層與22301膠帶巷之間存在不規則區域約0.5km2，為了提高資源回收率及延長盤區服務年限，故布置B2301工作面，工作面布置如圖1所示。該區域受后風坪嶺斷層影響，地質構造復雜，伴生斷層較多，具體情況不明，地質條件的掌握情況直接決定新工作面的巷道布置、回采方式、瓦斯治理辦法等。

3斷層探測情況

普通全液壓鉆機受材料、裝成、技術條件限制，不能完成大區域、大走向長度、復雜地質條件下的探測工作，且打鉆所需的時間、空間大，生產成本高，為此屯蘭礦選用VLD-1000定向鉆機施工葉脈狀定向長鉆孔精準探測，利用已有巷道向采區邊界地質構造復雜區域施工探明構造、小窯破壞范圍鉆孔，為B2301工作面設計、資源高回收率回采提供可靠依據。VLD-1000定向千米鉆機為履帶行走式液壓推進鉆機，鉆進過程中鉆桿不轉動，鉆頭由通過中空鉆桿提供的高壓水驅動，做功之后的水攜帶鉆屑從鉆桿與鉆孔之間流出。鉆頭能夠隨時顯示空間位置，并能夠實現鉆進方向的調節，實現定向鉆進。該鉆機組共包括VLD-1000型鉆機、DGS孔底測量儀、孔內馬達、CHD70重型MECCA鉆桿等部件。根據礦生產銜接要求，參考實際情況，利用22301膠帶巷里程牌1800m處現有鉆場施工該區域地質探測鉆孔，鉆場編號B2301-1號。再利用該巷道里程牌700m處鉆場施工工作面后部風坪嶺斷層，該鉆場編號為B2301-2號。B2301-1號鉆場施工跨區域地質鉆探孔，初步設計8個孔，其中4個長孔，設計孔深600~750m；4個短孔，設計孔深550m。所有鉆孔先沿著2號煤施工，若在2號煤鉆進區域遇到異常區則在該孔下方開分支施工一個4號煤鉆孔，長孔主要探測斷層保護煤柱30m范圍內地質構造情況及小窯破壞區，短孔主要控制風坪嶺斷層走向，為將來工作面布置提供地質資料。B2301-2號鉆場布置7個孔，其中3個長孔（以及6~8個鉆探分支孔）；其中一個長孔沿4號煤鉆探；4個短孔，均沿2號煤施工，1號短孔開孔方位與巷道呈45°角，設計孔深300m，終孔位置過預測風坪嶺斷層30m，2號長孔沿風坪嶺斷層上盤走向鉆進，目標方位與22301膠帶巷掘進方向相反，設計孔深750m；3號短孔設計孔深約為300m，與22301膠帶巷方位呈60°角，終孔位置過斷層30m；4號長孔沿斷層上盤走向鉆進，設計孔深800m，目標方位與22301膠帶巷掘進方向接近，5號孔與4號主孔鉆進方向一致，目標層位4號煤，6/7號孔覆蓋兩側鉆孔中間空白區域，具體鉆孔編號以實際施工先后順序為準。B2301-3號鉆場布置4個孔，其中2個孔沿2號煤鉆進，2個孔沿4號煤鉆進，設計孔深380m，鉆探目標區域為B2301工作面切眼位置。

4實際施工鉆孔情況

實際主孔總工程量約為10300m。由于該工作面地質構造較為復雜，煤質松軟，2號、3號煤層屬于合采煤層，中間夾矸松軟，較容易造成垮孔，預測斷層發育，因此在此區域施工有一定的難度。且工作面北東鄰近小窯破壞邊界，最近距離僅45m，部分探水線與警戒線位于工作面內部，小窯破壞區內有積水，鉆進過程中嚴格觀測孔內情況，并與屯蘭礦地測及相關部門保持密切聯系，隨時匯報鉆進情況，反饋鉆進信息，防止鉆進貫穿小窯引起突水事故。故在實際施工中，根據實際情況，鉆孔設計的相關參數應做相應的調整，孔深以能夠施工的實際深度為準，實際施工圖如圖2所示。

5鉆孔效果分析

B2301軌道鉆場所有鉆孔均按照設計要求施工，經過細致的鉆探，可以完全確定鉆進區域的風坪嶺斷層位置及走向，并探明設計工作面范圍內無特大地質構造及周邊小窯破壞積水區，未發現倒水通道，鉆進過程鉆探過程與掘進消突工作同步進行，在探明地質構造及水文情況的同時，形成了B2301膠帶巷條帶式掘進區域預抽鉆孔，有效地縮短了巷道掘進預抽時間，延長了預抽周期，為掘進安全施工奠定了堅實的基礎。同時以條帶區域預抽鉆孔代替以往的遞進消突短鉆孔的消突方式，避免了過多的無效進尺，大幅度緩解了打鉆銜接緊張，同時又提高了掘進消突效果，為礦井生產銜接贏得了寶貴的時間[1]。通過定向長鉆孔探明此區域地質構造及水文地質情況，確定具備回采條件，為后續工作面布置提供了有利的地質參考條件，拓寬盤區回采面積約0.4417km2，增加盤區可回收資源量月179萬t，按設計暫定生產能力90萬t/年,可延長盤區服務年限約2年，后風坪嶺斷層實際位置變化見圖3。

6安全經濟效益

定向鉆機施工葉脈狀掘進條鉆孔可達到探測斷層的目的，同時條帶式達到預抽消突作用，條帶式預抽消突在屯蘭礦多個掘進工作面的應用成功，單個預抽條帶長度大于700m，每個采煤工作面掘進巷道劃分為2~4個預抽條帶，能夠做到在巷道掘進前全部預抽達標，滿足掘進巷道連續掘進要求，取代了“一隊二面”或“一隊三面”模式，避免了掘進工作面頻繁搬家倒面，減少了生產頭、面，節約了大量的生產、通風設備，提高了礦井通風能力，同時探明了待掘（采）區域地質構造，為優化工作面設計提供了準確資料，消滅了無效進尺，大幅降低了生產成本，扭轉了礦井“抽、采、掘”銜接緊張的困難局面，安全效益和經濟效益十分可觀[2]。

7應用前景

葉脈狀掘進條帶預抽鉆孔消突技術，利用定向鉆機的特性，解決了掘進巷道條帶一次消突連續掘進技術難題，并探明工作面輪廓線地質構造，發現大量可采資源，為日益緊張的煤礦資源以及生產銜接不平衡找到了有效的解決辦法，大幅度減少了利用普通鉆機施工進尺及預抽時間，成為解決高突礦井“抽、掘、采”矛盾的有效途徑，具有廣泛的推廣應用價值[3]。

參考文獻

[1]吳迪.瑞利波勘探原理及應用實例[J].地質裝備，2009（4）：26-29.

[2]楊孟達.煤礦地質學[M].北京：煤炭工業出版社，2006：121-125.

[3]姬光喜.礦井瓦斯抽采[M].北京：中國礦業大學出版社，2011：91-103.

作者:丁小峰 單位:山西焦煤西山煤電集團公司屯蘭礦