氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)在地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

摘要：通過(guò)使用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)對(duì)袁店一井煤礦EF88斷層進(jìn)行探測(cè)分析，結(jié)果表明:鉆孔偏斜度較低，探測(cè)精度較高，能夠?yàn)?21機(jī)巷的安全施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù);此外，大大提高了工效，有助于解決地質(zhì)防治水零星工程施工設(shè)備搬運(yùn)難題，該型鉆機(jī)具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)、斷層、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)在煤礦地質(zhì)防治水工程施工中，鉆探設(shè)備的選擇對(duì)于鉆探工程的質(zhì)量、施工安全和效率至關(guān)重要。隨著井下生產(chǎn)條件的日趨復(fù)雜，底板鼓起、頂板下沉、局部瓦斯積聚等不利因素對(duì)電器的安全要求越來(lái)較高，采用電力為動(dòng)力的液壓坑道鉆機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足特殊條件下的鉆探工作［1-3］。目前淮北礦業(yè)集團(tuán)所屬礦井近乎全部采用ZDY系列鉆機(jī)，該系列鉆機(jī)雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但組件多且笨重、搬運(yùn)困難、投入工時(shí)較多、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，搬運(yùn)及運(yùn)輸過(guò)程中潛在安全隱患較多。因此，有必要引進(jìn)一種輕便型且安全的鉆探設(shè)備，達(dá)到既滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，又提高工效的目的。1應(yīng)用背景袁店一井煤礦位于安徽省濉溪縣袁店集附近，為淮北礦業(yè)集團(tuán)主力礦井，2011年投產(chǎn)。2020年礦井核定生產(chǎn)能力為180萬(wàn)t/a，主采32、72、81、82、10煤層，采用立井多水平石門(mén)開(kāi)拓，屬突出礦井。礦井地質(zhì)類(lèi)型為極復(fù)雜型，礦井水文地質(zhì)條件屬中等。該礦井下日常探斷層、探煤等地質(zhì)防治水超前探施工較多，相較于工作面底板改造工程，該類(lèi)零星的地質(zhì)防治水單項(xiàng)工程特點(diǎn)有:①施工地點(diǎn)多發(fā)生在掘進(jìn)工作面迎頭位置，現(xiàn)場(chǎng)施工條件較差;②施工工期緊迫;③設(shè)計(jì)工程量少，部分工程僅需要施工1～2個(gè)鉆孔，多者3～5個(gè)鉆孔，單孔深度多在100m以?xún)?nèi)。2氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)ZQJC880/11.5S型煤礦用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)主要由旋轉(zhuǎn)部、推進(jìn)部、機(jī)架、機(jī)頭、立柱、分壓器、鉆具等組成。該型鉆機(jī)以壓氣為動(dòng)力，要求供氣量大于10m3/min，供氣壓力為0.5MPa，壓氣經(jīng)分零器分為3路壓氣，即旋轉(zhuǎn)氣路、進(jìn)給氣路、排渣氣路(采用壓氣排渣，也可采用水排渣)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，相關(guān)性能參數(shù)見(jiàn)表1。圖1氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)圖表1ZQJC880/11.5S型煤礦用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)性能參數(shù)工作氣壓/MPa額定轉(zhuǎn)矩/N·m額定轉(zhuǎn)速/（r/min）最大輸出功率/kW最大負(fù)荷轉(zhuǎn)矩/N·m動(dòng)力失速轉(zhuǎn)矩/N·m啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩/N·m負(fù)荷耗氣量/（m3/min）空載轉(zhuǎn)速/（r/min）噪聲/

dB(A)推進(jìn)力/

kN0.588012511.51040106010501037010820導(dǎo)軌長(zhǎng)度/

mm導(dǎo)軌推進(jìn)行程/

mm空載推進(jìn)速度/（mm/min）最大工作高度/

mm最小工作高度/

mm主機(jī)重/

kg架柱機(jī)重/

kg鉆尾尺寸/

mm沖洗水壓力/MPa鉆孔直徑/

mm鉆孔深度/

mm20201280850019005908010024×2426×2632×320.6-1.245-1501-1503DWF45斷層超前探測(cè)3.1工作面及斷層概況821工作面煤層賦存較穩(wěn)定，81煤厚2.80～3.82m，平均3.31m；82煤厚1.92～4.66m，平均3.29m，局部含一至兩層夾矸，夾矸厚0.35～0.4m，巖性為泥巖或炭質(zhì)泥巖；81與82煤層間距2.42-2.70m，平均2.56m。煤層傾角6-11°，平均傾角9°。煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。直接頂：泥巖，厚度0.78～3.00/1.89m，灰黑色，含植物化石碎片，以泥質(zhì)為主，含粉砂質(zhì)成分，受擠壓，巖芯破碎狀。直接底：泥巖，厚度1.00～2.77/1.89m，深灰色，含植物化石碎片，致密，碎塊狀，受擠壓，巖芯破碎狀。老底：細(xì)砂巖，厚度6.95～11.90/9.43m，灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，以石英、長(zhǎng)石為主，含暗色礦物碎屑，含粉砂條帶，局部有水平層理，分選性好，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，致密。經(jīng)前期三維地震資料分析DWF45斷層距離設(shè)計(jì)切眼約164m。為了查清該斷層的走向擺動(dòng)情況，為巷道的施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，有必要在揭露斷層前對(duì)該斷層的位置再次進(jìn)行超前探測(cè)。3.2鉆孔布設(shè)及技術(shù)參數(shù)根據(jù)三維地震解釋的斷層位置及特點(diǎn)，施工2個(gè)超前探查孔以準(zhǔn)確控制斷層的位置及延展方向，鉆孔參數(shù)見(jiàn)表2。表2EF88斷層鉆孔參數(shù)孔號(hào)方位/（°）角度/（°）孔深/m預(yù)計(jì)揭露斷層面位置/m備注探1#6543230穿過(guò)煤2m停探2#7573735穿過(guò)煤2m停3.3鉆探結(jié)果分析通過(guò)使用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)對(duì)EF88斷層進(jìn)行探測(cè)，上述2個(gè)鉆孔均順利揭露斷層面，其中，探1#孔26m深揭露斷層面巖石，探2#孔31m深揭露斷層面巖石。通過(guò)采用鉆孔的測(cè)斜儀對(duì)2個(gè)鉆孔的偏斜情況進(jìn)行檢驗(yàn)，鉆孔方位和傾角偏斜度均小于1°，斷層走向與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，走向約70°，但斷層面較預(yù)測(cè)位置向切眼方向擺動(dòng)約10m。袁店一井煤礦超前探常用鉆機(jī)主要為ZDY6500LP和ZDY3200S型液壓鉆機(jī)，分別從設(shè)備搬運(yùn)、安裝、施工、回撤等4個(gè)方面與ZQJC880/11.5S氣動(dòng)型架柱式鉆機(jī)進(jìn)行施工工時(shí)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，使用ZQJC880/11.5S氣動(dòng)型架柱式鉆機(jī)對(duì)EF88斷層進(jìn)行探查，較之使用ZDY6500LP和ZDY3200S型液壓鉆機(jī)分別減少了120和68個(gè)工時(shí)，鉆探效率明顯提高。表3三類(lèi)鉆機(jī)工時(shí)對(duì)比項(xiàng)目工時(shí)/個(gè)ZDY6500LP鉆機(jī)ZDY3200S鉆機(jī)ZQJC880/11.5S氣動(dòng)型架柱式鉆機(jī)搬運(yùn)967216安裝32328施工242424回撤1128496合計(jì)2642121444結(jié)語(yǔ)ZQJC880/11.5S氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)對(duì)高瓦斯區(qū)、高應(yīng)力區(qū)、突出危險(xiǎn)區(qū)適應(yīng)能力強(qiáng)，為此，采用該型鉆機(jī)對(duì)袁店一井煤礦EF88斷層進(jìn)行控制，結(jié)果表明:鉆孔偏斜度低，探測(cè)精度較高，相對(duì)于ZDY6500LP和ZDY3200S型液壓鉆機(jī)而言，工時(shí)消耗大大減少。參考文獻(xiàn)：［1］鮑偉，宋立新，王洪立，等．礦用安全氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)的研制及應(yīng)用［J］．煤礦機(jī)械，2014