快速钻孔技术在煤矿应急救援中的实践

1、快速钻孔技术在煤矿应急救援中的实践摘要煤矿井下常发生透水、火灾、冒顶等事故，工作人员被困在灾区 而救援人员又无法靠近灾区时，设法尽快下井，建立直达灾区的通道 进行施救以及消除灾情、恢复生产，是煤矿应急救援的主要任务。笔 者提出地面快速钻孔技术在此领域的实践应用，为实现快速透巷、快 速施救增加了一条有效途径。此项技术如能继续改善和配套使用，必 特有效降低生产事故造成的损失并促进我国煤矿应急救援水平的进一 步提高。关键词煤矿;救灾技术 ;地面透巷1 引言衡量一个国家职业安全健康水平高低， 一方面要看事故发生频率， 另一方面要看每次事故造成的伤亡及经济损失大小，或者说是应急救 援成效。纵观世界各国改

2、善安全状况的客观实践，凡是安全生产水平 较高的国家与地区，不但事故少，而且均拥有较强的抢险救灾能力。 因此，从政府管理与社会发展角度出发，应该做到两手抓，在尽量降 低事故发生次数的同时，必须重视事故发生后的抢险救灾，以减少事 故造成的损失。目前我国煤矿在产量大幅度增加的形势下，煤矿死亡人数下降， 据调度统计，2004年14月，国有重点矿的百万吨死亡率已降至 0.42, 创历史最好水平。但与世界先进采煤国家比较，我国煤矿安全生产形 势依然严峻,主要表现为,伤亡事故总量居高不下,重大、特大事故 尚未得到有效控制，例如， 2003 年，生产事故共计造成死亡 6434 人， 其中 3 人以上重大、特大

3、灾害事故 337起，死亡 2318人。要降低伤亡 总量，控制特大事故，必须加强煤矿安全的源头管理、过程控制、应 急救援和事故查处等 4 个重要环节。加强应急救援工作， 不仅要有完善、 精干、布局合理的救援队伍， 还要有先进的应急救援技术，以保障快速有效地抢救被困人员、恢复 灾区生产，最大限度地减少人员和财产损失。事实上，有些事故发生 后，企业也采取了一些救援措施，但都由于技术落后，装备缺乏，延 误了最佳抢救时机，致使原本可能通过救助而生还的人员，最终也未 能幸免。2001年 11月17日，山西大同市南郊区大泉湾煤矿第一水平发生 局部瓦斯爆炸事故， 第二水平 14 人被困井下，具备生存条件 （当

4、时曾向 地面电话求救 ），但因巷道坍塌、火势严重，救援人员不能进入灾区， 未能及时实现反风、供风，致使被困人员全部遇难。2003年 4月 16日，湖南娄底涟源市七一煤矿发生突水事故，水、 泥石封堵了安全出口， 17 名矿工被困井下。事故发生后矿方立即组织 抢救，井下清理巷道淤泥、新掘绕巷、井下探水钻机透孔等 3 个方案 同时实施。但由于清淤、掘巷速度慢，钻进设备落后，直到事故后第 6 天，通过实施掘绕巷方案才掘透通往灾区巷道，但发现被困人员已窒 息死亡。2003年，煤矿企业发生 3人以上的顶板、 透水换行事故共计 107 起，死亡 614 人。实际上，不少冒顶事故、透水事故的发生，当时并 未直

5、接伤及人身，往往是因淤积或垮顶而堵住了逃生通道。此时，能 否迅速打通隔离层，将关系到遇险人员的生死存亡。就以往避灾通道 堵塞、灾区人员与外界隔绝的事故救援，大多采用直接透巷或新掘绕 巷方法，实施起来时间较长，意外因素多，方法单一，成功率不高。 笔者认为，发展快速钻孔技术是非常必要的。据了解，在此方面国外 已实现了技术突破并取得了成功的经验，例如：2002 年 7 月 24 日 -28 日 ， 美 国 宾 夕 法 尼 亚 州 -煤 矿 (BlackWoLfCoalCempcmgQueereekNo.lMi n发生特大突水事故，井下 9 人被堵在采掘工作面，距离地面 300 多米，当局应用快速钻机

6、从地面 进行钻孔救人， 48 小时完成钻孔施工，用小钻孔给灾区人员供氧，实 现通讯联系，用大钻孔下放吊桶将 9人全部救出地面。2003年 1 月1 6日澳大利亚西部霍尔斯克里克一煤矿发生一起冒顶 事故，并伴有含水地层的涌水事故，有 2 名矿工被困井下，他们使用 快速钻机在26小时内钻进287m，准确透巷并与2名被困人员取得联 系，最后实施扩孔，下放吊桶，使 2 名人员成功获救。2 快速钻孔技术的特点和适用条件中煤大地技术开发公司于2002年从美国引进了 Schramm公司生产 的T685WS型车载顶驱钻机，主要用于煤层气勘探，以开拓和扩大地质 勘探市场。经研究发现，这种准确、快速的钻探新手段，

7、可以用在我 国煤矿事故抢险救援中，其优越性与先进性正逐步体现出来。2.1 快速钻机主要技术特点(1) 行动迅速 快速钻机是一台集空气钻进、机械传动、提升钻塔、液压动力为 一体的车载钻机，正常行驶 100 公里/小时，到达工作现场后一小时准 备即可开钻。(2) 钻进高效 该钻机利用顶驱动力装置及空气潜孔锤冲击钻进与牙轮回转钻进 功能，明显提高了钻进速度。其中在第四系冲积层中钻进可达10m/h(传 统方式钻进约2m/h);在基岩地层中钻进平均20m/h，最高可达 30m/h(传统方式钻进1-2m/h)。(3) 钻孔直径大钻孔直径一般为190-216mm,最大经扩孔可达311-500mm。可以 作为

8、通风、输送食品、通讯联络乃至升降人员的救援通道。(4) 定位准确 快速钻机通过无磁钻铤、单点照相测斜仪和导向螺杆组成的方位监控系统，使钻进方向沿着预定目标前进，最终准确中靶，可按要求 进行垂直、侧斜及水平钻进。地面透巷准确率100%。(5) 适应性强 快速钻机具有自身动力装置，可用泥浆做循环介质也可用空气做循环介质。可在40C、缺水、缺电条件下进行正常工作。2.2 应用范围据目前掌握情况， 笔者认为，在以下种类的煤矿重大事故发生时， 可考虑运用快速钻机施行救援行动：(1) 因顶板冒落而堵塞巷道，造成人员被困井巷中的事故。(2) 因透水带出的泥石淤积堵塞巷道， 造成人员被困井巷中的事故(3) 透

9、水淹井后，注浆封堵水源，实现快速恢复生产。(4) 井下发生区域性火灾，人员被困井下事故。(5) 煤层自燃发火失控、井巷封闭后，从地面布置钻孔进行直接灭 火。2.3 适宜条件 据国内外取得的成功经验，笔者认为，如能同时具备以下条件， 将可取得更好效果：一是开采深度不超过 400m;二是矿区技术资料可靠、定位准确、可以准确推断出遇险人员位 置;三是地面可形成 20mx30m 的一块平整场地。 当然，随着救援活动增多，实践经验不断积累，技术工艺不断完 善，其应用范围定会逐步扩大，救援效果也将更加显著和有效。3 快速钻孔技术在抢险救灾中的实践3.1 注浆堵水2003年 4月 12 日，河北省金牛能源股

10、份有限公司东庞煤矿发生特 大突水淹井事故。中煤大地技术开发公司接通知后，从山西左权施工 现场紧急调动T685WS车载钻机，赶赴事故现场参加救援行动。注浆堵 水工程中，共布置钻孔 8 个，由 4 个单位共同完成，其中中煤大地公 司T685WS钻机完成4个钻孔，在准确透巷基础上，单孔完钻时间比其 他钻机提前约 30%，实施快速堵水，赢得了抢险救灾时间。探查陷落柱产状，按传统钻探法，需要布置最少两个钻孔才能查 到一个不确定的边缘，欲查清其边界至少要布置 10 个钻孔，而大地公 司T685WS钻机采用造斜侧钻技术，地面2个孔口形成5个分支，使侧 斜钻孔从不同方位、不同角度定向斜钻延伸至陷落柱内，将物探

11、资料 圈出的100mx70。陷落柱范围缩小到30mx20m,为治理陷落柱水害提 供了科学依据。3.2 注浆灭火2003 年 11 月 28 日，宁夏煤业集团白芨沟煤矿发生火灾事故，灭 火和打密闭中多次发生瓦斯爆炸，被迫实施封井，为扑灭火灾，中煤 大地公司携T685WS钻机又一次前往救助。在低于零下 20t、无法供电 的陡峭山顶，T685WS钻机采用空气潜孔锤冲击钻进工艺，依靠钻机本 身配置的动力系统和液压系统正常开钻，采用造斜定向新工艺向火区 定向侧斜钻进，并准确进入火区，使直接灭火、快速救灾方案得以实 施。灭火钻孔只有穿越采空区才能到达发火煤层，常规钻井技术很难 完成。 T685WS 钻机采

12、用空气潜孔锤冲击钻进工艺、无外接箍小钻头 （?190一）钻进，却顺利实现了钻孔横穿采空区、直达目的煤层。通过采用快速、 定向钻进技术， 42天共施工灭火钻孔 11 个，使得 矿方不足 2 个月即将煤层明火扑灭，大大缩短了恢复生产时间。3.3 透巷教人2004年4月 11日，河南郑煤集团超化煤矿发生透水事故， 12人 被困井下。4月12日晚8时，中煤大地公司接救援通知，速调T685WS 钻机出动，次日 10：30 分到达现场。救灾指挥部决定采取掘绕巷、掘 联络巷、地面快速钻进、井下钻进等多种方案同时进行抢救，经共同 努力终于在事故发生 l09 小时后，通过掘绕巷使得 12 名遇险人员获救 生还。

13、但需加以说明的是： 事故发生后第 95 小时，地 换行面快速钻机已钻进 142m， （仅 差 20m 就可到达透巷位置 ）时，按救灾指挥部要求停止钻进 ; 救出遇险人员后，地面钻进继续， 3小时20分后成功遣巷 ; 透巷后演练了向灾区投放物品，钻孔窥视仪全程侦察等项目。 实践证明，通过地面透巷钻孔能够完成向灾区供风、输送食品任务，也可以和灾区进行简单的通讯联系， 是一种切实可行的救援手段。4 结束语 目前快速钻机在救灾中发挥作用尚处在起步阶段，还未达到熟练 掌握新型设备各种技术性能的程度。为充分发挥此项技术快速、高效 的优越性能，笔者认为，须就以下问题进行深入研究、尽快解决并加 以完善。4.1

14、 改善钻探工艺提高操作技能在郑煤集团超化矿的救援施工中，钻孔纯钻进时间 24 小时 52 分 钟，辅助时间(下套管、固井、上下钻具、安装设备等 )8小时 15分钟， 事故处理 (粘钻和二次封固表土层套管 )16 小时 50分钟，从钻进效率上 讲并不十分理想。如何减少提钻次数，如何根据实际创造条件更多地 采用空气潜孔锤跟管钻进、空气潜孔锤冲击钻进、空气泡沫潜孔锤钻 进，如何减少故障率及处理故障时间等等，都需要认真研究解决。4.2 配套救援装备完善救援体系追求救援实效(1) 针对不同矿山灾害的特点，应尽快开发出与快速钻孔技术联合 使用的配套设备，并达到一定程度的实用性、稳定性和安全性，以向 灾区输送物品与提升人员。(2) 要改善和优化钻孔窥视仪的现有技术性能，使其在透孔后能观 察井下情况。(3) 为提高钻效，尽快透巷并向灾区供风，可配备一定数量的小孔径(?70m m)钻具。(4) 加快开发研究井下快速钻探设备，切实提高钻进效率和钻进准 确性，以胜任相应的应急救援任务。4.3 加强队伍建设努力