气动架柱式钻机在地质构造探测中的应用

气动架柱式钻机在地质构造探测中的应用

摘要：通过使用气动架柱式钻机对袁店一井煤矿EF88断层进行探测分析，结果表明:钻孔偏斜度较低，探测精度较高，能够为821机巷的安全施工提供可靠的地质依据;此外，大大提高了工效，有助于解决地质防治水零星工程施工设备搬运难题，该型钻机具有一定的推广应用价值。关键词：气动架柱式钻机、断层、地质构造探测在煤矿地质防治水工程施工中，钻探设备的选择对于钻探工程的质量、施工安全和效率至关重要。随着井下生产条件的日趋复杂，底板鼓起、顶板下沉、局部瓦斯积聚等不利因素对电器的安全要求越来较高，采用电力为动力的液压坑道钻机无法满足特殊条件下的钻探工作［1-3］。目前淮北矿业集团所属矿井近乎全部采用ZDY系列钻机，该系列钻机虽有诸多优点，但组件多且笨重、搬运困难、投入工时较多、费时费力，搬运及运输过程中潜在安全隐患较多。因此，有必要引进一种轻便型且安全的钻探设备，达到既满足现场施工需要，又提高工效的目的。1应用背景袁店一井煤矿位于安徽省濉溪县袁店集附近，为淮北矿业集团主力矿井，2011年投产。2020年矿井核定生产能力为180万t/a，主采32、72、81、82、10煤层，采用立井多水平石门开拓，属突出矿井。矿井地质类型为极复杂型，矿井水文地质条件属中等。该矿井下日常探断层、探煤等地质防治水超前探施工较多，相较于工作面底板改造工程，该类零星的地质防治水单项工程特点有:①施工地点多发生在掘进工作面迎头位置，现场施工条件较差;②施工工期紧迫;③设计工程量少，部分工程仅需要施工1～2个钻孔，多者3～5个钻孔，单孔深度多在100m以内。2气动架柱式钻机ZQJC880/11.5S型煤矿用气动架柱式钻机主要由旋转部、推进部、机架、机头、立柱、分压器、钻具等组成。该型钻机以压气为动力，要求供气量大于10m3/min，供气压力为0.5MPa，压气经分零器分为3路压气，即旋转气路、进给气路、排渣气路(采用压气排渣，也可采用水排渣)，结构见图1，相关性能参数见表1。图1气动架柱式钻机图表1ZQJC880/11.5S型煤矿用气动架柱式钻机性能参数工作气压/MPa额定转矩/N·m额定转速/（r/min）最大输出功率/kW最大负荷转矩/N·m动力失速转矩/N·m启动转矩/N·m负荷耗气量/（m3/min）空载转速/（r/min）噪声/

dB(A)推进力/

kN0.588012511.51040106010501037010820导轨长度/

mm导轨推进行程/

mm空载推进速度/（mm/min）最大工作高度/

mm最小工作高度/

mm主机重/

kg架柱机重/

kg钻尾尺寸/

mm冲洗水压力/MPa钻孔直径/

mm钻孔深度/

mm20201280850019005908010024×2426×2632×320.6-1.245-1501-1503DWF45断层超前探测3.1工作面及断层概况821工作面煤层赋存较稳定，81煤厚2.80～3.82m，平均3.31m；82煤厚1.92～4.66m，平均3.29m，局部含一至两层夹矸，夹矸厚0.35～0.4m，岩性为泥岩或炭质泥岩；81与82煤层间距2.42-2.70m，平均2.56m。煤层倾角6-11°，平均倾角9°。煤层结构较简单。直接顶：泥岩，厚度0.78～3.00/1.89m，灰黑色，含植物化石碎片，以泥质为主，含粉砂质成分，受挤压，岩芯破碎状。直接底：泥岩，厚度1.00～2.77/1.89m，深灰色，含植物化石碎片，致密，碎块状，受挤压，岩芯破碎状。老底：细砂岩，厚度6.95～11.90/9.43m，灰色，细粒结构，以石英、长石为主，含暗色矿物碎屑，含粉砂条带，局部有水平层理，分选性好，钙泥质胶结，致密。经前期三维地震资料分析DWF45断层距离设计切眼约164m。为了查清该断层的走向摆动情况，为巷道的施工提供可靠的地质依据，有必要在揭露断层前对该断层的位置再次进行超前探测。3.2钻孔布设及技术参数根据三维地震解释的断层位置及特点，施工2个超前探查孔以准确控制断层的位置及延展方向，钻孔参数见表2。表2EF88断层钻孔参数孔号方位/（°）角度/（°）孔深/m预计揭露断层面位置/m备注探1#6543230穿过煤2m停探2#7573735穿过煤2m停3.3钻探结果分析通过使用气动架柱式钻机对EF88断层进行探测，上述2个钻孔均顺利揭露断层面，其中，探1#孔26m深揭露断层面岩石，探2#孔31m深揭露断层面岩石。通过采用钻孔的测斜仪对2个钻孔的偏斜情况进行检验，钻孔方位和倾角偏斜度均小于1°，断层走向与预测结果基本一致，走向约70°，但断层面较预测位置向切眼方向摆动约10m。袁店一井煤矿超前探常用钻机主要为ZDY6500LP和ZDY3200S型液压钻机，分别从设备搬运、安装、施工、回撤等4个方面与ZQJC880/11.5S气动型架柱式钻机进行施工工时对比，结果见表3。由表3可知，使用ZQJC880/11.5S气动型架柱式钻机对EF88断层进行探查，较之使用ZDY6500LP和ZDY3200S型液压钻机分别减少了120和68个工时，钻探效率明显提高。表3三类钻机工时对比项目工时/个ZDY6500LP钻机ZDY3200S钻机ZQJC880/11.5S气动型架柱式钻机搬运967216安装32328施工242424回撤1128496合计2642121444结语ZQJC880/11.5S气动架柱式钻机对高瓦斯区、高应力区、突出危险区适应能力强，为此，采用该型钻机对袁店一井煤矿EF88断层进行控制，结果表明:钻孔偏斜度低，探测精度较高，相对于ZDY6500LP和ZDY3200S型液压钻机而言，工时消耗大大减少。参考文献：［1］鲍伟，宋立新，王洪立，等．矿用安全气动架柱式钻机的研制及应用［J］．煤矿机械，2014