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甘肅某礦2804工作面地質勘探鉆孔軌跡
新聞作者:應用快訊編輯部  發布時間:2020-03-23  查看次數:  放大 縮小 默認
福州華虹智能科技股份有限公司 技術中心 蘇晉輝
前言
鉆孔施工是井下瓦斯治理、防治水、地質勘探等工作開展的基礎性工作。由于受地質構造、煤層賦存條件、鉆機性能、測量偏差等影響,鉆孔的實際軌跡與設計軌跡存在偏差,為了更好地促進礦井安全生產,需要控制偏差并掌握鉆孔軌跡,對鉆孔施工效果給予客觀評價。
本工程就是對甘肅某礦2804工作面地質鉆孔軌跡進行測量和評價分析,為鉆孔施工質量的評價和改進提供依據。
1 工程概況及測量任務
1.1 項目概況
項目地點為甘肅某礦2804工作面,需對2804工作面回風順槽內地質勘探鉆孔軌跡進行測量。本次使用鉆孔軌跡測量技術,測量10個地質勘探鉆孔軌跡,為2804工作面探測區回采煤柱內的構造及煤巖層賦存給出測量報告,為進一步2804工作面切眼施工提供測量依據。
1.2 測量任務
根據任務要求,本次共計測量10個2804工作面回風順槽內地質勘探鉆孔軌跡并給出各個鉆孔的測量軌跡報告。
2 工作面概況
某礦首采2804工作面回風順槽位于井田南翼Ⅱ盤區,設計長度為4617.4m,巷道方位為165°。北部為東翼三條大巷及Ⅳ盤區東翼工作面;西部為井底水倉、變電所及Ⅱ盤區西翼、Ⅰ盤區工作面;東部為Ⅱ盤東翼、Ⅲ盤區工作面。地表標高+1012m~+1208m,地勢較復雜,對應地面有耕地、村莊,無老窯和其它大型建筑物。
3 2804工作面兩順槽構造賦存及本次鉆孔設計情況
3.1 2804工工作面兩順槽構造賦存
3.1.1 運輸順槽構造賦存情況
截止12月31日,2804工作面運輸順槽已掘至1982.5m(自東輔運大巷右幫起算),順槽施工區煤層傾角1°~8°,煤厚5.8m~20m,煤層走向137°。自開口以來共揭露斷層5條、向斜1條,具體為:
(1)揭露斷裂構造情況
在運輸順槽85.5m處揭露F22正斷層,走向81°,落差18m;在運輸順槽287.8m處揭露F23正斷層,走向121°,落差0.5m,向2805工作面延伸;在運輸順槽1845.5m處揭露DF11逆斷層,走向180°,落差8-10m,該斷層斷裂面自1883m右幫延伸至2804工作面回采煤柱。在1892.5m右幫腰線至頂板揭露F27正斷層,斷層面傾角80°,走向160-170°落差3-6m,在巷道右幫延伸至1951m處時,自巷道右幫延伸至2804工作面煤柱內;在1909m處揭露DF14斷層,走向220°,落差8-10m,DF11與DF14、F27為相貫通的一組斷層,導致運輸順槽自1708.5m在巷道左側頂板以上煤層出現夾矸異常,夾矸賦存極不穩定,夾矸層位變化較大,該構造已伴隨巷道掘進延伸274m,因臨近斷裂面,巷道內煤巖層松軟錯亂,對施工影響較大,目前運輸順槽巷道受構造影響,煤層傾角較大,為+9.5°斷面內已全為淺灰色細砂巖,巷道頂板1.5m以上為8煤層,厚度15m,含多層不規則夾矸。
(2)揭露褶曲構造情況
在1302m處揭露北咀河灘里向斜軸,標高為+206.3m。通過揭露情況判定,該向斜為一軸部寬緩,兩翼傾角3°~8°的相對平緩的褶曲構造。北翼因與羅家堡大背斜相連,傾角最大8°,對煤層沉積影響較大,煤層厚度為5.8m,南翼相對平緩,傾角最大3°,南翼位于井田沉積盆地深處,對煤層沉積影響較小,煤厚基本控制在20m左右。

(3)工作面前方構造發育情況根據三維地震資料顯示2804工作面開切眼附近賦存DF13逆斷層,走向255,落差0-10m,且DF13與DF11、DF14斷層為相貫通成組發育的構造。位置如圖。


3.1.2 回風順槽構造賦存情況
截止12月31日,2804工作面回風順槽已掘至2112.5m(自東輔運大巷右幫起算),順槽施工區煤層傾角1~8°,煤厚9.7~20m,煤層走向137°。自開口以來共揭露斷層2條、向斜1條,具體為:
(1)揭露斷裂構造情況
在回風順槽63.1m處揭露F22正斷層,走向81°,落差18m;在回風順槽739.1m處揭露F24正斷層,走向80°,落差2.92m,向2804工作面回采煤柱內延伸。
(2)揭露褶曲構造情況
在1157.5m處揭露北咀河灘里向斜軸,標高為+194.2m。通過揭露情況判定,該向斜為一軸部寬緩,兩翼傾角3°~8°的相對平緩的褶曲構造。北翼因與羅家堡大背斜相連,傾角最大8°,對煤層沉積影響較大,煤層厚度為9.7m,南翼相對平緩,傾角最大3°,又因南翼位于井田沉積盆地深處,對煤層沉積影響較小,煤厚基本控制在20m左右。相比運輸順槽,向斜對回風順槽煤層影響相對較小。
3.2 2804工作面運輸順槽近期探測情況
自運輸順槽1708.5m左側頂板出現夾矸異常后,除日常10m/每次的頂底煤探測外,共組織3次較大規模的探測,具體為1845.5m,1908.5m,1923.5m處共施工有效孔12孔,鉆進進尺432m,受DF11、DF14、F27斷層走向與巷道走向相近影響,在破碎帶內鉆探效果十分有限,經常出現卡鉆、丟鉆桿、堵鉆桿、或煤巖層錯亂無序,無法分析的情況,對掘進指導意義不大。為此計劃在2804工作面回風順槽掘至2110m時停止掘進,在回風順槽左幫選擇合理位置,向運輸順槽布設鉆孔,進行探測。
3.3 2804工作面回風順槽鉆孔設計
本次鉆探在2804工作面回風順槽1825.5m-2112.5m段先設計5孔,后增加3孔,旨在從回風順槽打向運輸順槽探明回采煤柱內煤層及構造賦存情況,具體設計如下:



5-1#孔測斜成果(部分)

實測軌跡基本平緩,水平方向上偏差不大,垂直方向上鉆孔一直平緩向上偏斜。

1#孔測斜成果(部分)

實測軌跡中水平方向上基本平緩,垂直方向上在150米后開始上揚至終孔。終孔位置在運輸順槽頂板上19m位置。


實測軌跡中水平方向上190米處開始出現偏差異常,鉆孔向左偏斜,240處有跳點,此范圍可能有構造異常。
垂直方向上180米處開始向上偏移,215米左右開始向下偏移加大。
終孔位置在運輸順槽底板下3m位置。

實測軌跡中水平方向上平緩向左偏差,垂直方向上從90米處開始大幅上揚至終孔。
本孔施工至207m處時打不動。

實測軌跡中水平方向上鉆孔持續向右偏移。垂直方向上鉆孔在15米左右開始下偏,至90米處開始向上偏至終孔。




實測軌跡中水平方向上由于開孔時方位角誤差較大,水平方向上鉆孔持續向右偏移。垂直方向上小幅上揚至終孔。

6 鉆孔軌跡偏斜原因分析
6.1 鉆孔開孔方位角與設計偏差過大
本次測量的1#孔、2#孔、加#孔、5-4#孔、6#孔、7#孔,終孔水平偏差均過大,主要原因是開孔時候的方位角與設計方位角偏差過大導致,建議礦方以后進行鉆孔施工時候使用鉆孔定向儀或者嚴格設定打鉆開孔方位。
6.2 開孔傾角設計不合理
根據本次測量軌跡總結,開孔傾角設置在3-5°之間最為合理。
6.3 地質客觀原因
由于鉆孔在煤層內會因為地質條件因素發生偏移,從軟巖層向硬巖層穿時,在進入硬巖層之前會向較軟巖層偏;穿層孔從軟巖層向硬巖層穿,在進入硬巖層之后會向較硬巖層偏;鉆孔穿過的巖層越破碎,裂隙越發育,鉆孔偏斜越嚴重,而且偏斜方向不確定性越大。
建議礦方采用:高轉速、低推力的慢速鉆進方式。
6.4 鉆機原因
安裝鉆機一定要符合操作規程,地基要求平整,鉆機底座要水平、穩固,立柱安裝規范,鉆機整體固定要符合標準。
鉆頭質量不過關,鉆頭不鋒利鉆進不動的時候,由于有鉆進的壓力存在,鉆頭會向任意方向傾斜;鉆桿質量不過關,在鉆進過程中鉆桿會發生彎曲,最終導致鉆頭的傾斜方向發生改變。
6.5 鉆進工藝
施工過程要嚴格按照鉆機的操作說明,壓力適中、水壓正常、鉆進速度適中、需要特殊異常體后要保持低鉆速、低鉆壓。鉆進前要先空轉排渣一定時間。
7 建議
本次對甘肅某礦2804工作面回風順槽內地質勘探鉆孔軌跡進行測量。于2019年12月27日至2020年1月3日進行了井下數據采集工作,現已完成十個鉆孔的測量數據處理,并提交各個鉆孔的測量軌跡報告。
根據實際打鉆情況、測斜資料、地質情況綜合分析,建議將切眼開口位置后退88米,減少共計430米的無效進尺,避免舊切眼位置全巖石貫通后產生重大隱患,對回采產生重大影響。
另外為盡可能客觀、科學的分析預判2804工作面探測區回采煤柱內的構造及煤巖層賦存,礦方技術人員應利用實際揭露及本次探測結果得出了一些基于已知資料的預判,但是受遠距離探測結果存在多解影響,還需礦方技術人員隨著巷道掘進,進一步排除多解,還原構造及煤巖層真實賦存。
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