富力煤矿地表灌浆立孔的终孔定位

张鹏　王令臣

中图分类号：TD743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）04-0032-02

一、富力煤矿概况

富力煤矿隶属于龙煤集团鹤岗矿业有限责任公司，位于鹤岗矿区中部，井田南北走向长2km，东西平均倾向宽3.13km，面积为6.26km2。该矿始建于1958年，由多个分散的斜井群，后经过两次技术改造，成为目前具有集中生产规模的现代化矿井。目前矿井开拓方式为斜立井多水平，集中石门分组运输大巷开拓布置方式。矿井采煤方法为走向长壁全部陷落法，采煤工艺采用综放、综采和滑移支架放顶煤工艺。矿井现有可采煤层6个，平均煤层厚度4.8米，其中厚煤层3个，中厚煤层3个。煤层呈单斜构造，向东南倾斜，倾角25°～42°。3个厚煤层均为自燃发火倾向煤层，发火期3～6个月。矿井现在延深到-690米标高，现开采水平为二水平四分段和五分段同时生产。

截止2014年底矿井地质储量为5507万吨，可采储量为3246万吨。核定生产能力为180万吨/年，2014年实际产154.4万吨，剩余服务年限11年。

二、灌浆系统的改造简介

富力煤矿灌浆系统的改造工程分四部分：一是由大地公司在地表施工Φ219mm的灌浆立孔570米，孔内下Φ146mm的套管，套管内壁厚18mm，内径Φ108mm，立孔与-310竖井石门贯通，然后在贯通点加设三通，安设闸阀。二是-310竖井石门分别铺设Φ100mm耐磨管路2000m至新南风井与原来主管线碰头对接，主干线下延伸至-610水平。三是在地面灌浆场的建设，先是平整场地，将原矸石井井口附近土堆移除，作为灌浆站储灰场地，场地长度50m，宽度40m米，周围用2m高的围墙隔离，并安设防尘网。并拆除运输区门口的危房，同时将运输区办公楼出口道路改为南侧行走。在立孔周围20～25m范围内向下挖3m，然后围建灌浆池。四是将灌浆站厂房建设在灌浆池上，采用钢混结构保温厂房式厂房，房高6m，面积约为400m2，地下基础部分采用钢筋混凝土结构，墙体采用砖混砌筑，外加保温板。屋顶采用钢结构。

三、问题的提出

富力煤矿有3个特厚煤层，均属于易发火煤层，随着开采深度的增加，煤层自燃发火倾向也明显增加，最短发火期不到3个月，同时灌浆路线的加长使管路阻力增加，这些因素对矿井防火灌浆工作非常不利，加上灌浆系统的入井部分，经过多年使用已经接近报废，为了不影响矿井防灭火工作的接续，该矿在2014年提报申请计划，预计施工两个灌浆立孔，一个使用，一个备用，一旦出现堵孔，立即启用备用灌浆立孔。2015年5月份接受委托的大地公司为其施工地表灌浆钻孔，以解决该矿防火灌浆接续问题。为提升冬季灌浆效率，2015年8月份该矿通风区自行设计建设了地面灌浆站，以实现新系统的更替。但是出现了问题，在地表立孔达到设计深度时，并未按原设计贯通目标巷道（-310竖井石门灌浆孔洞室），却误透-170竖井石门，怎么找到并连接-310竖井石门灌浆孔洞室和灌浆钻孔，变成了个难题，怎样解决呢？以下是该矿的解决方法。

四、以往解决办法

以往为了确保找到立孔，在钻孔临近贯通巷道时，在被贯通巷道内根据钻具旋转的声音，判别终孔所处方位，然后向该方位掘送巷道，来揭露该钻孔，这种方法并不准确，经常是掘送多条小川才能贯通立孔，既费时又费工，成本高。本次立孔工程穿透-170竖井石门，但未贯通-310竖井石门，偏离目标较远，当时该钻孔进行了测斜工作，在掘送连接巷道前，分析该孔测斜资料时发现，依据测斜成果所透-170竖井石门的坐标与设计坐标和现场实际坐标不一至，偏差较大，以至于没法使用该测斜结果。

这时候该钻孔已经下完套管，钻具无法下到孔内，不能利用原来听钻具声音的方法确定钻孔位置，通过敲击铁管的声音也判断不出钻孔在岩体里具体方位。使用KDZ1114-6A30型地质探测仪和YCS512（A）型瞬变电磁仪分别进行了两次物探，探测效果也不理想。使用金属探测仪，超过10m距离也探不着，没有更好的办法，只能回到现场采用测量的方法。

五、多种测量手段的应用

为了精确定位该钻孔的终孔位置，该矿采用了五种测量方法，综合平差，最后确定方位和偏移平距。

1、测斜法

利用测斜成果生成都三维曲线，将其通过地表开孔点坐标（109716.53，115412.87，254.38），终孔位置的新坐标就是我们需要的目标位置，但是该成果在-170标高的平面位置与误透点相矛盾。所以该终孔位置不可用。分析偏差的原因，测斜探头直径Φ60mm远小于钻孔直径Φ146mm，探头在孔中逛量太大，以及磁方位受环境干扰，所记录的方位不准确（表1、图1）。

2、经纬仪推断法

就是用经纬仪准确测量地表开孔坐标和-170竖井石门贯通灌浆套管坐标，然后用该两个测点所确定的方位及钻孔垂高来推断钻孔終点坐标。见平面图红色轨迹。下图为钻孔轨迹平面对比图（1：1000）。该方法不准确的原因是未反映钻孔真实弯曲形态（图2）。

3、中心投影法

以-170误透点为起算点，使用地质编录成像仪在-170竖井石门钻孔贯通点对套管的几何中心，从巷道走向和法向上进行摄影，成像后，利用CAD分析其天顶角，在利用公式求出钻孔和-170竖井石门巷道的夹角，同时也是与-310竖井石门的夹角。见平面图粉红色轨迹。

；；

α—钻孔与巷道走向所夹天顶角；

β--钻孔与巷道法向向所天顶角；

γ—巷道中心与钻孔夹角；

θ—钻孔真倾角。

α=0.81，β=4.43将具体数值带

入公式，得出γ=10.34，θ=85.497

4、直接量取法

也是以-170误透点为起算点，用垂线法量出套管垂线1300mm垂高时，套管在巷道走向偏移112mm，巷道法向上偏移30mm，换算成角度，代入上述公式进行计算，α=0.81，β=4.43将具体数值带入公式，得出γ=15，θ=84.90，只是人为读数偏差较大。

见平面图粉红色轨迹，由方法3和方法4推断出靶区范围。在此基础上设计联络巷道的方位和距离。

5、综合拟合法

以测斜成果生成的钻孔平面投影为基础形态，以地表开孔坐标为原点，旋转该曲线并通过-170竖井石门钻孔误透点坐标（109738.69，115410.85，-169.91），这样曲线旋转后的终点坐标即是所求钻孔终点坐标，该位置恰恰落在方法3、4圈定的靶区内，结果现场向靶区施工2m硐室见灌浆钻孔。通过现场的施工实见，证实方法5推断正确。

六、工程成果及结论

通过施工灌浆立孔联络巷工程，我们感到：①在工程中使用测量方法时，不能局限于一种或两种方法，而是多种方法并用，互相校验，互相弥补不足，才能发挥作用。②测斜采集数据测点应加密，小于25米，最好15米一测，这样可以排除误差较大的数据，使整体成果更接近实际。本次地表灌浆立孔的终孔定位测算的成功得益于该孔贯通了-170竖井石门，使定位准确率大大提高，如果该孔没有贯通-170竖井石门，那么终孔的定位就很难，但是通过本次推算和现场实际贯通的经验，我们发现：测斜的倾角是准确的，方位可能不准确，所以③在设计钻孔联络巷时，可以沿着水平偏移弧线（以开孔点为圆心，累计水平偏移量为半径画弧）布置巷道，这样可最大程度接近钻孔。

该灌浆钻孔偏离设计位置35m，节省联络分支巷道长度45m，节约巷探成本54万元。通过补救措施使-170至-310部分的钻孔能够发挥设计作用，避免重新施工灌浆立孔140m，节约300×140÷560=75万元，累计创造经济效益120万元，为矿井防灭火工程的有效开展做出贡献。

作者简介

张鹏，出生于1973年3月，现任龙煤集团鹤岗矿业公司富力煤矿地测副科长，2009年7月毕业于黑龙江科技学院，本科，采矿工程专业。