通过总结矿山现有紧急避险逃生设施的建设特点，结合国内外技术发展分析我国矿山紧急避险逃生设施需要改进方向，提出地面大直径钻孔作为新型逃生通道。以布尔台煤矿为应用试点，分析了大直径钻孔合理的布设位置，对大直径钻孔施工工艺和技术特点进行了应用性研究，对护壁管的稳定性进行了校核，为大直径钻孔的安全施工提供参考依据。
传统的井下避难硐室仅是在发生事故时为人员在井下提供暂时的躲避空间，而且是被动等待救援，不能主动撤离到地面安全地点，在救援工程量大，耗费时间长时存在一定局限性［１－２］，存在如下几点问题：１）永久避难硐室维持生存时间短，通常只有几天时间，当救援工作难度大、时间长时，避险硐室的作用就得不到体现。２）永久避难硐室避险人员只能被动等待救援，不能实现积极自主逃生。３）矿井井筒位置多集中在工业广场，井田面积大，大巷长，安全出口数量少，难以保证及时逃生。借鉴智利矿难、山东平邑石膏矿难救援的成功经验［３］，大直径逃生钻孔可作为矿山紧急逃生的新出口，如图１。因此对大直径逃生钻孔快速施工工艺及及应用技术进行研究［４－５］，解决目前紧急避险系统存在的避险人数受限、被动等待救援等问题，对实现神东矿区矿山安全、高效、可持续发展具有很好的应用价值和现实意义。
１工程环境
１．１矿井工程地质布尔台煤矿属于神东矿区，煤层顶底板岩石主要为砂质泥岩、细粒砂岩，次为粉砂岩、粗粒砂岩及泥岩。根据钻孔岩石物理、力学性试验成果：岩石的孔隙率２．２３％～３０．４６％，岩石的含水率为０．０３％～１９．０５％，吸水率２．１８％～１０．９６％，抗压强度吸水状态０．３ＭＰａ～４１．５ＭＰａ，自然状态１．７ＭＰａ～５２．１ＭＰａ，平均２２．４ＭＰａ，普氏系数０．１７～５．３２，抗拉强度０．２１ＭＰａ～３．７１ＭＰａ，抗剪强度０．３４ＭＰａ～２５．１７ＭＰａ，软化系数０．０７～０．９６。井田岩石质量指标（ＲＱＤ）平均值４９％，岩体质量指标（Ｍ）平均值为０．０３７，岩石质量劣，岩体完整性差，岩体质量较差，稳固性也较差。煤层顶底板岩石的力学强度较低，岩石均以软弱岩石为主，半坚硬岩石次之，遇水软化变形，甚至有崩解破坏现象，因此，煤层顶底板岩石的稳固性总体较差。该大直径钻孔位置表土段厚度２７．７１ｍ；基岩段主要以细砂岩，砂质泥岩、泥岩等互层，致密，坚硬，以石英成分为主。１．２逃生钻孔布置根据布尔台矿井田部署及开拓条件，考虑到２２煤已掘大巷分为两段：一盘区南部大巷和正在掘进的二盘区北部大巷，两段长度分别为４７６３ｍ和４４７３ｍ。一盘区南部大巷完全由工业广场逃生通道和松定霍洛进回风立井服务半径所覆盖。一盘区南部的２２煤中部大巷将延伸至井田西部边界，同时将在二盘区西部盘区边界开拓新的２２煤大巷，因此在靠近二盘区边界的位置增加新的逃生通道，从而能够为其东部、西部、南部的三条２２煤大巷服务。
２大直径钻孔工艺
２．１大直径钻孔设计设计钻孔深３８０．００ｍ，表土层厚２７．７１ｍ。表土段钻孔直径Φ２５５０ｍｍ，下入Φ２１４０ｍｍ×２０ｍｍ螺旋焊管，材质Ｑ２３５Ｂ，考虑到护壁管要坐到稳定的基岩，所以表土段施工至少深入基岩段３ｍ到稳定基岩层，暂定３１ｍ，根据施工钻进情况再作适当调整；基岩段钻孔直径Φ１９８０ｍｍ，从３１ｍ～３８０ｍ，整井工作管采用Φ１５４０ｍｍ×２０ｍｍ钢管，材质Ｑ２３５Ｂ。另外，在井筒内还要下入Φ２０３ｍｍ×１２ｍｍ一套金属管，材质２０＃无缝钢管。施工用重型钻机ＧＺ－２６００，配套大功率ＴＢＷ－１２００／７Ｂ泥浆泵。２．２大直径钻孔施工工艺［６－８］１）孔口管固定：在钻孔指定位置将长２ｍΦ２８００ｍｍ×１２ｍｍ的孔口管垂直固定在地层里并高出地表２００ｍｍ，周围用水泥砂浆填埋，在出浆方向割开泥浆出口，其截面同泥浆沟槽。钻机底盘安装后，将孔口管用盘元均分四个点与底盘固定，以防孔口管在施工中坠入孔内。
３护壁管稳定性分析
３．１分析依据验算钢管环向稳定性时，可近似采用受均匀外压的无限长两端封闭圆柱薄壳失稳临界压力公式式中：Ｐｃｒ为计算深度处钢管的径向失稳压力，ＭＰａ；Ｅ为计算深度处钢管的弹性模量，ＭＰａ；ｔ为薄壳的厚度，ｍ，取ｔ＝ｒ１－ｒ０；ｒ１为薄壳的外半径，ｍ；ｒ０为薄壳的内半径，ｍ。ｒ为薄壳的半径，ｍ，取ｒ＝（ｒ１＋ｒ０）／２，为安全起见，可取ｒ＝ｒ１；νｈ为计算深度处钢管的泊松比；γ０为结构重要性系数，１．０～１．１；γＧ为荷载分项系数，１．３５；γＭ为材料分项系数，１．１；σｓ为环向压力，ＭＰａ。公式（３）是由虎克定律作为基础推导出来，因此只能适用弹性范围，公式（２）是克林顿司特通过大量试验研究后得到的，并考虑了套管壁厚的不均匀性。从上式还可以看出，套管抗挤弹性强度只与钢材弹性系数和几何尺寸有关，而与材料强度无关。３．２Φ１５４０护壁管校验分析护壁管钻孔垂深０～３１ｍ采用Φ２１４０ｍｍ×２０ｍｍ，下部垂深０～３８０ｍ采用Φ１５４０ｍｍ×２０ｍｍ。
４结论
１）总结了矿山现有紧急避险逃生设施的建设特点，分析需要改进问题，提出地面大直径钻孔作为新型逃生通道，完善了矿山安全出口的建设。２）根据布尔台煤矿的矿井特点，分析了大直径钻孔合理的布设位置，对大直径钻孔施工工艺和技术特点进行了研究与应用。３）护壁管的稳定性是大直径钻孔施工的难点，本文校核了护壁管的稳定，为大直径钻孔的安全施工提供参考依据。
