矿山地质垂直抢险救援技术简介：实施地面快速垂直钻进的技术，是近五年兴起的矿山事故救灾新技术。在国外已实现了技术突破并取得了成功的经验。2002年7月24日—28日，美国宾夕法尼亚洲—煤矿发生特大透水事故，井下9人被堵在采掘工作面，距离地面垂直深度300多米。当时当局应用快速钻机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年元月16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287米，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。
近几年在国内也取得了不少的成功事例，具体表现在4个方面：（一）是注浆堵水。2003年4月12日河北省金牛能源股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到通知后，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。注浆堵水过程中共布置钻孔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，在准确透巷的基础上单孔完钻时间比其他钻机提前约30%，为实施快速堵水，赢得了时间。（二）是注浆灭火。2003年11月28日宁夏煤业集团白芨沟煤矿发生火灾事故。在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，中煤大地公司抽调T685WS钻机前往救助。在气温低于零下20°C、无法供电的条件下，采用造斜定向新工艺向火区定向侧斜钻进准确进入火区，直接灭火，使快速救灾方案得以实施。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个月将煤层火灾扑灭，大大缩短了恢复生产时间。（三）是钻井抽排水。2006年左云“5.18”透水事故发生后,在单靠井下排水不能取得明显效果的前提下,5月29日决定实施地面钻井从井下排水。由省煤炭地质局矿山地质应急救援中心组织分布在长治市114勘查院的T685WS型车载钻机(1台)赶往施工现场。从5月30日到6月8日，采用大口径快速钻井技术完成了4口抽水井任务后，通过日夜抽排水，井下涌水水位才明显下降，巷道积水状况明显改观。（四）是透巷救人。2004年4月11日河南郑煤集团超化煤矿发生透水事故。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点30分到达现场。救灾指挥部决定采取绕巷、掘进联络巷、地面快速钻进、井下钻进等多种方案同时进行，在事故发生109小时后12名遇险人员获救生还。
一、山西省矿山地质垂直应急救援中心概况
依据省政府晋政办（2005）57号《关于加强全省安全生产应急救援体系建设的意见》，经省安全生产监督管理局晋安建应急（2006）59号文件批复，我省煤炭地质局筹建了“山西省矿山地质应急救援中心”。该中心成立以来，山西省煤炭地质局对所属的救援装备和人员进行了整合落实，现有（美国）雪姆T系列顶驱式车载钻机4台，德国产的顶驱式车载钻机1台。主要分布在山西长治市114勘查院、太原市229水文勘查研究院、148勘查院和大同市115勘查院。近年来，我省矿山地质应急救援中心利用现有技术装备和人才资源，积极参加了多起矿井透水事故和煤层自燃灭火等矿山事故抢险救援工作，特别是在2006年参加的左云县“5.18”特大透水事故抢险救援工作中，以精确地定位、高效的速度，完成了4个大口径抽排水钻井成井施工任务，为事故抢险救援工作赢得了时间，得到了国家安全生产监督管理总局、山西省人民政府及当地政府的高度好评。使我省在矿山地质垂直应急救援方面迈出了一步。但是在矿山应急救援方面还存在着装备少、救援技术力量薄弱等问题，具体表现为2006年2月1日19时02分，山西省晋城煤业集团寺河煤矿（国有）发生局部瓦斯爆炸，造成23人遇难，53人受伤（其中重伤6人）。2007年12月5日23时15分，山西省临汾市洪洞县左木乡红光村瑞之源煤业有限公司（乡镇地方煤矿）发生瓦斯爆炸事故，造成105人死亡，成为近三年煤矿事故中最为严重的特大安全事故。2006年5月18日，左云县张家场新井煤矿（乡镇煤矿）发生重特大透水事故，56名矿工遇难。通过以上三起煤矿安全事故事案例分析，如何防范和控制重特大煤矿安全事故，最大限度地减少煤矿事故带来的损失，是当前矿山应急救援的核心课题。
二、山西省井下救护现状分析
根据晋煤监安一字（2008）104号文件《关于对全省矿山救护队质量标准化达标检查情况的通报》，我省现有达标的矿山救护队37个,其中特级质量标准化矿山救护队24个,一级质量标准化矿山救护队9个,二级质量标准矿山救护队4个。但是，在矿山事故抢险救援中，我省基本上还是沿用从井口向工作面推进，实施平行救援的办法。使用的救援设备有：氧气呼吸器、氧气呼吸器校验仪、氧气充填泵、自动苏生器、矿山救护通讯设备、冷却服、寻人仪等，主要用于救援人员在实施救援过程中，为保证救援人员和遇险遇难人员人身安全的防护设施。在矿山灾害事故中抢救遇险遇难人员、最大限度地缩小灾害范围和减少人员伤亡、减少资源财产损失等曾方面发挥了极其重要的作用。同时也创出了如2008年6月13日上午11时孝义市下堡镇煤业有限公司煤矿火药库发生爆炸事故43名被困职工中有9名职工获救的典型实例。但是单靠井下平行救援办法，遇险矿工获救的机会很少，往往会因为井下救援施工时间太长、救援效率低下，延误救援最佳时机，存在以下不足。
（一）、矿山井下工作人员被困在灾区而救援人员又无法靠近灾区时，井下救援已显得无能为力。
（二）、发生特大透水事故，靠给井筒安装有限的潜水泵来抽水，不能满足抢险救人的需要。2006年左云“5.18”透水事故抢险就是一个很好的一例，5月18日事故发生后,当时事故抢险救灾指挥部从一开始没有认识到地面垂直钻井进行抽排水的重要性,在靠井下排水不能取得明显效果的前提下,5月29日才决定实施地面钻井从井下排水。决策后，省煤炭地质局立即抽调分布在长治市114勘查院的T685WS型车载钻机及30余人施工人员火速赶往施工现场。从5月30日到6月8日，采用大口径快速钻井技术完成了4口抽水井任务后，通过日夜抽排水，井下涌水水位才明显下降，巷道积水状况明显改观。
（三）井下救援存在费时、费力、危险性高和救人成功率低的问题。矿山事故发生后，矿工一般都被困在采区或采区附近，离安全出口较远，有时长达6—7公里。救援人员要想快速到达采区，一般都要清理巷道、新掘饶巷、施工井下探水钻，在保证救援人员安全的前提下进行施工，施工所需时间长。在抢救被困人员、控制灾情方面成功率很低，等到救援人员到达灾区时被困人员已中毒窒息或淹溺死亡。如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，第二水平14人被困井下，具备生存条件（当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，未能实现反风、供风，致使被困人员全部遇难。
三、山西省矿山地质垂直应急救援的具体实践
2006年5月18日，左云县张家场新井煤矿发生了重特大透水事故，56名矿工遇难。事故发生后，在国家、省、市各级政府的领导下，成立了山西左云“5.18” 透水事故抢险救灾领导组和指挥部。由于井下涌水量大，单靠井巷排水，将会延长时间，拖延矿山抢险救灾尤其是解救井下被困职工生命的最佳时机。5月29日抢险领导组和指挥部决定利用地面钻井方法实施排水。根据抢险指挥部的统一部署，我省煤炭地质局矿山地质应急救援中心立即调动所属114勘查院应急救援大队的（美国）雪姆T685WS型多功能全液压顶驱车载式美国进口先进钻机，安排所属115勘查院应急救援大队承担钻探排水的精确测量定位任务和钻井电视观测和测井任务。5月29日上午114勘查院应急救援大队接到通知后，立即通知正在山西省屯留县境内施工煤层气钻井项目的施工队，要求将T685WS型车载钻机及30余人施工人员火速赶往施工现场。经过500多公里的长途跋涉，114勘查院应急救援大队于5月30日下午到达施工现场，路途所用时间不到10小时。到达现场后，全体救援人员仅用2个小时安装完设备，钻机顺利开工。
根据指挥部的统一部署，施工第1#井时，114勘查院应急救援人员在矿方销毁所有矿井资料，无法准确告知目标层位，加上开孔为松散沙土层，采空区层位多、破碎坍塌多、岩层硬度大的情况下，经过63小时艰苦奋战，完成了第1#排水井预定目标，井深228.6米（后经第二次钻井深度达到248.05米），井径∮311㎜，揭穿积水层，受到了指挥部的高度赞扬，靳善忠副省长看过现场后指示“抽水不停、打钻不止”，并对我钻机施工排水井工作给予了充分肯定。
接着施工2#、3#、4#排水井。2#排水井，井深243米，6月3日晚上开工，历时45个小时，迅速穿过采空区，揭穿积水层，为及时排水节约了宝贵时间。3#排水井，井深260.10米，6月8日早上开工，历时61个小时，克服了上部采空区顶板冒落和每次下钻都有卡钻危险的不利因素影响下，最终完成施工任务。随着3口竖井抽水泵昼夜排水和矿井下排水泵同时紧张的工作，水位很快降下来，井巷剩下的 积水量已经不多，指挥部临时决定进行第4口排水井的施工，目标位置为主斜井延伸巷，巷宽仅3米左右，延伸巷道的位置并不明确，仅靠零星收集的资料和生还矿工的记忆标定。4#井井深259.10米，6月14日上午开钻，历时约94小时（中间因检修机器耗时36个小时），通过几层采空区后，未见延伸巷，至此，钻机排水井的施工基本结束。矿井积水区的水从钻探的4口排水井逐步排出，为整个抢险救援工作赢得时间，提供了强有力地保障，取得了以下三个方面的经验。
一是开展矿山抢险地面垂直应急救援，必须具备美国（雪姆）T系列进口车载钻机。该设备采用车载式钻塔，机动性强，可以随时调拨，行驶速度在我省现有交通条件下可达到100公里左右/小时；安装简便，达到目的地后仅用1~2个小时即可开钻；成孔速度快，完成井径∮311㎜，克服采空区坍塌等诸多不利因素，用263个小时（包括检修机器等不利因素误工81个小时），完成了1010.25米一次性钻井成井任务，扣除中途设备检修等误工时间81个小时，实际有效钻进时间为182个小时，单纯钻井速度平均5.5米/小时；可垂直打井，也可倾斜45°钻进，自带动力，无需配电源，占用工作场地少；采用空气或空气泡沫成井进技术，可以一次性成井，并且井壁牢固质量高。
二是必须具有技术资料优势，2006年以前我省煤勘系统115勘查院在左云县开展了煤矿井下现采煤层巷道实测工作，具备了每个煤矿采掘工程平面图和井上下实测对照图，为矿山事故救援锁定目标创造了技术条件。
三是必须具备钻孔彩色电视摄像仪等高科技手段，通过钻井井筒对井下空巷积水情况进行观测记录，以便及时掌握井下事故动态和被困人员分布情况，为实现井上下互通信息，从钻井中解救人员创造条件。同时使用GPS卫星定位和全站仪等先进技术设备，根据救援需要，随时开展钻井定位工作。
四、矿山地质垂直应急救援的意义
根据国内外地面垂直快速钻进，实施矿山灾害事故应急救援的成功事例，实践证明通过地面透巷钻井不仅能完成向灾区供风、输送食品任务，同时还可以和灾区进行简单的通讯联系,通过下吊桶实施垂直救人。在矿山灾害事故抢险救灾中具有三个方面的意义。
（一）矿山地质垂直应急救援是我省矿山救援力量的重要组成部分，可为矿山灾害事故抢险救灾增加一个救援通道，与井下救护相配合，能在最短时间内能有效控制事故蔓延，打通被困职工救生通道，实施供风、供给养和救人。在救援方案中解决了单靠井下救护存在的手段单一、力量薄弱、技术落后等问题。
（二）在矿山井下作业人员被困在灾区而地面救援人员无法靠近灾区的情况下，矿山地质垂直应急救援具有不可替代的作用。所以我省应把矿山地质垂直应急救援列入矿山灾害事故抢险救灾中，作为矿山灾害事故应急预案的重要组成部分。
（三）在矿山地质垂直应急救援使用的（美国）雪姆T系列快速钻井技术在实施矿山灾害治理、灾害事故救援中，具有其他钻机不可替代的先进性和适应性。具体表现在：一是行动迅速，正常行驶速度可达100公里/小时，到达工作现场后1—2小时准备即可开钻；二是钻进高效，钻进速度是传统钻机的5倍以上；三是成井直径大，最小直径为190—216㎜，一般为311—500㎜，目前最大为1000—1500㎜；四是定位准确，通过钻机配套监控照相测斜系统，使钻进方向沿既定目标钻进，最终准确中靶，地面透巷准确率为100%；五是适应性强，可在-40°C、缺水、缺电条件下进行正常工作。
根据我省煤矿目前井下开采技术条件，山西省煤矿井下开采深度平均在300米左右，个别国有大矿开采深度在500米左右。如果山西某地某煤矿发生“职工被困井下”事故，接到救援通知后，我们就可以发挥美国T200XD移动车载钻机的技术优势，在第一时间，以最快的速度开展矿山事故急救工作，实现由过去的单靠井下救护的平行救援办法，转变为井下救护和地面救援相结合，实施全方位、多手段的救援工作。
五、矿山地质垂直应急救援所需设备可行性分析
通过开展左云“5.18”特大透水事故抽排水孔钻井应急救援和其他煤矿注浆灭火工作，我们充分认识到矿山抢险地面垂直应急救援的重要意义。但是矿山事故地面垂直应急救援是一项新的救援办法，能否顺利实现实地救援，达到在救援过程中实施井上、井下人员相互沟通、相互配合，从钻井井筒中直接解救井下被困职工的目的。根据国内外垂直应急救援的先进经验和左云县“5.18”重特大透水事故的应急抢险救援的成功实践，我省地面垂直应急救援体系建设需要以下三项条件：
（一）是可靠的煤矿井下现采煤层巷道、采空区、构造、井下机电、通风设施和矿工避难硐室实测分布图，井上下对照图和已经采空封闭的煤层采空积气、积水情况探测图以及周边矿井是否曾越界开采探测图，为准确实施地面垂直应急救援创造必要的技术资料支持。
（二）是资金上支持。我省煤炭地质局现有（美国）雪姆T系列顶驱式小口径车载钻机3台和德国产的顶驱式小口径车载钻机1台，只能用于矿井事故的地面垂直抽排水、通风、供给养和注浆灭火等应急救援工作，不能实现地面钻井垂直救人。需要大口径主要钻井配套设备和辅助设备。在应急救援时，实现快速反应，发挥整体救援能力强的优势，解决井下通风、抽排水、送给养等问题，从地面垂直救人。
（三）是通过钻井井筒让被困井下矿工知道钻井井筒已经达到目标位置，实现井上、井下人员互相沟通、相互配合，缩短救援时间，解救被困矿工。在这一方面需要山西省安全生产监督管理局在具体施救技术上给予支持，制定井上、井下人员互相沟通、互相配合的具体、简单、可行的标识，并纳入每个煤矿应急山西省矿山应急救援预案中，作为矿工应急培训知识的内容之一。
（四）通过网络技术和目前矿井给井下工人配备的定位系统相结合，实施网络监测技术，在矿难事故发生后，以便掌握灾区分布和被困人员数量，为灾害事故准确定位提供技术支持。
作者简介：1987年7月毕业于北京煤炭工业学校地质勘探与矿井地质专业,同年分配到山西省煤炭地质物探测绘院，主要从事煤田地质专业技术工作。1992年被评为地质助理工程师，2005年为地质工程师，在矿井地质构造与水害形成机理方面颇有研究，发表了《某矿陷落柱与地质构造的关系的探讨》论文。1995年从事安全管理工作，2006年通过自学考试，取得了安全注册工程师资格，2007年8月在本单位注册。期间在地勘爆破本质安全方面进行了研究，在生产实践中论证了浅孔松动爆破在地勘爆破中的价值，为本单位连续三年实现零误爆事故提供了技术支持。