地質構造復雜地段巷道優(yōu)化設計

高雅俊 孫穎杰 左壯志

摘 要：井下巷道設計與地質構造密切相關，地質構造的復雜程度直接影響了巷道的設計、掘進、支護等等，最大限度的優(yōu)化設計能夠對巷道快速安全掘進提供很好的幫助。本文通過對于屯蘭礦煤層、地質、水文、防治水措施、鉆探概況進行分析，從斷頂孔位置的確定、爆破材料確定等方面進行現(xiàn)場方案的制定，使其能夠符合于施工的實際情況，為其進一步發(fā)展與更新打下堅實的基礎。

關鍵詞：地質構造；復雜地段；優(yōu)化設計

1 引言

在井下巷道掘進過程中，地質構造是重要的影響因素之一。斷層構造發(fā)育密集或斷層落差大的掘進地段必須考慮巷道掘進的安全因素，特別是在斷層錯斷具有突出危險性的煤層情況下，尤為重要。在綜合分析屯蘭礦水文地質復雜情況下，通過鉆探施工技術，及時改變巷道設計方案，優(yōu)化巷道設計。

2 地質構造復雜地段地質概況分析

2.1 煤層概況

屯蘭礦工作面2、3號煤層厚度穩(wěn)定，合并開采，2號煤厚2.60-3.20m，平均約2.96m；2號煤與3號煤之間夾一層砂質泥巖，厚0.50-0.87m，平均約0.69m；3號煤厚0.40-1.00m，平均約0.60m；煤巖總厚均約4.25米，煤層有益厚度均約3.56m，工作面煤厚分布規(guī)律為自Ⅰ切眼向外由薄逐漸變厚：最薄處為Ⅰ切眼機頭附近約3.15米，最厚處為皮帶順槽12號點附近約4.05米，另外，皮帶順槽煤厚總體大于軌道順槽，煤質為焦煤，工作面煤層整體為樞紐向南西傾斜的緩向斜，煤層最大傾角10°，最小傾角3°，平均6°。

2.2 地質概況

該工作面地質構造復雜，斷層及褶曲發(fā)育，工作面兩順槽掘進過程中共揭露10條正斷層。其中最小落差0.7米，最大落差14米。F2、F4和F6正斷層落差2.3-6.6米且于皮順及軌順都揭露，對回采影響較大，其中受F2的影響，導致工作面重新布置，重開切眼；F1、F3、F5、F7、F8和F9正斷層落差均在2.2米以下，且在工作面內(nèi)延伸不長，對回采有一定影響，F(xiàn)10正斷層落差較大，但位于設計停采線以外，對回采無影響。根據(jù)地表及相鄰工作面揭露情況分析，該工作面中部為東大嶺向斜軸部，屬應力集中區(qū)，受其影響，可能樞紐附近存在伴生斷層及節(jié)理的影響，并且出現(xiàn)煤質松軟、裂隙發(fā)育、瓦斯異常涌出等現(xiàn)象。

2.3 水文概況

1.該工作面水文地質條件復雜，全區(qū)帶壓，奧灰水靜水位標高為860米，工作面底板標高674-739米，工作面水壓1.21-1.86Mpa，突水系數(shù)為0.01756-0.02163Mpa/m，位于相對安全區(qū)內(nèi)。

2.該工作面右側為12503采空區(qū)，軌道順槽整體標高低于12503工作面軌道順槽標高，現(xiàn)已在12505軌道順槽施工4個放水孔，K3不出水，K1、K3和K4有少量的出水，主要為采空區(qū)局部低洼處積水，對回采影響較小。

3.回采中主要出水水源為2#煤層上部砂巖裂隙水，回采期間老頂跨落后上覆巖層形成冒落裂隙帶，上部砂巖裂隙水可能通過裂隙涌入采空區(qū)及工作面，局部地段可能會有淋滴水現(xiàn)象。

4.Ⅰ切眼向外167米距左幫58米附近有444煤田勘探孔，該鉆孔終孔位于10號煤底板下19米，由于年代久遠，封孔資料不詳，回采至該鉆孔附近時需提前采取防范措施，確保順利通過該鉆孔。

2.4 防治水措施

1.回采前在Ⅱ切眼附近需施工水倉并完善排水系統(tǒng)，以保證排水能力不小于最大涌水量2倍以上。

2.初采初放期間需加強水情監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)頂板淋水增大或落山內(nèi)沿支架底座出水需及時制定排水措施。

3.工作面回采過程中注意觀測底板出水的水色水溫變化，遇有異常及時匯報礦調(diào)度。

2.5 鉆探概況

物探院使用無線電波坑透儀、瞬變電磁儀對12505工作面進行了物探?？油纲Y料顯示Ⅰ切眼向外301-351米范圍內(nèi)靠近皮帶順槽附近為E1坑透異常區(qū)，Ⅱ切眼向外2-252米范圍內(nèi)為E2坑透異常區(qū)，E2坑透異常區(qū)內(nèi)主要存在斷層和褶曲等構造；瞬變電磁儀探測存在順層及底板向下45°共2個低阻異常區(qū)。根據(jù)坑透及瞬變電物探成果，對12505工作面進行鉆探驗證，經(jīng)對2個坑透異常區(qū)及2個瞬變電磁異常區(qū)鉆探驗證，并結合瓦斯抽采鉆孔資料分析：E1坑透異常區(qū)局部存在節(jié)理，E2坑透異常區(qū)為東大嶺向斜樞紐及斷層集中區(qū)，并基本控制了樞紐及F3、F4和F7正斷層的走向，在對異常區(qū)鉆探施工過程中探測鉆孔均未見出水現(xiàn)象，但施工E2坑透異常區(qū)的鉆孔存在煤質疏松和瓦斯頂鉆現(xiàn)象。

3 地質構造復雜地段巷道優(yōu)化方案

3.1 斷頂孔位置的確定

根據(jù)數(shù)值模擬應力變化情況，超前支承壓力在末采期間和停采一段時間內(nèi)存在一個動態(tài)變化過程，應力會向前方煤體轉移。在設計停采線位置時應充分考慮到這一點。為了保證停采后南五采區(qū)大巷少受動態(tài)變化應力的影響，在工作面設備回撤之前需要打孔、斷頂卸壓。

炮孔布置：工作面長按205m計算，由于超前支承壓力較大，需要在工作面的前上方、側上方爆破出弱面后，阻斷超前支承壓力傳遞路徑。即分為A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)三個區(qū)域進行卸壓。

A區(qū)：炮孔間距定為3m，每2個支架打一個卸壓孔，中部高抽巷附近10m不打孔，兩端頭各留5m不打孔，則共需布置60個炮孔，編號分別為A1～A60。每個炮孔斜長35m，仰角45度。

B區(qū)：炮孔間距定為2m，從停采線位置向前布置，往煤柱側偏斜75度，緊貼煤柱幫開孔口，按走向70m范圍，則共需布置35個炮孔，編號分別為B1～B35。每個炮孔斜長35m，仰角45度。

C區(qū)：炮孔間距定為2m，從停采線位置向前布置，往煤柱側偏斜75度，緊貼煤柱幫開孔口，按走向70m范圍，則共需布置35個炮孔，編號分別為C1～C35。每個炮孔斜長35m，仰角45度。

3.2 爆破材料確定

1.凹槽聚能爆破管：為了防止殘炮拒爆現(xiàn)象，深孔爆破斷頂需采用凹槽聚能管（不需導爆索）向孔內(nèi)填裝炸藥，該聚能管為阻燃抗靜電材料制成。斷頂炮孔直徑為Ф75mm，因此凹槽聚能管直徑選擇Ф50mm。規(guī)格：Ф50mm，長2m一根，每米配一個管間連接扣及防下滑倒刺。

2.輕質材料專用炮棍：凹槽聚能管采用專用的“雙抗”炮棍向孔內(nèi)填裝，即抗靜電、抗阻燃材料。該炮棍有專門快速連接頭連接，每根炮棍重量約300g、重量輕便、便于深孔爆破填藥及封泥等操作使用。規(guī)格：Ф40mm，長2m一根，配20個炮棍大頭。

3.專用深孔封泥袋：封泥袋內(nèi)裝黃土，用于封堵炮孔。規(guī)格：Ф50mm，每個長500mm。停采線深孔爆破斷頂卸壓共計施工60+35+35=130個孔。

4 總結

我國疆土幅員遼闊，地質單元復雜。一方面這是我國豐富的礦產(chǎn)資源形成的有利條件，但同時也在礦產(chǎn)資源的勘探和開發(fā)上加大了難度，因此要改進技術，做好優(yōu)化工作。

參考文獻

[1]郝華.龍固煤礦8煤回采巷道優(yōu)化設計研究[J].煤炭科技，2016（01）：9-11+14.

[2]胡金虎，李剛，萬娜，王江峰.基于GIS空間分析的三維巷道優(yōu)化設計方法[J].華北水利水電學院學報，2013，34（05）：67-71.

（作者單位：內(nèi)蒙古科技大學）