地質構造復雜地段巷道優化設計

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，為其進一步發展與更新打下堅實的基礎。

關鍵詞：地質構造；復雜地段；優化設計

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，且在工作面內延伸不長，對回采有一定影響，F10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，受其影響，可能樞紐附近存在伴生斷層及節理的影響，并且出現煤質松軟、裂隙發育、瓦斯異常涌出等現象。

2.3 水文概況

1.該工作面水文地質條件復雜，全區帶壓，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，突水系數為0.01756-0.02163Mpa/m，位于相對安全區內。

2.該工作面右側為12503采空區，軌道順槽整體標高低于12503工作面軌道順槽標高，現已在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及工作面，局部地段可能會有淋滴水現象。

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，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測，如發現頂板淋水增大或落山內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。坑透資料顯示Ⅰ切眼向外301-351米范圍內靠近皮帶順槽附近為E1坑透異常區，Ⅱ切眼向外2-252米范圍內為E2坑透異常區，E2坑透異常區內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。根據坑透及瞬變電物探成果，對12505工作面進行鉆探驗證，經對2個坑透異常區及2個瞬變電磁異常區鉆探驗證，并結合瓦斯抽采鉆孔資料分析：E1坑透異常區局部存在節理，E2坑透異常區為東大嶺向斜樞紐及斷層集中區，并基本控制了樞紐及F3、F4和F7正斷層的走向，在對異常區鉆探施工過程中探測鉆孔均未見出水現象，但施工E2坑透異常區的鉆孔存在煤質疏松和瓦斯頂鉆現象。

3 地質構造復雜地段巷道優化方案

3.1 斷頂孔位置的確定

根據數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存在一個動態變化過程，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大巷少受動態變化應力的影響，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、B區、C區三個區域進行卸壓。

A區：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：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：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象，深孔爆破斷頂需采用凹槽聚能管（不需導爆索）向孔內填裝炸藥，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：封泥袋內裝黃土，用于封堵炮孔。規格：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資源形成的有利條件，但同時也在礦產資源的勘探和開發上加大了難度，因此要改進技術，做好優化工作。

參考文獻

[1]郝華.龍固煤礦8煤回采巷道優化設計研究[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：內蒙古科技大學）