糯東煤礦副平硐嚴重變形區(qū)圍巖鉆孔窺視分析

文/徐 耀 郭昌貴 金志遠

礦井平硐施工過程中，需穿過多層巖層，通常圍巖控制難度較大。由于貴州興安煤業(yè)有限公司糯東煤礦副平硐部分區(qū)域巷道圍巖軟弱，變形較大，為了確定合理的副平硐嚴重變形區(qū)返修支護方案，采用鉆孔窺視儀分析副平硐嚴重變形區(qū)圍巖內部結構特征，為返修支護設計提供了依據，也為相似工程提供了有益借鑒。

一、工程概況

糯東煤礦是貴州興安煤業(yè)有限公司旗下的首對礦井，井田面積68.28km2。由于糯東煤礦副平硐施工過程中穿過多層巖層，其圍巖條件極其復雜，而且主要以泥質砂巖、砂質泥巖、粉砂質泥巖為主，巖層強度較低，圍巖條件比較差，巖性軟弱，不好控制。在地應力作用下，副平硐部分區(qū)域變形較大，而且是扭曲變形，圍巖出現(xiàn)破裂，U型鋼支架變形嚴重，影響安全生產，亟待開展相關研究工作。

二、測定方案

為了確定合理的副平硐嚴重變形區(qū)返修支護方案，采用Z K XG3 0 型鉆孔成像儀測定副平硐嚴重變形區(qū)圍巖松動圈，ZKXG30型鉆孔成像儀主要包括主機、探桿、探頭肯數據線。主要技術參數如表1所示。在副平硐嚴重變形區(qū)布置1個測站。

表1 ZKXG30 型鉆孔成像儀技術參數表

三、鉆孔窺視分析

1.左幫鉆孔窺視分析

據左幫鉆孔成像結果顯示，0.5m處煤體呈松散的顆粒狀，橫向裂隙明顯，但裂隙貫通不明顯，煤體在應力重新分布后整體呈塑性狀態(tài)。1.0m處煤體受圍巖應力增大，煤體壓實度上升，部分裂隙處于閉合狀態(tài)，成孔效果好。1.76m外縱向裂隙出現(xiàn)（縱向裂隙為鉆孔所致，表明此時圍巖強度低，鉆孔振動導致煤體破裂），但鉆孔劈面進一步細致，主要是圍巖壓力進一步加大所致。1.97m處肉眼可見明顯的縱向裂隙貫穿，縱向大塊煤體脫落，局部開始出現(xiàn)細微橫向裂隙，但鉆孔內的橫向裂隙的發(fā)育程度不是太明顯，說明礦山壓力主要以垂直應力為主，水平應力相對較小。孔內有許多粉末碎屑，主要原因是鉆孔施工過程中鉆桿擺動所致，而且鉆孔直徑變大，粉末的出現(xiàn)勢必會影響鉆孔窺視效果，必須用壓風將粉末吹出。

2.頂板鉆孔窺視分析

頂板鉆孔為垂直鉆孔，鉆孔直徑為28mm，但頂板鉆孔的打設過程中偏差較大，給成像工作帶來了困難，為保證良好的成像效果，對頂板鉆孔用直徑為32mm鉆頭進行擴孔，并進行淋水沖洗。

據頂板鉆孔成像結果顯示，0.07m處圍巖破碎嚴重，塊體間空隙較大，圍巖膠結性差，橫向裂紋破碎程度較大，為第一分區(qū)破裂化區(qū)域。0.43m處圍巖的破碎程度相對小于0.07m處，但受圍巖應力集中影響，圍巖壁面粗糙，縱向與橫向裂隙交錯復雜，圍巖由松散狀態(tài)向塑性狀態(tài)過渡，圍巖承載能力小，穩(wěn)定性差。0.9 7m處圍巖縱向裂隙大于橫向裂隙，但縱向裂隙較多，表明圍巖受壓后強度降低，圍巖應力持續(xù)集中，橫向層間距離較大，圍巖破裂嚴重，巷道圍巖整體穩(wěn)定性較差。1.50m處巷道圍巖縱向裂隙消失，圍巖強度提高，但圍巖橫向層狀分布特征顯著，圍巖整體穩(wěn)定性相對較好，此處為圍巖第一分區(qū)破裂化區(qū)域終止位置。2.0 m處巷道圍巖特性與1.5m處相似，仍然表現(xiàn)層狀分布特征，層間膠結性較差，但巷道圍巖穩(wěn)定性依然相對較好。2.5m處巷道圍巖局部橫向裂隙擴大，巷道圍巖的穩(wěn)定性開始變弱，相對穩(wěn)定區(qū)域終止。3.01m處圍巖呈現(xiàn)扭錯型破壞，圍巖破碎塊體與裂隙空間較大，圍巖進入第二分區(qū)破裂化區(qū)域。3.5m處圍巖壁面光潔，縱向裂隙明顯，且裂隙寬度較大，圍巖強度較低，主要表現(xiàn)為圍巖在應力持續(xù)集中作用下壓密后的承載。4.0m、4.5m與5.0m處圍巖破壞程度大于3.5m處，縱向裂隙增多，且多處出現(xiàn)縱向裂隙的貫穿現(xiàn)象。5.5m處圍巖壁面的扭動現(xiàn)象變緩，橫向裂紋不明顯，圍巖強度有一定的提高，圍巖第二分區(qū)破裂化區(qū)域終止。6.0 m處圍巖壁面開始趨于光滑，縱向與橫向裂隙減小，巷道圍巖開始再次進入相對穩(wěn)定狀態(tài)。6.52m、7.02m與7.51m處圍巖穩(wěn)定，但圍巖層狀分布特征顯著，層間膠結性較差，膠結強度較低，但巷道圍巖相對穩(wěn)定，可考慮作為穩(wěn)定巖層。8.61m處圍巖再次出現(xiàn)扭錯性破壞，壁面顆粒狀特征顯著，圍巖出現(xiàn)塑性破壞形態(tài)。8.52m處圍巖縱橫向裂隙不明顯，此處的巷道圍巖整體仍然處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。9.0m與9.11m處圍巖塑性破壞特征出現(xiàn)，圍巖進入第三分區(qū)破裂化區(qū)域，巷道圍巖穩(wěn)定性降低。

3.右?guī)豌@孔窺視分析

右側幫部水平鉆孔鉆進巖性為煤體。考慮到右?guī)退姐@孔的施工難度與鉆孔閉合效應，設定幫部水平鉆孔長度為4.78m。

據鉆孔成像結果顯示，0.19 m處煤體呈松散的大塊體狀，縱向與橫向裂隙分布交錯明顯，但煤體破壞嚴重，塊體間無膠結強度，圍巖整體呈松散狀態(tài)。0.5m處煤體由松散狀態(tài)向壓密狀態(tài)過渡，橫向裂隙減少，但縱向裂隙增多且分布明顯，表明煤體應力集中程度較大。0.9m到1.0m處受圍巖應力集中影響，煤體顆粒明顯，裂隙閉合。1.65m處圍巖局部破裂嚴重，壁面煤體塊狀掉落，圍巖塑性破壞再一次出現(xiàn)，圍巖第二分區(qū)破裂化區(qū)域出現(xiàn)。2.0m處縱橫向裂隙消失，受圍巖應力集中的持續(xù)影響，圍巖局部出現(xiàn)大面積徑向方向的煤體壓縮錯動情況，此外為圍巖應力集中影響區(qū)，也是第二分區(qū)破裂化區(qū)域的終止邊界。2.66m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m與4.78m處，圍巖煤體由松散狀態(tài)變?yōu)閴簩崰顟B(tài)，無明顯的裂隙及破碎存在，但圍巖較為軟弱，煤體整體徑向呈層狀分布，層間膠結狀態(tài)較差，但整體圍巖較為穩(wěn)定。

四、結論

1.左幫為煤體孔，2m范圍內壓力較大，煤體松軟。

2.頂板的鉆孔0～2.54m范圍內的圍巖劃定為第一破裂化區(qū)域；頂板的鉆孔3.0～6.5m范圍內的圍巖裂隙發(fā)育不明顯，將該范圍劃定為巖層較穩(wěn)定區(qū)，但是該范圍內也出現(xiàn)了離層或破裂現(xiàn)象，只是出現(xiàn)的范圍很小，不影響整體穩(wěn)定性；頂板的鉆孔7.0～8.95m范圍內仍然出現(xiàn)了裂隙，且裂隙發(fā)育比較大，將該范圍的圍巖劃定為第二破裂化區(qū)域，即該范圍內圍巖的破裂化程度與0～2.54m范圍內的相對要小的多；頂板鉆孔為9.5～9.8m以上的圍巖裂隙發(fā)育不明顯，將深度范圍內以外的巖層劃定為穩(wěn)定巖層。

3.右?guī)偷你@孔0～0.5m范圍內的圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育較為顯著，將該區(qū)域劃定為第一破裂化區(qū)域（破碎區(qū)），該范圍內的煤體內出現(xiàn)了多條大的裂隙，非常破碎，但隨著深度的增加，煤體的破碎程度逐漸減小；右?guī)偷你@孔0.9～1.0m范圍內的巖層節(jié)理裂隙發(fā)育不明顯，出現(xiàn)了幾條裂紋，個別區(qū)域出現(xiàn)了離層或破裂現(xiàn)象，整體來說，該范圍內的巖層比較穩(wěn)定，因此將該范圍的巖層劃定為相對穩(wěn)定區(qū)；右?guī)豌@孔1.65～2.0m范圍內的巖層節(jié)理裂隙較為發(fā)育，出現(xiàn)了多條裂隙，并且裂隙已貫通，因此，將該范圍內的圍巖劃定為第二分區(qū)破裂化區(qū)域，右?guī)豌@孔2.66～4.78m范圍內的圍巖裂隙發(fā)育不明顯，只出現(xiàn)幾條裂紋，不影響圍巖整體穩(wěn)定性，因此，將該范圍內以外的區(qū)域劃定為壓實圍巖穩(wěn)定區(qū)域。