论文部分内容阅读
摘 要：井下巷道设计与地质构造密切相关，地质构造的复杂程度直接影响了巷道的设计、掘进、支护等等，最大限度的优化设计能够对巷道快速安全掘进提供很好的帮助。本文通过对于屯兰矿煤层、地质、水文、防治水措施、钻探概况进行分析，从断顶孔位置的确定、爆破材料确定等方面进行现场方案的制定，使其能够符合于施工的实际情况，为其进一步发展与更新打下坚实的基础。
关键词：地质构造；复杂地段；优化设计
1 引言
在井下巷道掘进过程中，地质构造是重要的影响因素之一。断层构造发育密集或断层落差大的掘进地段必须考虑巷道掘进的安全因素，特别是在断层错断具有突出危险性的煤层情况下，尤为重要。在综合分析屯兰矿水文地质复杂情况下，通过钻探施工技术，及时改变巷道设计方案，优化巷道设计。
2 地质构造复杂地段地质概况分析
2.1 煤层概况
屯兰矿工作面2、3号煤层厚度稳定，合并开采，2号煤厚2.60-3.20m，平均约2.96m；2号煤与3号煤之间夹一层砂质泥岩，厚0.50-0.87m，平均约0.69m；3号煤厚0.40-1.00m，平均约0.60m；煤岩总厚均约4.25米，煤层有益厚度均约3.56m，工作面煤厚分布规律为自Ⅰ切眼向外由薄逐渐变厚：最薄处为Ⅰ切眼机头附近约3.15米，最厚处为皮带顺槽12号点附近约4.05米，另外，皮带顺槽煤厚总体大于轨道顺槽，煤质为焦煤，工作面煤层整体为枢纽向南西倾斜的缓向斜，煤层最大倾角10°，最小倾角3°，平均6°。
2.2 地质概况
该工作面地质构造复杂，断层及褶曲发育，工作面两顺槽掘进过程中共揭露10条正断层。其中最小落差0.7米，最大落差14米。F2、F4和F6正断层落差2.3-6.6米且于皮顺及轨顺都揭露，对回采影响较大，其中受F2的影响，导致工作面重新布置，重开切眼；F1、F3、F5、F7、F8和F9正断层落差均在2.2米以下，且在工作面内延伸不长，对回采有一定影响，F10正断层落差较大，但位于设计停采线以外，对回采无影响。根据地表及相邻工作面揭露情况分析，该工作面中部为东大岭向斜轴部，属应力集中区，受其影响，可能枢纽附近存在伴生断层及节理的影响，并且出现煤质松软、裂隙发育、瓦斯异常涌出等现象。
2.3 水文概况
1.该工作面水文地质条件复杂，全区带压，奥灰水静水位标高为860米，工作面底板标高674-739米，工作面水压1.21-1.86Mpa，突水系数为0.01756-0.02163Mpa/m，位于相对安全区内。
2.该工作面右侧为12503采空区，轨道顺槽整体标高低于12503工作面轨道顺槽标高，现已在12505轨道顺槽施工4个放水孔，K3不出水，K1、K3和K4有少量的出水，主要为采空区局部低洼处积水，对回采影响较小。
3.回采中主要出水水源为2#煤层上部砂岩裂隙水，回采期间老顶跨落后上覆岩层形成冒落裂隙带，上部砂岩裂隙水可能通过裂隙涌入采空区及工作面，局部地段可能会有淋滴水现象。
4.Ⅰ切眼向外167米距左帮58米附近有444煤田勘探孔，该钻孔终孔位于10号煤底板下19米，由于年代久远，封孔资料不详，回采至该钻孔附近时需提前采取防范措施，确保顺利通过该钻孔。
2.4 防治水措施
1.回采前在Ⅱ切眼附近需施工水仓并完善排水系统，以保证排水能力不小于最大涌水量2倍以上。
2.初采初放期间需加强水情监测，如发现顶板淋水增大或落山内沿支架底座出水需及时制定排水措施。
3.工作面回采过程中注意观测底板出水的水色水温变化，遇有异常及时汇报矿调度。
2.5 钻探概况
物探院使用无线电波坑透仪、瞬变电磁仪对12505工作面进行了物探。坑透资料显示Ⅰ切眼向外301-351米范围内靠近皮带顺槽附近为E1坑透异常区，Ⅱ切眼向外2-252米范围内为E2坑透异常区，E2坑透异常区内主要存在断层和褶曲等构造；瞬变电磁仪探测存在顺层及底板向下45°共2个低阻异常区。根据坑透及瞬变电物探成果，对12505工作面进行钻探验证，经对2个坑透异常区及2个瞬变电磁异常区钻探验证，并结合瓦斯抽采钻孔资料分析：E1坑透异常区局部存在节理，E2坑透异常区为东大岭向斜枢纽及断层集中区，并基本控制了枢纽及F3、F4和F7正断层的走向，在对异常区钻探施工过程中探测钻孔均未见出水现象，但施工E2坑透异常区的钻孔存在煤质疏松和瓦斯顶钻现象。
3 地质构造复杂地段巷道优化方案
3.1 断顶孔位置的确定
根据数值模拟应力变化情况，超前支承压力在末采期间和停采一段时间内存在一个动态变化过程，应力会向前方煤体转移。在设计停采线位置时应充分考虑到这一点。为了保证停采后南五采区大巷少受动态变化应力的影响，在工作面设备回撤之前需要打孔、断顶卸压。
炮孔布置：工作面长按205m计算，由于超前支承压力较大，需要在工作面的前上方、侧上方爆破出弱面后，阻断超前支承压力传递路径。即分为A区、B区、C区三个区域进行卸压。
A区：炮孔间距定为3m，每2个支架打一个卸压孔，中部高抽巷附近10m不打孔，两端头各留5m不打孔，则共需布置60个炮孔，编号分别为A1～A60。每个炮孔斜长35m，仰角45度。
B区：炮孔间距定为2m，从停采线位置向前布置，往煤柱侧偏斜75度，紧贴煤柱帮开孔口，按走向70m范围，则共需布置35个炮孔，编号分别为B1～B35。每个炮孔斜长35m，仰角45度。
C区：炮孔间距定为2m，从停采线位置向前布置，往煤柱侧偏斜75度，紧贴煤柱帮开孔口，按走向70m范围，则共需布置35个炮孔，编号分别为C1～C35。每个炮孔斜长35m，仰角45度。
3.2 爆破材料确定
1.凹槽聚能爆破管：为了防止残炮拒爆现象，深孔爆破断顶需采用凹槽聚能管（不需导爆索）向孔内填装炸药，该聚能管为阻燃抗静电材料制成。断顶炮孔直径为Ф75mm，因此凹槽聚能管直径选择Ф50mm。规格：Ф50mm，长2m一根，每米配一个管间连接扣及防下滑倒刺。
2.轻质材料专用炮棍：凹槽聚能管采用专用的“双抗”炮棍向孔内填装，即抗静电、抗阻燃材料。该炮棍有专门快速连接头连接，每根炮棍重量约300g、重量轻便、便于深孔爆破填药及封泥等操作使用。规格：Ф40mm，长2m一根，配20个炮棍大头。
3.专用深孔封泥袋：封泥袋内装黄土，用于封堵炮孔。规格：Ф50mm，每个长500mm。停采线深孔爆破断顶卸压共计施工60+35+35=130个孔。
4 总结
我国疆土幅员辽阔，地质单元复杂。一方面这是我国丰富的矿产资源形成的有利条件，但同时也在矿产资源的勘探和开发上加大了难度，因此要改进技术，做好优化工作。
参考文献
[1]郝华.龙固煤礦8煤回采巷道优化设计研究[J].煤炭科技，2016（01）：9-11+14.
[2]胡金虎，李刚，万娜，王江峰.基于GIS空间分析的三维巷道优化设计方法[J].华北水利水电学院学报，2013，34（05）：67-71.
（作者单位：内蒙古科技大学）
关键词：地质构造；复杂地段；优化设计
1 引言
在井下巷道掘进过程中，地质构造是重要的影响因素之一。断层构造发育密集或断层落差大的掘进地段必须考虑巷道掘进的安全因素，特别是在断层错断具有突出危险性的煤层情况下，尤为重要。在综合分析屯兰矿水文地质复杂情况下，通过钻探施工技术，及时改变巷道设计方案，优化巷道设计。
2 地质构造复杂地段地质概况分析
2.1 煤层概况
屯兰矿工作面2、3号煤层厚度稳定，合并开采，2号煤厚2.60-3.20m，平均约2.96m；2号煤与3号煤之间夹一层砂质泥岩，厚0.50-0.87m，平均约0.69m；3号煤厚0.40-1.00m，平均约0.60m；煤岩总厚均约4.25米，煤层有益厚度均约3.56m，工作面煤厚分布规律为自Ⅰ切眼向外由薄逐渐变厚：最薄处为Ⅰ切眼机头附近约3.15米，最厚处为皮带顺槽12号点附近约4.05米，另外，皮带顺槽煤厚总体大于轨道顺槽，煤质为焦煤，工作面煤层整体为枢纽向南西倾斜的缓向斜，煤层最大倾角10°，最小倾角3°，平均6°。
2.2 地质概况
该工作面地质构造复杂，断层及褶曲发育，工作面两顺槽掘进过程中共揭露10条正断层。其中最小落差0.7米，最大落差14米。F2、F4和F6正断层落差2.3-6.6米且于皮顺及轨顺都揭露，对回采影响较大，其中受F2的影响，导致工作面重新布置，重开切眼；F1、F3、F5、F7、F8和F9正断层落差均在2.2米以下，且在工作面内延伸不长，对回采有一定影响，F10正断层落差较大，但位于设计停采线以外，对回采无影响。根据地表及相邻工作面揭露情况分析，该工作面中部为东大岭向斜轴部，属应力集中区，受其影响，可能枢纽附近存在伴生断层及节理的影响，并且出现煤质松软、裂隙发育、瓦斯异常涌出等现象。
2.3 水文概况
1.该工作面水文地质条件复杂，全区带压，奥灰水静水位标高为860米，工作面底板标高674-739米，工作面水压1.21-1.86Mpa，突水系数为0.01756-0.02163Mpa/m，位于相对安全区内。
2.该工作面右侧为12503采空区，轨道顺槽整体标高低于12503工作面轨道顺槽标高，现已在12505轨道顺槽施工4个放水孔，K3不出水，K1、K3和K4有少量的出水，主要为采空区局部低洼处积水，对回采影响较小。
3.回采中主要出水水源为2#煤层上部砂岩裂隙水，回采期间老顶跨落后上覆岩层形成冒落裂隙带，上部砂岩裂隙水可能通过裂隙涌入采空区及工作面，局部地段可能会有淋滴水现象。
4.Ⅰ切眼向外167米距左帮58米附近有444煤田勘探孔，该钻孔终孔位于10号煤底板下19米，由于年代久远，封孔资料不详，回采至该钻孔附近时需提前采取防范措施，确保顺利通过该钻孔。
2.4 防治水措施
1.回采前在Ⅱ切眼附近需施工水仓并完善排水系统，以保证排水能力不小于最大涌水量2倍以上。
2.初采初放期间需加强水情监测，如发现顶板淋水增大或落山内沿支架底座出水需及时制定排水措施。
3.工作面回采过程中注意观测底板出水的水色水温变化，遇有异常及时汇报矿调度。
2.5 钻探概况
物探院使用无线电波坑透仪、瞬变电磁仪对12505工作面进行了物探。坑透资料显示Ⅰ切眼向外301-351米范围内靠近皮带顺槽附近为E1坑透异常区，Ⅱ切眼向外2-252米范围内为E2坑透异常区，E2坑透异常区内主要存在断层和褶曲等构造；瞬变电磁仪探测存在顺层及底板向下45°共2个低阻异常区。根据坑透及瞬变电物探成果，对12505工作面进行钻探验证，经对2个坑透异常区及2个瞬变电磁异常区钻探验证，并结合瓦斯抽采钻孔资料分析：E1坑透异常区局部存在节理，E2坑透异常区为东大岭向斜枢纽及断层集中区，并基本控制了枢纽及F3、F4和F7正断层的走向，在对异常区钻探施工过程中探测钻孔均未见出水现象，但施工E2坑透异常区的钻孔存在煤质疏松和瓦斯顶钻现象。
3 地质构造复杂地段巷道优化方案
3.1 断顶孔位置的确定
根据数值模拟应力变化情况，超前支承压力在末采期间和停采一段时间内存在一个动态变化过程，应力会向前方煤体转移。在设计停采线位置时应充分考虑到这一点。为了保证停采后南五采区大巷少受动态变化应力的影响，在工作面设备回撤之前需要打孔、断顶卸压。
炮孔布置：工作面长按205m计算，由于超前支承压力较大，需要在工作面的前上方、侧上方爆破出弱面后，阻断超前支承压力传递路径。即分为A区、B区、C区三个区域进行卸压。
A区：炮孔间距定为3m，每2个支架打一个卸压孔，中部高抽巷附近10m不打孔，两端头各留5m不打孔，则共需布置60个炮孔，编号分别为A1～A60。每个炮孔斜长35m，仰角45度。
B区：炮孔间距定为2m，从停采线位置向前布置，往煤柱侧偏斜75度，紧贴煤柱帮开孔口，按走向70m范围，则共需布置35个炮孔，编号分别为B1～B35。每个炮孔斜长35m，仰角45度。
C区：炮孔间距定为2m，从停采线位置向前布置，往煤柱侧偏斜75度，紧贴煤柱帮开孔口，按走向70m范围，则共需布置35个炮孔，编号分别为C1～C35。每个炮孔斜长35m，仰角45度。
3.2 爆破材料确定
1.凹槽聚能爆破管：为了防止残炮拒爆现象，深孔爆破断顶需采用凹槽聚能管（不需导爆索）向孔内填装炸药，该聚能管为阻燃抗静电材料制成。断顶炮孔直径为Ф75mm，因此凹槽聚能管直径选择Ф50mm。规格：Ф50mm，长2m一根，每米配一个管间连接扣及防下滑倒刺。
2.轻质材料专用炮棍：凹槽聚能管采用专用的“双抗”炮棍向孔内填装，即抗静电、抗阻燃材料。该炮棍有专门快速连接头连接，每根炮棍重量约300g、重量轻便、便于深孔爆破填药及封泥等操作使用。规格：Ф40mm，长2m一根，配20个炮棍大头。
3.专用深孔封泥袋：封泥袋内装黄土，用于封堵炮孔。规格：Ф50mm，每个长500mm。停采线深孔爆破断顶卸压共计施工60+35+35=130个孔。
4 总结
我国疆土幅员辽阔，地质单元复杂。一方面这是我国丰富的矿产资源形成的有利条件，但同时也在矿产资源的勘探和开发上加大了难度，因此要改进技术，做好优化工作。
参考文献
[1]郝华.龙固煤礦8煤回采巷道优化设计研究[J].煤炭科技，2016（01）：9-11+14.
[2]胡金虎，李刚，万娜，王江峰.基于GIS空间分析的三维巷道优化设计方法[J].华北水利水电学院学报，2013，34（05）：67-71.
（作者单位：内蒙古科技大学）