巷道施工关键技术在金山矿井的研究与应用.pdf

ISSN 1671-2900采矿技术第 20 卷第 2 期2020 年 3 月 CN 43-1347/TDMining Technology，Vol.20，No.2Mar.2020 巷道施工关键技术在金山矿井的研究与应用 彭强 山西忻州神达金山煤业有限公司， 山西 忻州市036604 摘要金山煤矿正在掘进的某巷道通过区域岩性主要为砂质泥岩和泥岩，岩性多为坚 硬-松软岩层， 在掘进过程中超前探测和支护作业是保障施工安全的重要步骤。 工程中利 用地质雷达和钻探技术对未开挖岩体进行超前探测，根据探测结果进行掘进开挖施工。 工程实践证明，在巷道掘进过程中采用上述施工方案保障了施工的安全性和巷道围岩的 稳定性。 关键词金山煤矿;超前探测;支护作业;施工方案 0引言 在煤矿井工开采掘进巷道时，由于软岩地段岩 体承载力低、稳定性差，导致在掘进施工时安全风 险系数增加，巷道支护变得困难，同时也使后期巷 道维护困难、维修率升高[1]。近年来，已有很多学 者对该类问题进行了研究与实践秦玄烨[2]等通过 FLAC3D数值模拟软件分别验证巷道卧底留卸压槽、 底板注浆加固、卧底卸压槽浇灌混凝土注浆管加 固相耦合联合支护 3 种巷道底鼓控制技术方法的应 用效果；对于软岩巷道维护率居高不下的问题王洪 闪[3]等通过对“钢带、锚杆索支护反底拱”支护方 案进行数据模拟，结果表明，该方案能够改善围岩 应力状态；李斌[4]应用 FLAC3D数值模拟软件确定 了贵州某矿拱形巷道的支护方案，并验证了方案的 可靠性。由于地质条件的复杂多样性，不良地质体 通常以组合类型的形式出现，虽然关于软岩掘进和 支护方面的研究众多，但目前还没有一套完整的施 工体系可以很好的解决该类问题[5]。 以金山煤矿正在掘进的某巷道其中25 m为工 程背景进行研究，对巷道施工过程中的探测技术和 支护技术进行研究及应用，以期为巷道施工提供合 理的探测和支护技术。 1地质概况 1.1工程地质概况 矿区总体倾向东的单斜构造，发育宽缓褶曲， 岩层层理现象明显，顶底板主要以砂质泥岩为主， 局部地区发育有中度风化灰岩；根据以往巷道施工 资料显示，岩体节理裂隙发育，岩质较软，完整性 中等，未出现大规模掉块现象可以自稳，较大的构 造带较少。 1.2水文地质概况 据以往资料，施工区域含水层富水性弱，补水 能力一般小于排水能力；地层碳酸盐岩岩溶水含水 层，为主要影响开挖区域富水情况的原因，施工区 域临近巷道有滴水现象出现，顶板未出现淋雨状 况，边墙和掌子面未有明显出水情况，总体上对施 工安全和工期未产生影响。 2超前探测技术 由于前期的地址勘探受技术和经济条件的限 制，导致施工不能完全依赖前期的地勘资料[6-7]，需 要再施工时对掌子面前方的未揭露岩体进行详实 的探测，施工区域采用 GPR 和超前钻探相结合的 方式对进行超前探测。 GPR 探测设备选用意大利 IDS 型地质雷达， 包 括 X3M 雷达主机、80 MHz 发射天线以及 GV 分析 软件。在掌子面布置单测线，探测由左至右进行， 由于不良地质体对电磁波的传播有一定的衰减作 用，为保证探测的准确性取前 25 m 作为有效数据 进行分析，探测成果如表 1 所示[8-9]。 超前钻探技术是对揭示不良地质体的最有效 最直接的方法，也是目前地下隐蔽工程施工过程中 常用的一种方法， 采用 ZYWL1200 矿用钻机进行 超前探测，钻孔布置为 4 个孔；1孔与纵向中轴线 平行布置，2、3、4孔与纵向中轴线成 10角，具 体钻孔布置及施钻情况如表 2 所示。 采矿技术2020,202 30 表 1地质雷达探测情况 探测范围预报特点探测成果图 0～30 m 前 10 m 整体反射波杂乱，同向轴错断，岩 体节理裂隙。10～25 m 范围内巷道左侧岩 体反射波较弱，振幅较小，异常波动不大， 整体岩体完整性较好可以自稳；10～25 m 巷道右侧有明显的绕射现象振幅较大，层 理现象明显。 综合探测结果和掌子面情况推测开挖段围岩 自稳能力较好，节理密集，在巷道右侧 15～25 m 范围内岩体层理现象明显；围岩无出水现象；岩体 稳定性较好。 3 3合理支护技术 永久支护采用锚杆锚索网片联合支护的支 表 2超前钻探情况 钻孔编号钻进角度施钻情况钻孔布置图 中间孔 10探测范围内整体岩质较软，为砂质泥岩，无卡钻顶钻现象，岩体整体性较好，岩体湿润。 左帮孔 2与轴线夹角 100～10 m 岩质为灰岩，岩质较软；10～25 m 整体岩质较软，无卡钻顶钻现象。 右帮孔 3与轴线夹角 10在 15～25 m 整体岩质较软，有卡钻顶钻现象，在 20～21 m 处围岩有夹泥现象。 顶板孔 4与轴线夹角 10探测范围内整体岩质较软，无卡钻顶钻现象，未出现反水情况。 护方式，类比法合理选择支护参数锚杆使用 Φ182000 mm 钢树脂摞纹锚杆，巷道顶部间距 1.0 m、排距为 0.9 m，每排打设 5 根；两帮锚杆间距 1.0 m、排距为 0.9 m，每排打设 3 根锚杆，第一根 锚杆打在距顶 0.2 m，锚固力 80 kN，扭矩力 100 N∙m；锚索选用Φ17.86000 mm 钢绞线，每排打设 2 根，间距 2.0 m、排距为 1.8 m，锚固力 150 kN； 顶部网片选用钢筋网，帮部网片选用金属网。 3.1支护设计 永久支护设计如图 1 所示。 图 1断面支护设计 3.2应用效果 连续 15 d 巷道变形情况以及位移监测结果分 析表明洞内监测断面顶板下沉、两帮收敛在基准 值（U0＜Ut/3）范围内，其沉降以及收敛速率均小 于或等于 0.2 mm/d，围岩收敛量在合理范围内；累 计沉降曲线在第 13 d 出现明显收敛； 左帮和右帮沉 降速率在第 4 d 开始出现下降，顶板沉降速率在第 5 d 开始下降；巷道整体成型效果较好，洞壁无裂 纹出现，支护比较稳定。监测曲线如图 2 所示。 4结论 （1）利用地质雷达和超前钻探的超前探测方 案，在一定程度上揭示了未开挖岩体的基本情况， 巷道施工采用的超前地质预报技术预报可靠性较 高，有效地指导了掘进支护施工。 （2）采用锚杆锚索网片联合支护技术保障 了巷道掘进过程中围岩的稳定与安全；后期监测围 岩的收敛量均在合理变化范围内，证明了所采用的 施工方案的合理性和可靠性。 （3）根据实际开挖情况以及后期观察和监测 情况，证明所采用的的联合探测技术以及所采用的 支护技术在该类型地质条件巷道施工中效果较好， 保障了工程的安全可靠，可以在相同地质条件工程 （下转第 38 页） 采矿技术2020,202 38 下部的破碎带创造了一个补偿空间，破碎带受到扰 动其隐形裂隙被激活，并一直向上发育。中间矿体 滑移量较大时，破碎带自然发生冒落并向上发育， 当发育到隔水层时，极有可能造成隔水层出现裂 隙、错动甚至滑移，形成孔隙或导洞，与海水形成 联系，继而发生透水，造成重大矿难事故。 3结论 （1）急倾斜矿体开采对下盘破碎带产生了显 著的影响，采场下盘产生卸荷回弹，采空区为构造 带上夹持下盘的运动创造了条件，夹持下盘岩体发 生破坏并向空区滑移，为急倾斜的不稳定破碎带提 供了塌落空间，造成破碎带失稳，引起下盘采准巷 道塌方和抽冒。 （2）西南翼矿体开采可能存在巷道塌方抽冒 型突水和下盘滑移型突水 2 种突水类型，且发生巷 道塌方抽冒型突水的可能性最大，矿山生产中应加 强对破碎带稳定性的监测和评估，对破碎带周围地 点进行水样调查和分析，及早进行预警。 参考文献 [1]吴浩.三山岛金矿海下开采合理开采上限的确定[D].长沙中南 大学,2014. [2]吴浩,赵国彦,马少维,等.滨海基岩矿床开采防水矿岩柱高度的 确定[J].中国地质灾害与防治学报,2014,25144-50. [3]戚伟,朱乾坤,赵兴东,等.三山岛金矿新立矿区西南翼破碎岩体 稳定性控制数值模拟研究[J].有色金属矿山部分,2019,71488- 94. [4]刘志祥,骆天,李响,等.金属矿海底开采合理矿柱框架构建[J]. 中国有色金属学报英文版2018,284757-765. [5]刘志义.三山岛金矿新立矿区充填体下顶底柱开采稳定性分析[D]. 长沙中南大学,2014. [6]郑伯坤,尹旭岩,黄腾龙,邓高岭.基于未确知测度理论的三山岛金 矿充填工艺方案优选[J].矿业研究与开发,2020,400213-18. [7]郑伯坤,尹旭岩.三山岛金矿全尾砂膏体充填系统建设方案研究[J]. 采矿技术,2020,20018-11. [8]段学良,马凤山,赵海军,郭捷,顾鸿宇,刘帅奇.滨海矿山矿坑涌水 源识别与混合比研究[J].黄金科学技术,2019,2703406-416. [9]刘国伟,马凤山,郭捷,杜云龙,侯成录,李威.多元统计分析在滨 海矿区水源识别中的应用以三山岛金矿为例[J].黄金科学技 术,2019,2702207-215. [10]刘港,马凤山,赵海军,郭捷,侯成录,李威.三山岛金矿西山矿 区主要透水中段裂隙分布规律与三维建模[J].黄金科学技术,2019, 2702199-206. [11]颜丙乾,任奋华,蔡美峰,郭奇峰,王培涛.基于PCA和MCMC的贝叶 斯方法的海下矿山水害源识别分析[J].工程科学学报,2019,4111 1412-1421. [12]王树仁,张海清.MIDAS/GTS-FLAC3D耦合建模新方法及其应用[J]. 土木建筑与环境工程,2010,32112-17. [13]Itasca Consulting Group.Fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions[M].USAItasca Consulting Group,2002. 收稿日期2020-03-04 作者简介张平发1975，男，内蒙古赤峰人，采矿工程 师，主要从事采矿技术与管理工作，Email zskyzpf163. com。 （上接第 30 页） a 左帮监测曲线b 顶板监测曲线c 右帮监测曲线 图 2沉降监测曲线 中推广应用。 参考文献 [1]王洪闪,冉金林,李廷春,高启强,薛克龙.软岩巷道联合支护技术研 究[J].煤炭工程,20190956-61. [2]秦玄烨,张英华,王晶晶,董云龙.基于数值模拟的软岩巷道底鼓机 理实验研究[J].矿业研究与开发,2019,390951-56. [3]王洪闪,冉金林,李廷春,高启强,薛克龙.软岩巷道联合支护技术研 究[J].煤炭工程,2019,510956-61. [4]李斌.软岩巷道支护优化及数值模拟研究[J].采矿技术,2019, 190473-76. [5]蒋蕾,张向东,李宏达,王超.浅谈地下工程软岩支护技术[J].科 学技术创新,201929121-122. [6]廖艳程,欧阳锋,易志强,张胜.综合超前地质预报方法在岩溶隧 道施工中的应用[J].矿业研究与开发,2017,3702102-105. [7]朱宝合,郑邦友,戴亦军,刘灿.GPR地质预报技术在穿煤段地下工 程中的应用[J].采矿技术,2019,190446-48. [8]赵杨杉,王洁,张威.地质雷达方法在武汉岩溶探测中的应用分 析[J].中国煤炭地质,2019,31S1108-112. [9]杜燕,彭世琥.基于地质雷达探测技术对水工隧洞溶洞特性的研 究[J].江西水利科技,2019,450123-27. 收稿日期2019-11-15 作者简介彭强1985，男，山西怀仁人，工程师，主 要从事煤矿开采与通风工作，Email 174195362。