工程地质因素对巷道支护效果的影响.pdf

2 0 0 8 年第 3 期 中州煤炭 总第 1 5 3 期 工程地质因素对巷遒支护效果的影晌 李 文平 龙 口矿业 集团有 限公 司， 山 东 龙 口 2 6 5 7 0 0 摘要 基于龙 口矿 区工程地质 条件 的特殊性 ， 统计分析 了龙矿集 团北皂煤矿煤，底板和煤 底板 8 m 以下岩层 与膨胀性密切相关的工程地质参数， 提 出了岩体膨胀 的2个必要条件 ， 研究 了岩体的工程地质性质对巷道支 护效果 的影响 ， 并对其影 响因素进行 了分析 ， 提出 了在类似工程地质条件下的巷道布置原则和 防范措施。 关键 词 膨胀参数 ； 膨胀 条件； 巷道支护 ； 工程地 质； 安全生产 中图分类号 P 6 4 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 0 8 0 3 0 0 3 8 0 2 龙 口矿业集 团有限公司 以下简称龙矿集 团 位 于胶 东半 岛 的西北 部 ， 是 我 国惟 一 的海 滨 国 有 煤 炭 企业 ， 下辖 北皂煤 矿 、 梁家煤 矿 和洼里 煤矿 3个 生 产 矿井 ， 年生 产 能 力 6 0 0万 t 左 右 。 该 矿 区煤 系 地 层为新生代下第三系地层， 泥岩 、 黏土岩 占 8 0 ％ 以 上 ， 属典 型 的三软 岩层 。矿 区 自投 产 以来 ， 巷 道支护 与维护一 直是 矿 区的首 要 困难 。多年 的巷道 支护 实 践 表 明 ， 在不 同 的工程 地质条 件下 ， 采用 相 同的巷 道 支护 表 现出来 的支 护效 果迥然 不 同 。下 面 以北 皂煤 矿为例进行分析说明。 l 矿 井概况 北皂 煤矿 年设 计 能 力 9 0万 t ， 于 1 9 8 3年 底 投 产 ， 分陆地 和海 域 两 部 分 进行 开 采 。其 中陆 地部 分 分上 、 下组煤开采 。上组煤开采煤 层 ， 开采水平设 在 一1 7 5 m水平 ； 下 组 煤 开 采 煤 层 ， 其 开采 水 平 设 在 一 2 5 0 m水 平 。通 过 几 十年 来 的巷 道 支 护 实 践 ， 在上组煤巷道支护 中取得 了较成功 的经验 以锚喷 为 主 ， U型钢 喷 、 工 字钢 喷及 料石 圆碹等 多种 支护 形 式并存 ， 保证 了矿井 的正常生产 及接续 。但是 随 着下 组煤 开 拓 深 度 不 断 增 加 ， 特 别 是 达 到 一2 5 0 m 水平 ， 揭露煤 底板 8 m 以下 岩 层后 ， 采 用 上组 煤 成 功 的巷道 支护经 验 ， 已不 能 满 足矿 井 正 常 生产 的需 要 。 从 下组 煤 开 拓 延 伸 过 程 中统 计 看 ， 在 煤 底 板 岩层中掘的巷道 ， 采用一般的料石圆碹支护 ， 除局部 收稿 日期 2 0 0 8 0 l 一0 8 作者简介 李文平 1 9 6 4 一 ， 男 ， 山东潍坊 人， 高级工程 师． 1 9 8 8年 毕业于山东矿业学 院， 现任龙矿集团技术中心海域开采研究所所长 ， 长期从事安 全生产技术管理工作 。 3 8 喷过 一 次厚 5 0 m m 的 C 2 0混凝 土 以外 ， 没 有进 行 大 的返修 ， 满足 了矿井正常生产 的需要 。而在煤 底 板 8 m 以下的 岩层 中 掘凿 的巷 道 ， 虽 然 在施 工 时 加 大了支护强度， 但是破坏仍然相当严重 。在该层位 中以采用料石 圆碹 或钢筋混 凝土碹 为主要 支护形 式 ， 累计 施工 了 8 2 7 m 巷 道 。对 这 部 分 巷道 先 后 多 次采 用重 新 返 料 石 圆碹 或 钢 筋 混 凝 土 碹 进 行 了 返 修。累计返修工程量 1 6 1 0 m， 返修率达 1 9 5 ％ 。严 重影 响 了矿井 安全 生 产 和 正 常接 续 ， 同 时造 成 了人 力 、 物力 及财力 的巨大 浪费 。分 析其原 因 ， 主要是 巷 道所 处工 程地 质条件 的差异导 致 了巷 道支护 效果 的 不 同 。 2煤 底板及煤 底板下岩 中巷支护分析 2 ． 1 岩性 描述及 主 要膨胀 性 参数 北皂 煤 矿 煤 系地 层 属 于下 第 三 纪 泥质 岩 ， 根 据 中 国科学 院地 质研究 所关 于泥 质 岩胶结 程度 的分 级 与膨 胀岩 的判别 分 类 ， 属 于 弱 胶结 的 亲水 性 膨 胀 岩 层 ， 其岩层 除煤层和油页岩外 胶结 系数一般都在 1～ 2范 围 内 ， 岩石 干燥后 再 吸水 而 膨 胀 崩解 为 软 泥 状 ， 并失去岩石 的强度。根据中国科学院地质研究 所 对 北皂煤 矿 观 2孔 泥质 岩膨 胀性 判别 及观 2孔柱 状 资 料分 析整理 ， 得 到煤 底板 至 煤 底板 8 m 以上 岩 层 ， 以及 煤 底 板 8 m 以下 岩 层 有 关 主要 膨 胀 性 参 数 的平均 值 表 1 。 表 1 煤， 底板及煤 底板下岩层有关主要膨胀性参数 维普资讯 2 0 0 8年第 3期 李文平 工程地质因素对巷道支护效果的影响 总第 1 5 3期 2 ． 2岩 体膨 胀条 件 ① 岩层 本 身 具 有 吸水 膨 胀性 ； ② 岩层 只有 在 干 湿 交 替作用 下才 发生 吸水 膨胀 现象 。 从 多 次崩 解 试 验看 ， 保 持天 然 含 水率 的岩 块 浸 泡在水 中不产生崩解现象 ， 而使其失水 如烘干、 晒 干、 风化等 ， 打破岩块的天然含水率状态后再浸泡 于水 中 ， 岩块 很 快就产 生膨 胀崩 解 ， 而且 干燥饱 和 吸 水 率越 大 、 胶 结 系数 越 小 、 蒙脱 石 含 量 越 高 、 表 面 积 越 大 的岩块 ， 膨胀 崩解 越是 迅速 强烈 。 2 ． 3 岩体 工程地 质性 质对 巷道 支护 效果 的影 响 井下 巷 道 围岩 一 经揭 露 ， 由于围 岩本 身岩 性 及 所处 环境不 同造 成 围岩失 水程 度不 同。当 围岩失 水 打破 了天然 含水 率状 态 ， 再 遭受 水 的侵蚀 时 ， 围岩 就 会 发 生膨胀 崩解 。围岩风 化带 越厚 ， 失水 深 度越 大 ， 围岩 再吸水 膨胀 崩 解 就 越厉 害 ， 作 用 于巷 道 支 护 体 上 的膨胀力 随之 就越 强 。 当膨 胀崩 解产 生 的膨胀 力 与其 他应力 之 和小 于 或 等 于巷 道 支 护 体 强 度 时 ， 支 护体 处于相 对稳 定 状 态 ； 当膨 胀 崩解 产生 的膨 胀 力 与其 他应 力之 和大 于 巷 道 支 护体 强 度 时 ， 造 成 支 护 体产 生挤压 性破 坏 ， 导致 支护体 严 重变形 ， 直 至完 全 破坏 。 2 ． 4 煤 底板及煤 底板下岩层 中巷道支护效果分析 从表 1 还 可 以看 出 ， 煤 底板 至 煤 底 板 8 m 以 上 段 岩 层 ， 其 岩 块 的 干 燥 饱 和 吸 水 率 平 均 为 6 4 ． 0 3 ％ 。虽 然属 强膨 胀性 ， 但接 近 强膨胀 性 划分 范 围 的下 限 。蒙 脱 石 含 量 平 均 为 1 7 ． 2 6 ％ ， 比 表 面 积 平均 为 1 8 1 ． 1 2 m ／ g ， 与膨 胀性 密切 相关 的这 些参 数 相对较小 ， 即使巷道 围岩失水打破了其天然含水率 状态 ， 因围岩本 身膨胀 性 相对 较差 ， 所 以围 岩膨胀 作 用在 巷道支 护 体上 的膨 胀 力相 对 较 小 ， 巷道 支 护 效 果较 好 。 而煤 底板 8 m 以下岩层 以泥岩 为主， 其空隙 相对 致密 不发 育 ， 透水 性 能差 ， 巷道 围岩 被 揭 露 后 ， 岩层 因风 化耐 久性较 差 ， 巷道 围岩 风化 失水 ， 深部 岩 层又 不能及 时补 给 水 量 ， 造 成 围 岩 天 然含 水 率 状 态 被破 坏 ， 围岩抗 外界水 作 用能 力相 对较差 。另外 ， 该 层位的胶结系数平均 1 ． 2 7 ， 只有煤 底板到煤 底板 8 m以上层位胶结系数 1 ． 7 7 的 0 ． 7 2倍 ， 比煤 底 板岩 层平 均 胶 结 系 数 小 得 多 ， 胶 结 程 度 相 对 较 差 。 所以， 该层位易遭受外界水的作用产生膨胀崩解 。 从 表 1中 可 以看 出 ， 煤 底 板 8 m 以 下 岩 层 岩 块干燥饱 和 吸水率 平均 为 1 2 2 ． 2 8 ％ ， 其膨 胀性 是 煤 底板 到煤 底 板 8 m 上层 位 的 1 ． 9 1倍 ； 比表 面 积 平 均 为 3 5 1 ． 8 3 m ／ g ， 是 煤 底 板 到 煤 底 板 8 m 上 层位 的 1 ． 9 4倍 ； 蒙 脱 石 含 量 平 均 为 3 5 ． 4 1 ％ ， 是 煤 底 板 到煤 底 板 8 m 上层 位 的 2 ． 1倍 ， 按膨 胀 性 划 分标 准为 剧膨 胀岩 层 。尤其 对 于弱胶 结 泥质岩 来 说 ， 有效 蒙脱 石 含量 的 多 少对 其 膨 胀 性 的 大小 具 有 重 要 的控制 作用 ， 蒙 脱石 含量 的微 小增 加 ， 其膨胀 性 都 有 明显 的变化 。 由此 决定 了在 煤 底 板 8 m 以下 岩 层 中掘凿 的 巷道 围岩 在 经 过 干湿 交 替 后 ， 围岩 膨 胀 性较 强 。随着 岩 石 膨 胀 作 用 的发 生 ， 导致 岩 石 强 度 的 急剧衰 减 。 当膨胀 产生 的膨 胀力 与其 他应力 之 和大 于巷道 支 护体 强度 时 ， 支 护体 破坏 ， 巷 道支 护效 果 显 现极差 。 以上理 论 分析 与下 组煤 开拓 延伸 过程 中实 际揭 露 的 实际情 况 是 吻合 的。 下组 煤 人 行斜 井 1 6 。 下 山 ， 材 料斜 井 1 8 。 下 山分别 揭露 煤 底板 1 2 0 m， 采 用 料 石 圆碹 支 护 皆 已施 工 1 2 0个 月 。 除人 行斜 井 下 头 2 0 m穿越 1 7 m落差的 F ， ． 断层处被返修外 ， 其他 未 进 行返修 。而在 煤 底板 8 m 以下岩 层 中掘凿 的 巷道 ， 如 下组煤 一2 5 0 m 井 底 车 场通 过 线 2 5 0 m， 料 石 圆碹 支 护 ， 施 工后 2～ 6个 月被 压垮 ； 下组 煤 一 2 5 0 m 西 大巷 1 7 0 m， 料 石 圆碹支 护施 工 后 1～ 4个月 被 压 垮 ； 材 料 井 下 车 场 及 绕 道 钢 筋混 凝 土 浇 注 5 0 m、 料石 圆碹支 护 1 0 0 m， 施 工后 5～1 3个 月 被压 垮 ； 下 组 煤 翻笼 绕 道 2 1 0 m 采 用 马 蹄 形 桁 架 锚 喷 封 闭 支 护， 几乎随施工随被压垮 ， 后 又经套封闭 u型钢棚 及 料 石 圆碹 ， 结果 又被 压垮 ， 现 已封 闭废弃 。 总之 ， 在 煤 底 板 巷 道 施 工 中 ， 岩 层 湿 润 ， 局 部 岩 层 甚至 还有 淋水 现象 ， 掘 进时 打 眼困难 ， 施工 地点 泥水 多 ， 作 业 条件 差 ， 但 是 巷道 围岩 的工程 地质 条件 较好 ， 施 工 后 巷道 支 护 效 果 较好 ； 而在 煤 底板 8 m 以下 岩层 中施 工 巷道 时 ， 施 工地 点 比较干 燥 ， 作 业条 件较 好 ， 但 是 巷道 围岩 的工 程地 质条 件较 差 ， 施 工后 巷道 破坏严 重 ， 支 护效 果极 差 。 3 结 语 1 设 计时 尽 量 考 虑 在 煤 底 板 8 m 以上 岩 层 中布置巷道 ， 避 开煤 底板 8 m以下岩层。无法避 免时 ， 应采 用柔 性 主 动支 护 和可 缩 性 较 大 的 刚性 支 护相 结合 的支 护形 式 ， 以提 高巷 道支 护效 果 。 2 在煤 底板岩层中布置巷道时， 采用料石 圆 碹 支 护形 式能 够满 足正 常 的安全 生产 需要 。 3 巷 道施 工 时 ， 尽 量 及 时 封闭 围 岩 ， 避 免 围岩 暴 露 时 间过 长 ， 降低 围岩失水 下 转 第 5 4页 3 9 维普资讯 2 0 0 8 年第 3 期 中州煤炭 总第 1 5 3 期 机学 习业 务知识 的积 极性 ， 对 跳 汰 司机 个 人 技术 素 质也 进行考 核 ， 并对成 绩差 的司机进行 淘 汰 。 1 指标 及考 核 。技 术 考核 指标 和指 标 考核 办 法采 用奖 金考 核指标 和 办法 。 2 技术考核办法。每名司机当月全部生产检 查数 据汇 总后 ， 按照 考核 办法分 项进 行考 核 ， 算 出块 煤灰分合格率 、 块煤产率 、 未精煤灰分合格率 、 中煤 及小矸灰分合格率 4项考核分数 ， 4项 汇总 即为个 人 当月最终 考核 结果 。 跳汰司机单月技术考核成绩每季度汇总一次， 依据成绩高低 ， 前 3名为优秀跳汰司机 ， 后 5名为普 通跳汰司机 ； 另外， 厂对跳汰司机单月技术考核成绩 半 年 进行一 次汇 总 ， 为 个人 半年 技术考 核成 绩 ， 依 据 汇总情况取前 3名为优秀跳汰司机 ， 最后 1名淘汰， 其余为普通跳 汰司机。 2建立跳 汰司机考核 电子模板 2 ． 1跳 汰司 机个 人考核 模板 的建 立 在 E X C E L表中， 用带条件统计函数 C O U N T ． I F ， 在灰分数据统计范围内， 查找符合条件 的进行个数 统 计 ， 根 据统 计 的个 数 计算 相关 的结 果 。例 如 图 1 ， 末精灰分 的计算 ， 先统 计 出灰 分数据 区间的低 于 9 ％的个数 不合格 、 高于 1 1 ％的个数 不合格 、 图 1 跳 汰司机 考核 、 综合计分系统 高于 1 2 ％ 的个 数 不合 格且 处罚 及灰 分 总数 ， 再 计 算相应的合格率、 奖金的奖罚额， 最后计算出本项个 人 得 分 。 依照末精煤灰分 的计算方法 ， 同样计算 出本月 个 人块 煤得 分 、 中煤 得 分 、 块 煤 率 得 分 ， 最 后 4项 相 加得出本月个人综合考评成绩 。 2 ． 2块煤 率折 算模板 建 立 调度室根据每个生产班洗块煤产量和商品煤产 量 ， 计 算 出 当班 的块 煤 率 当班块 煤 率 当班洗 中 块 产 量 当班 洗 小 块 产 量 当班 洗 小 粒 产 量 ／ 当 班商品煤产量。 利用 E X C E L中 函数 A V E R A G E计 算 出 每个 班 的平均块煤率 ， 再根据集团公司当月盘库块煤率， 折 算 出 当月 当班 的平 均 块 煤 率 A班 考核 块 煤率 月 底盘库块煤产率 3A班块煤率／ A班块煤率 B班块煤 率 c班块煤率 ， 折 算结果就是 当月个 人 、 班组 的块 煤产 率 。 2 ． 3考核 结 果模板 根 据 E X C E L表 与表 之间 可 以用 “” 进行 数 据 共 享 的特点 ， 把个 人 的 各 种 灰 分 指标 的个 数 、 得 分 、 最后成绩等 ， 导人考核结果模板进行汇总 ， 计算个人 排 名及 奖金 。 3 系统模板 的应用和效 果 针对 系统模板应用 中存在的问题 ， 生产部 门和 职能部门共 同进行 了系统结构调整 与完善 ， 现阶段 该 系统运 行 良好 。 通 过 跳 汰 司机 考 核 ， 调 动 了跳 汰 司机 的工 作积 极性 ， 促使他们不断加 强学 习， 提 高 自身技术素质 ， 在保证煤炭产品合格的基础上 ， 灰分指标力争达到 或接近于客户要求 的上 限， 杜绝“ 质量过剩 ” ， 实现 精煤产率最大 、 效益最大。该考核办法实施后， 车集 选煤厂杜绝 了煤质纠纷 ， 同时末精煤产率也屡创建 厂 以来 最高 水平 。 责任 编辑 郭海 霞 上接 第 3 9页 程 度 和 外 界 水 对 巷 道 围 岩 的作 用 ， 从而减少围岩的膨胀性 ， 提高巷道支护效果。 参 考文献 [ 1 ] 曲永新． 泥质岩成岩胶结作用 的工程地 质研究 [ M] ／ ／ 何满潮． 中国煤矿软岩巷道支护理论与实践． 徐州 中国矿业 大学 出版 社 。 1 9 9 6 ． 5 4 [ 2 ] 曲永新 ， 徐晓岚 ， 时梦熊 ， 等． 泥质岩 的工程分类 和膨胀势的快 速预测[ J ] ． 水文地质工程地质 ， 1 9 8 8 5 3 6 3 9 ． [ 3 ] 曲永新． 泥质岩的胶 结作用 与活化作 用 [ M] ／ ／ 中国科学 院地 质研究所． 岩体工程 地质 力学 问题 八 ． 北京 科学 出版社 。 1 9 8 8 ． [ 4 ] 胡广韬 ， 杨文远． 工程地质学 [ M] ． 北京 地质 出版社 。 1 9 8 4 ． 责任 编辑 秦 爱新 维普资讯