糯东煤矿副平砸严重变形区围岩钻孔窥视分析.pdf

科技■信息化 I Science Technology Inatization 糯东煤矿副平砸严重变形区围岩钻孔窥视分析 〇 文 /徐 耀 郭 昌 贵 金 志 远 矿井平硐施工过程中， 需穿 过多层岩层， 通常围岩控制难度 较大。由于贵州兴安煤业有限公 司糯东煤矿副平硐部分区域巷道 围岩软弱， 变 形 较 大 ， 为了确定 合理的副平硐严重变形区返修支 护方案， 采用钻孔窥视仪分析副 平硐严重变形区围岩内部结构特 征， 为返修支护设计提供了依据， 也为相似工程提供了有益借鉴。 、 工程概况 糯东煤矿是贵州兴安煤业有 限公司旗下的首对矿井， 井田面 积68.28km2。由于懦东煤矿副平 硐施工过程中穿过多层岩层， 其 围岩条件极其复杂， 而且主要以 泥质砂岩、 砂质泥岩、 粉砂质泥岩 为主， 岩层强度较低， 围岩条件比 较差， 岩性软弱， 不好控制。 在地 应力作用下， 副平硐部分区域变 形较大， 而且是扭曲变形， 围岩出 现破裂，U型钢支架变形严重， 影 响安全生产， 亟待开展相关研究 工作。 二、 测定方案 为 了 确 定 合 理 的 副 平 硐 严 重 变 形 区 返 修 支 护 方 案 ，采用 ZKXG3 0 型钻孔成像仪测定副 平 硐 严 重 变 形 区 围 岩 松 动 圈 ， ZKXG30型钻孔成像仪主要包括 主机、 探杆、 探头肯数据线。 主要 技术参数如表1所示。 在副平硐严 重变形区布置1个测站。 表 1 ZKXG3 0 型钻孔成像仪技术参数表 钻孔直径 〇25mm 钻孔深度30m 可延伸） 探头分辨率700 lines 连续工作时间多 10h 存储容量30GB 外形尺寸 195mm x 115mm x75mm 三、 钻孔窥视分析 1.左帮钻孔窥视分析 据左帮钻孔成像结果显示， 0.5m处煤体呈松散的颗粒状， 横 向裂隙明显， 但裂隙贯通不明显， 煤体在应力重新分布后整体呈塑 性状态。1.0m处煤体受围岩应力 增 大 ， 煤体压实度上升， 部分裂 隙处于闭合状态， 成孔效果好。 1.76m外纵向裂隙出现（ 纵向裂隙 为钻孔所致， 表明此时围岩强度 低， 钻孔振动导致煤体破裂） ， 但 钻孔劈面进一步细致， 主要是围 岩压力进一步加大所致。1.97m 处肉眼可见明显的纵向裂隙贯 穿， 纵向大块煤体脱落， 局部开 始出现细微横向裂隙， 但钻孔内 的横向裂隙的发育程度不是太明 显 ， 说明矿山压力主要以垂直应 力为主， 水平应力相对较小。 孔内 有许多粉末碎屑， 主要原因是钻 孔施工过程中钻杆摆动所致， 而 且钻孔直径变大， 粉末的出现势 必会影响钻孔窥视效果， 必须用 压风将粉末吹出。 2.顶板钻孔窥视分析 顶板钻孔为垂直钻孔， 钻孔 直径为28mm， 但顶板钻孔的打设 过程中偏差较大， 给成像工作带 来了困难， 为保证良好的成像效 果， 对顶板钻孔用直径为32mm钻 头进行扩孔， 并进行淋水冲洗。 据顶板钻孔成像结果显示， 0.07m处围岩破碎严重， 块体间 空隙较大， 围岩胶结性差， 横向 裂纹破碎程度较大， 为第一分区 破裂化区域。 0.43m处围岩的破 碎程度相对小于〇.〇7m处， 但受 围岩应力集中影响， 围岩壁面粗 糙 ， 纵向与横向裂隙交错复杂， 围岩由松散状态向塑性状态过 渡， 围岩承载能力小， 稳定性差。 0.97m处围岩纵向裂隙大于横 向裂隙， 但纵向裂隙较多， 表明 围岩受压后强度降低， 围岩应力 持续集中， 横向层间距离较大， 围岩破裂严重， 巷道围岩整体稳 0〇 China Coal Industry 2020/08 Science Technology Inatization I 科技■信息化 定性较差。1.50m处巷道围岩纵 向裂隙消失， 围 岩强度提高， 但 围岩横向层状分布特征显著， 围 岩整体稳定性相对较好， 此处为 围岩第一分区破裂化区域终止 位 置 。2.0m处巷道围岩特性与 1.5m处相似， 仍然表现层状分布 特 征 ， 层间胶结性较差， 但巷道 围岩稳定性依然相对较好。 2.5m 处巷道围岩局部横向裂隙扩大， 巷道围岩的稳定性开始变弱， 相 对稳定区域终止。3.01m处围岩 呈现扭错型破坏， 围岩破碎块体 与 裂 隙 空 间 较 大 ，围岩进入第 二 分 区 破 裂 化 区 域 。3.5m处围 岩壁面光洁， 纵向裂隙明显， 且 裂隙宽度较大， 围岩强度较低， 主要表现为围岩在应力持续集 中作用下压密后的承载。 4.0m、 4.5m与5.0m处围岩破坏程度大 于3.5m处， 纵向裂隙增多， 且多 处 出 现 纵 向 裂 隙 的 贯 穿 现 象 。 5.5m处围岩壁面的扭动现象变 缓 ， 横向裂纹不明显， 围岩强度 有一定的提高， 围岩第二分区破 裂化区域终止。6.0m处围岩壁 面开始趋于光滑， 纵向与横向裂 隙减小， 巷道围岩开始再次进入 相对稳定状态。6.52m、 7.02m 与7.51m处围岩稳定， 但围岩层 状 分 布 特 征 显 著 ，层间胶结性 较 差 ， 胶结强度较低， 但巷道围 岩相对稳定， 可考虑作为稳定岩 层。8.61m处围岩再次出现扭错 性破坏， 壁面颗粒状特征显著， 围岩出现塑性破坏形态。8.52m 处围岩纵横向裂隙不明显， 此处 的巷道围岩整体仍然处于相对稳 定状态。 9.0m与9.11m处围岩塑 性破坏特征出现， 围岩进人第三 分区破裂化区域， 巷道围岩稳定 性降低。 3.右帮钻孔窥视分析 右侧帮部水平钻孔钻进岩性 为煤体。考虑到右帮水平钻孔的 施工难度与钻孔闭合效应， 设定 帮部水平钻孔长度为4.78m。 据 钻 孔 成 像 结 果 显 示 ， 0.19m处煤体呈松散的大块体 状 ， 纵向与横向裂隙分布交错明 显 ， 但煤体破坏严重， 块体间无 胶结强度， 围岩整体呈松散状态。 〇 .5m处煤体由松散状态向压密状 态过渡， 横向裂隙减少， 但纵向裂 隙增多且分布明显， 表明煤体应 力集中程度较大。 〇.9m到1.0m处 受围岩应力集中影响， 煤体颗粒 明显， 裂隙闭合。1.65m处围岩局 部破裂严重， 壁面煤体块状掉落， 围岩塑性破坏再一次出现， 围岩 第二分区破裂化区域出现。 2.0m 处纵横向裂隙消失， 受围岩应力 集中的持续影响， 围岩局部出现 大面积径向方向的煤体压缩错动 情况， 此外为围岩应力集中影响 区， 也是第二分区破裂化区域的 终止边界。 2.66m、 3.0m、 3.5m、 4.0m、 4.5m与4.78m处， 围岩煤 体由松散状态变为压实状态， 无 明显的裂隙及破碎存在， 但围岩 较为软弱， 煤体整体径向呈层状 分布， 层间胶结状态较差， 但整体 围岩较为稳定。 四、 结论 1. 左帮为煤体孔， 2m范围内 压力较大， 煤体松软。 2. 顶板的钻孔02 . 5 4m范 围内的围岩划定为第一破裂化区 域； 顶板的钻孔3.0〜6.5m范围内 的围岩裂隙发育不明显， 将该范 围划定为岩层较稳定区， 但是该范 围内也出现了离层或破裂现象， 只 是出现的范围很小， 不影响整体 稳定性； 顶板的钻孔7.0〜8.95m 范围内仍然出现了裂隙， 且裂隙 发育比较大， 将该范围的围岩划定 为第二破裂化区域， 即该范围内 围岩的破裂化程度与〇2.54m范 围内的相对要小的多； 顶板钻孔为 9.59.8m以上的围岩裂隙发育不 明显， 将深度范围内以外的岩层划 定为稳定岩层。 3.右帮的钻孔0 0.5m范围 内的围岩节理裂隙发育较为显 著， 将该区域划定为第一破裂化 区 域 （ 破 碎 区 ）， 该范围内的煤 体内出现了多条大的裂隙， 非常 破 碎 ， 但随着深度的增加， 煤体 的破碎程度逐渐减小； 右帮的钻 孔 0.9 1.0m范围内的岩层节理 裂隙发育不明显， 出现了几条裂 纹 ， 个别区域出现了离层或破裂 现 象 ， 整体来说， 该范围内的岩 层比较稳定， 因此将该范围的岩 层划定为相对稳定区， 右帮钻孔 1.652.0m范围内的岩层节理裂 隙较为发育， 出现了多条裂隙， 并 且裂隙已贯通， 因此， 将该范围内 的围岩划定为第二分区破裂化区 域， 右帮钻孔2.664.78m范围内 的围岩裂隙发育不明显， 只出现 几条裂纹， 不影响围岩整体稳定 性 ， 因此， 将该范围内以外的区域 划定为压实围岩稳定区域。 作者单位 贵州兴安煤业有 限公司糯东煤矿） 责任编辑 庞永厚） 中国煤炭工业中国煤炭工业2020/08 6 1