地质构造复杂地段巷道优化设计

关键词: 地质构造;断层;煤层;巷道优化设计

　　1 地质概况

　　朱集西井田位于淮南煤田的北部,,井田总体构造形态为一轴向北西西的背、向斜。背斜轴部附近两翼地层倾角较大,为20~25°,南部宽缓向斜地层倾角平缓在5~10°。全区可划分为五个褶曲(2个背斜、3个向斜),其中规模较大的有三个,控制着全区的煤层形态。井田内共发现断层(≥10m)46条。其中有正断层7条,逆断层39条,井田中部断层较少。南部边界断层(组)发育规律性强,易于控制;而北部边界断层既有逆掩断层的上盘推覆体,又有大型张性断裂,两者叠加形成井田北部边界断层发育十分复杂。

　　2 FD84断层揭露情况

　　在井底车场所施工的巷道中揭露较大断层(落差>10m)FD84断层,FD84断层:为正断层,产状349°∠70~85°,H=0~15m,在井底车场副井南马头门、-962水平井底车场存车线、充电硐室、一号总回风石门、二号总回风石门、以及中央矸石运输机巷、梯子间通道等地点都揭露该断层。断层为高角度张扭性断层,断层面附近岩层挤压揉皱现象明显,部分地段揭露有断层面出现弯曲和反转现象。巷道揭露断层时无水或少量渗水。

　　3 -895m装载机联巷设计方案优化

　　3.1 原设计方案不足之处

　　1)原设计方案巷道需穿过FD84正断层,巷道施工层位处于泥岩中,由于巷道离断层较近,泥岩破碎,裂隙发育,岩石质量差,硬度小。FD84断层为10m~15m落差的大断层,并伴随次生断层的发育,断层破碎带大,围岩裂隙明显发育,在巷道掘进过程中易出现片帮、掉顶现象,巷道支护难度加大,也加大了巷道施工的安全隐患。

　　2)由于FD84断层为正断层,属于张性断层,且距煤层距离近,断层带具有突出危险性区段,在巷道掘进过程中可能会出现瓦斯异常现象,甚至可能会诱发煤与瓦斯突出。再之,FD84断层切断11煤组上覆厚层细砂岩、下伏厚层块状砂岩(K3砂岩),大大加大巷道掘进的安全隐患。

　　3.2 FD84断层位置及11煤组赋存情况探查

　　此前探查位于-895转载机联巷Z3点前7.0m(巷道迎头),设计2个孔,合计工程量为49m。

　　3.2.1 探查目的

　　1)确定FD84断层的具体位置及导水性;

　　2)确定断层上盘11-2煤距巷道底板最小法距;

　　3)为下一步巷道掘进提供详实的地质资料。

　　3.2.2 探查结果

　　1)断层距巷道迎头6.5m,断层无导水性。

　　2)-895m装载机联巷(Z3点前7.0m),现迎头处在FD84断层上盘,巷道底板距11-2煤顶板最小法距为19.2m±,距11-1煤顶板法距为23.2m±;11-2煤厚1.8m,11-1煤厚0.8m,11-1煤与11-2煤的层间距为1.8m。当巷道处在FD84断层下盘时,巷道底板距11-2煤顶板最小法距为4.5m±,距11-1煤顶板法距为7.5m±;11-2煤厚1.1m。根据11-2煤探查结果所得煤岩层倾角,判断该层煤发生错动,落差为15.2m,从而推断FD84断层的落差为15.2m。

　　3)地层主要以泥岩为主,上盘11-2煤上部有两层煤线。

　　3.3 巷道优化设计

　　1)根据钻探结果,设计部门更改原设计方案,原巷道提前拐弯,避过FD84断层,巷道左帮距FD84断层最小距离为10.7m,现设计巷道处在断层上盘,距煤层远,掘进安全系数大大提高,且减小了掘进工程量。如图1。

　　2)对断层破碎带及下盘煤层进行注浆加固。

　　① 加固方案

　　根据现场施工条件在胶带输送机检修巷Z3点前7.6m处,用SGZ-ⅢA型钻机施工注浆孔,钻孔施工至15~20米深时,下入φ91mm套管进行注浆固管,待凝固48小时后进行耐压试验,试验后达到设计注浆压力后钻进至第一受注段即可进行注浆加固,钻孔施工至受注段分段高采用水泥单液浆进行进行注浆加固。注浆孔的布孔水平间距10米(根据注浆量和注浆压力适时调整水平间距),垂直间距为4米即巷道顶板上2米,巷道底板下2米和巷道中间。

　　② 注浆参数设计

　　③ 注浆效果分析

　　本次注浆工注入水泥966袋(48.3t),其中3#孔注入112袋(5.6t),11号孔注入98袋(4.9t),13号孔注入108袋(5.4t),17号孔注入88袋(4.4t),进过后期观察,-895装载机联巷在掘进过程中,巷道涌水量仅为0.4m3/h,瓦斯含量仅为0.3%,达到了预期注浆效果。

　　4 结论

　　1)这次探查结合中央矸石运输机巷实际揭露FD84断层位置,可以较明确的推断出胶带输送机检修巷掘进过程中揭露该断层的位置。

　　2)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。

　　参考文献:

　　[1]张计恒,深部断层探查及防水煤柱留设优化设计[J].矿山测量,2012(1):69-71.

　　[2]何华,复杂地质条件下煤与瓦斯突出矿井优化设计[J].煤炭工程,2011(8):1-3,7