地质工作与井巷施工.doc

地质工作与井巷施工

作者：权发宽 单位：云南东源矿山工程公司
关键词  地质  施工 
摘  要  地质工作是矿山的眼睛，在矿山建设和生产中发挥着重要的作用，可以说离开了地质工作，采掘工作将会变得盲目、无序和被动，不但会造成资源的浪费，而且还造成成本的增加，降低经济效益和社会效益。重视地质工作是每个矿山企业负责人的历史使命，也是科学发展观的根本体现。加强地质工作，加强井巷施工前的地质预测，为设计、施工、生产等各个环节提供比较可靠的地质资料，将会给施工安全、质量、进度、成本、效益等方面取得可喜成绩。下面以大山矿井井底车场的施工为例，介绍地质预测在井巷施工中的重要作用。
1、工程概况
麒麟区大山煤矿是一个设计能力21万吨/年的标准化矿井，地质储量约1000万吨，设计单位是曲靖市煤炭设计院。主采C8、C9、C15、C16煤层，斜井开拓，井底车场布置在C9煤层底板，标高为+1875m。
2、地质预测
在施工前施工单位组织工程技术人员进行详尽的地质调查研究，靠井筒北侧有影响较大的F21正断层，距离井底车场水平距离约150至170米。预测井底车场附近会有次一级断层产生，而井底车场的岩石为C9煤层底板，岩石遇水膨胀。这两个不利因素将对井底车场的施工带来晋严重影响。
按照地质预测，井底车场布置在C9煤层底板显得极不合理，因为恩洪矿区C9煤层底板以灰色、浅灰色粉砂质泥岩、泥岩为主，遇水易膨胀。井底车场是生产运输的重要系统，断面大，又有水泵房、配电室等巷道连通，巷道压力大。如果围岩不稳定，势必所有的压力都只有依靠支护主动承受，不但会造成支架损坏，增加安全危险因素，还有可能造成井底车场报废，影响整个开拓系统布置。施工单位建议把井底车场布置在C13～C15煤层底板，既可以满足主采煤层C8、C9、C15、C16的需要，还可以减轻巷道的压力，并且采掘布置更加合理。但设计方坚持己见，施工单位无可奈何，只能照图施工。
3、支护设计
井底车场净断面9.53m2，支护形式为U25可缩型钢支架支护，支架间距800mm、背50mm厚钢筋混凝土背板支护。显然设计方案对井底车场的地质情况未作详尽调研，这种支护方式只能用在顶板较完整、压力不大又不适合锚喷支护的巷道，因为50mm厚的钢筋混凝土背板容易从中部断裂，且支架间距偏大，更容易加速背板的断裂和支架的变形。
4、施工方案
(1)副斜井施工落平后，在井筒落平点右侧施工一个2m×3m×2.5m的临时水仓，安装一台D25多级泵抽水，保证井筒中的水不会流到车场，防止C9煤层的底板岩石被水浸泡产生朔性变形，尽最大限度保护支护不被破坏，弥补设计带来的先天不足。
(2)车场施工采用光面爆破，多打眼，少装药，尽量减少破坏围岩的原始应力结构，避免产生过大的应力集中。遇地质构造带改用松动爆破并用风镐刷大至设计断面，进行永久支护。
(3)背帮背顶充填密实，减少应力不平衡。
(4)掘进过程中，U型钢支架卡缆螺栓扭矩达到设计值的90%,不要一次性达到设计值，让顶板初次应力有一个释放空间，体现U钢支架在软岩支护中发挥积极的刚柔相济作用，等待初应力得到释放后再第二次、第三次扭紧螺栓达到设计值。钢支架的壁后充填基本密实，使应力释放均匀。
５、施工动态监测
施工过程中，遇到断距在２～５米的断层３条，断距在５～１０米的断层１条，断层带宽５～２５厘米，有少量断层水。U钢支架每间隔２天复测一次，包括净高、净宽。根据统计数据，接近断层附近的U钢支架净高和净宽变化很大，其它位置支架尺寸变化较大。到第二十天，支架尺寸变化较大的支架拱部开始出现折弯，底板鼓起最高处已经达到63厘米，两腿向巷道内移，钢筋混凝土背板开始大量断裂，矿车已无法通过，巷道净断面最小处只有5.7mm2。
６、处理方法
由于侧压和顶压共同作用，造成支架变形严重、背板断裂、巷道净断面急剧变小，要从根本上解决 ，除按照地质预测中改变巷道的设计位置外，还可以采取一种补救办法就是改变支护方式。
(1)按照地质预测，井底车场应该布置在C13～C15地层中的粉砂岩段，但设计方案考虑不成熟，先天已显不足。只能采取其他方法补救处理。
(2)根据车场实际监测资料，顶压和侧压还在继续增大，尤其是侧压破坏性更大。如果采取原有方式修复，效果不会明显，甚至还会造成更大损失：整条车场将报废。为此，建议设计支护方式变更，采取缩小原有支架间距800mm为500mm，钢筋混凝土背板改为在U钢支架上绑扎φ20螺纹钢筋，间距500 mm；在螺纹钢筋上挂φ6钢筋网喷射150mm厚C15混凝土；在底板上用粗料石砌筑反拱。同时施工水沟，保证巷道无积水，防止底板岩石的进一步软化，增加原始围岩的支撑强度。
(3)采取上述方法处理后，经过实际测量，巷道尺寸变化在允许范围内，局部巷道高度小于设计30～50mm,不影响安全使用。顶部喷射的混凝土有少量开裂脱落，局部进行混凝土补喷后巷道达到质量验收要求。
7、结束语
(1)地质预测在井巷设计、施工中起到非常重要的作用:可以优化设计方案，保证巷道的使用寿命，降低施工成本和运行成本。
(2)地质预测是指导施工的眼睛，它可以为设计提供更可靠的资料，采取更合理的支护方式，给施工安全、质量提供重要的技术支持，创造更好的经济效益。每米巷道成本按9600元计算，车场返修损失（不包括工期损失）约80万元，并在返修过程中增加了很大的安全风险。
(3)地质预测是安全生产方针“预防为主”的重要体现。