煤泥巖硐室群區地質及工程條件評價

劉振宇

（山西汾西礦業集團南關煤業，山西 靈石 031300）

引言

井工硐室及巷道維護的難易程度與工程的開挖深度、圍巖地質條件、開挖斷面及其他井巷硐室的擾動等有關。其中，井底車場與井筒連接處的馬頭門處于多條巷道組成的硐室群區，設計斷面較大，各類硐室開挖相互擾動，而且服務期限長，服務功能集中復雜，又有可能面臨頂板淋涌水等惡劣水文地質條件，因此馬頭門處的支護往往存在較大的困難［1－3］，本文針對某礦馬頭門處煤泥巖硐室群區的地質及工程條件進行評價分析，以對它的支護和圍巖控制提供針對性指導。

1 工程地質概況及分析

某礦位于山西省霍西煤田中南部，構造體系處于祁呂賀山字型構造前弧東翼，總體為一寬緩的背向斜，軸向傾向NW。該礦進風立井井底馬頭門底板標高為＋317.227 m，連接處標高＋310.227m。馬頭門掘進高度4.6～7.4 m，凈高4.2～7.0m，掘進寬度6.2 m，凈寬5.3 m，長度21.5m。馬頭門頂板為黑色泥巖，厚2.9m，頂板之上為一層厚度為1.4m 的5號煤層，再往上是7.7m 厚的黑色泥巖和5.5m 厚的灰色厚層狀細砂巖，具體的層柱狀圖如下頁圖1 所示。支護采用普通錨桿索混凝土澆筑，混凝土厚度450mm。

本工程屬于典型大斷面復雜硐室群區掘進與支護工程，由于埋藏深，地應力大，且井筒連接處圍巖為泥巖與煤線組成的組合煤巖體，強度低、承載能力差，且馬頭門巷道圍巖為軟弱泥巖且遇水易泥化膨脹，加上井筒淋水嚴重，導致南北兩側馬頭門圍巖更加軟弱破碎，節理發育，整體強度降低，支護存在較大困難。

硐室群與一般巷道相比，具有斷面大、變化多、結構應力復雜、服務年限長等特點，支護困難。如果井筒水文地質條件復雜，淋水較大，特別是在水溶性軟弱膨漲煤泥巖條件下，遇水后將有可能發生膨脹、崩解、軟化、泥化等惡化趨勢，使巷道圍巖自承能力極速下降，造成巷道的大變形破壞，將會給硐室群支護帶來非常大的困難。

2 煤巖體物理力學性質實驗

2.1 典型圍巖巖樣采集

馬頭門巷道軟弱圍巖巖石物理力學性質測定是地質及工程條件評價的基礎，頂板巖芯取樣地點的選取應該滿足以下條件：取樣地點五米內沒有斷層破碎帶等地質構造；取樣地點的圍巖條件應該較好，沒有出現由于掘進造成的破碎離層等現象；所取巖樣應該盡量大，以滿足實驗室的標準巖樣的制備。

圖1 馬頭門處地層柱狀圖

經過對進風井馬頭門巷道現場的調研勘察，初步確定在馬頭門巷道的南北兩段分別確定一個取樣地點，由于本區域的5號和6號煤強度較低，無法完成取樣，取樣巖層選定同為5號煤底板與6號煤頂板的一層巖層。位置分別為：1號巖樣取樣點選定在南側馬頭門的信號硐室內，2號巖樣取樣點選定在北馬頭門巷道的一側。巖樣尺寸要求在300mm×300mm×300mm 以上，新鮮且裂紋分布較少，總數為3塊，用尼龍口袋裝上并送到地，以便進行巖樣的物理力學等測試。

2.2 巖樣實驗參數及測試結果

本次實驗主要測試項目包括：巖石的單軸壓縮及變形實驗、巖石劈裂實驗以及巖石剪切實驗。主要應用WEP－600型液壓式屏顯萬能實驗機及輔助工具對巖樣加載測試，根據測得數據得表1～表3所示5號煤層底板巖層抗拉強度、單軸抗壓強度、抗剪強度、巖體粘結系數、彈性模量、內摩擦角、普氏強度系數等物理力學性質參數值。

表1 5號煤層底板巖層抗壓強度表

表2 5號煤層底板巖層抗拉強度表

表3 5號煤層底板巖層抗剪強度表

3 煤泥巖硐室群區地質及工程條件評價

3.1 地質條件評價

根據我國工程巖體分級標準（GB 50218—94），結合實驗室測試出來的巖層物理力學參數，對5號煤層底板進行分類。巖石質量指標公式：

式中：QB為巖體質量指標；RC為巖體單軸飽和抗壓強度值，19.22 MPa；Kv為巖體完整性指數值，取0.45。

則可以計算得：

5號煤層底板巖層作為該巷道的主要承載圍巖，根據我國巖體基本質量分級標準，該圍巖屬于Ⅳ級巖體，屬較軟巖或軟硬巖互層，巖體較破碎，加之在其上下分別賦存有5號煤和6號煤，整體地質條件為軟弱巖體。

3.2 工程條件評價

本巷道所處的工程條件可從以下幾個方面重點闡述：首先，工程地質條件方面，本巷道所處的圍巖為泥巖與煤線互層區域，泥巖體抗壓強度較低，僅為19.22 MPa，其普氏系數f值也僅僅為1.9，加之該礦上跑蹄進風井連接處還有5 號和6號煤層，整體圍巖強度較低，工程地質條件較差。其次馬頭門治理工程本身就是煤礦建設工程中條面的情況。對于巷道支護來說人為增加了一些難度，同時由于馬頭門巷道是煤礦巷道服務期限較長的區域，從穩定性和支護強度上對支護的要求較其它巷道要高。最后從工程空間條件方面，本巷道所處區域為礦井巷道空間結構最為復雜的地段，周圍50m 內立體分布有豎向井筒、310水平三條開拓巷道、井底車場巷道、井下變電所、候車硐室、安全通道、管子道以及液壓硐室和信號硐室等多條巷道和硐室，空間結構非常復雜，對于巷道所處區域的地應力影響較大，空間應力條件非常復雜。

4 結語

從該礦煤泥巖硐室群區特大斷面巷道的地質條件和工程條件非常復雜，圍巖強度較低甚至沒有達到某些煤體的強度，而且工程條件也比較復雜。以上所有條件對于井底連接處的馬頭門支護提出了更高的要求。

［1］程樺，蔡海兵，榮傳新等.深立井連接硐室群圍巖穩定性分析及支護對策［J］.煤炭學報，2011，36（2）：261－266.

［2］孫曉明，郭志飚，蔡峰.深部泵房硐室群破壞原因及控制對策研究［J］.煤炭工程，2009（5）：28－30.

［3］吳丹.深立井連接硐室群穩定性分析與施工方案優化［D］.淮南：安徽理工大學碩士學位論文，2010：8－20.