趙固某煤礦立井位置選擇及支護(hù)方法淺析

■李俊濤　代兵

（1安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院　安徽　合肥　230022；2北京紅晶石投資咨詢有限責(zé)任公司　北京　100044）

趙固某煤礦立井位置選擇及支護(hù)方法淺析

■李俊濤1代兵2

（1安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院安徽合肥230022；2北京紅晶石投資咨詢有限責(zé)任公司北京100044）

趙固某煤礦位于河南省焦作煤田東部，井田總體構(gòu)造形態(tài)為一走向北西、傾向南西、傾角2~6°，局部12°的單斜構(gòu)造。受區(qū)域構(gòu)造控制，本區(qū)構(gòu)造特征以斷裂為主，發(fā)育的斷層有NE向、NW向和近EW向三組，其中以NE向?yàn)橹鳌E向斷層延伸長(zhǎng)、落差大、頻度高，由西北向東南把整個(gè)井田切割為階梯狀長(zhǎng)條形斷塊，且具多期活動(dòng)性，造成斷層兩盤新生界地層厚度相差較大；NW向和EW向斷層多被NE向斷層切割，近EW向斷層多在NE向斷層之間發(fā)育。本文綜合趙固煤礦的地質(zhì)資料、通過實(shí)地勘探和分析，對(duì)該礦立井井位進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并探討分析該礦立井施工中支護(hù)方法選擇。

趙固煤礦立井井位選擇支護(hù)方法

0　引言

趙固煤礦含煤面積161.17km2，總資源儲(chǔ)量12.89億噸，規(guī)劃建設(shè)2對(duì)1.8~2.4Mt/a的礦井。本文在利用該區(qū)地質(zhì)資料和前人研究成果，對(duì)該礦主井井位經(jīng)過分析確定其較優(yōu)位置，并對(duì)主井立井工程周邊圍巖及地質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地分析調(diào)研，采集大量樣品在室內(nèi)做實(shí)驗(yàn)分析，通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)值模擬，對(duì)該立井支護(hù)進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)探討和總結(jié)。

1　趙固煤田地質(zhì)水文條件

1.1地形地貌及水系

本區(qū)屬于太行山前沖洪積平原，地面海拔標(biāo)高75～100m，全區(qū)呈北高南低緩慢傾斜地勢(shì)，地形簡(jiǎn)單，自然坡度5～8‰。本區(qū)屬海河流域衛(wèi)河水系，區(qū)內(nèi)主要河流有：清水河、黃水河、石門河。礦區(qū)北部的太行山巖層裸露，接受降雨補(bǔ)給后在河谷地帶形成許多巖溶大泉，并成為河流的發(fā)源地，多數(shù)河流上游河段有水，距山口10～20km開始漏失或全部漏失，成為煤礦的主要充水水源。

1.2氣象及地震

本區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，年平均氣溫14.1-14.9℃。年平均降水量580—600mm，降雨集中在七、八月份，約占年降水量的70%以上。年蒸發(fā)量1680～2041mm，最低氣溫-8.1℃，最高氣溫38.6℃，夏季多東南和南風(fēng)，冬季多西北和北風(fēng)，年平均風(fēng)速2.37m/s，最大風(fēng)速18m/s。

河南省地震局資料記載，本區(qū)最大一次地震是1587年4月10日發(fā)生在修武縣的六級(jí)地震，基本烈度為Ⅶ度。

2　趙固煤礦立井井口位置選擇

2.1影響井口位置選擇的主要因素

2.1.1井田的儲(chǔ)量賦存范圍及形態(tài)

趙固煤礦的井田被斷層分割成東西兩大塊段，塊段呈傾斜條帶展布，設(shè)計(jì)開發(fā)開采的儲(chǔ)量主要集中分布在東部塊段中央，地質(zhì)條件上淺部基巖比較薄，在選擇井口位置時(shí)要遵循利于東部煤段開發(fā)，兼顧西部塊段，井口位于中深部較佳。

2.1.2淺層土厚度

趙固煤礦淺土層厚366.68～808.1m，平均480.0m，總的趨勢(shì)為由西向東、由淺至深逐漸增厚，在選擇井口位置時(shí)從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)應(yīng)選擇立井穿過較薄的表土層，以減少井筒凍結(jié)費(fèi)和施工難度，從利于開發(fā)利用角度選擇有利于全井田開拓的位置。

2.1.3巖性和煤層上覆基巖厚度

在巖性影響因素方面，井位選擇一方面要考慮施工巷道及硐室穩(wěn)定和支護(hù)，有利于井巷快速施工；另一方面井位選擇要考慮井底車場(chǎng)位于穩(wěn)定巖層內(nèi)。

2.1.4斷裂構(gòu)造與壓煤影響

趙固煤礦井田地質(zhì)條件不是很好，其斷裂構(gòu)造較發(fā)育，因此在選擇井位時(shí)應(yīng)保證井底車場(chǎng)巷道、硐室與斷層保持一定的安全距離，同時(shí)為減少井筒及工業(yè)廣場(chǎng)有效壓煤，井位選擇應(yīng)盡可能使工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱與斷層及淺部安全煤巖柱實(shí)現(xiàn)部分合并，減少有效壓煤。

2.1.5其他因素

立井選擇還要考慮經(jīng)濟(jì)適用性，盡量將井口選擇的位置靠近礦井鐵路及方便供電和運(yùn)輸，減少礦井鐵路和供電線路長(zhǎng)度，并遠(yuǎn)離地面建筑物和河流，減少相互影響。

2.2井口位置確定

本著有利于長(zhǎng)遠(yuǎn)生產(chǎn)并兼顧基建，有利于井下開拓并兼顧地面的原則，根據(jù)2.1節(jié)所述影響井位的因素綜合考慮，設(shè)計(jì)井口位置在38466201.150，3920283.680，標(biāo)高+83.8米。

選擇該井位的原因如下：首先距離該井位250m位置有11603鉆孔，且井位附近施工了一主檢孔和一風(fēng)檢孔，兩檢查孔相距166m，根據(jù)11603鉆孔及兩檢孔資料，推算出煤層底板標(biāo)高-541.88m，表土層厚度518～524m，煤厚6.6m，煤層上覆基巖厚99.5~82.2m，井底車場(chǎng)位于煤層頂板3.88～10.28m，處于22.6m厚的中細(xì)粒砂巖內(nèi)，車場(chǎng)水平上主井位置基巖厚89.2m。該井位處于儲(chǔ)量中心，有利于整體井田開發(fā)；井底車場(chǎng)處于22.6m厚的中細(xì)粒砂巖內(nèi)，有利于車場(chǎng)巷道及硐室的穩(wěn)定與支護(hù)；地面鐵路、供電線路長(zhǎng)度最短，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低；地面工業(yè)廣場(chǎng)遠(yuǎn)離河道，防洪條件相對(duì)較好；井底車場(chǎng)距斷層帶最遠(yuǎn)，井底水窩距L8灰?guī)r之間有一定隔水巖柱高度。

3　立井支護(hù)技術(shù)選擇

立井在向下施工過程中當(dāng)達(dá)到某一深度時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)工作，以支撐地壓、防止涌水及圍巖風(fēng)化破壞，保證立井施工的正常及安全作業(yè)。支護(hù)分為臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)，本文主要分析探討趙固某煤礦立井的永久支護(hù)方法及技術(shù)選擇。

3.1立井支護(hù)的主要方法

立井施工在整個(gè)礦井建設(shè)工程中工程量不大，但卻是關(guān)鍵工程，耗用整個(gè)礦井基建周期的二分之一左右，且服務(wù)時(shí)間最長(zhǎng)，因此在立井施工工程中需要科學(xué)選擇施工技術(shù)和支護(hù)方法。目前我國(guó)礦山立井主要的支護(hù)方法是：料石井壁支護(hù)、噴射混凝土井壁支護(hù)、鋼筋混凝土井壁支護(hù)、錨桿井壁支護(hù)。

3.1.1料石井壁支護(hù)

料石支護(hù)是指用一定強(qiáng)度的料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的整體支護(hù)。料石支護(hù)有拱、墻和基礎(chǔ)構(gòu)成，拱的作用是承受頂壓，并將它傳給側(cè)墻和幫，墻的作用是支撐拱并承擔(dān)側(cè)壓，基礎(chǔ)的作用是傳導(dǎo)，將來自墻的壓力均勻的導(dǎo)至底板。

3.1.2噴射混凝土井壁支護(hù)

噴射混凝土支護(hù)是以壓縮空氣為動(dòng)力，用噴射機(jī)將一定比例的水泥、沙、石和添加劑的混合體以噴射的方式覆蓋到圍巖，在短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)、硬化后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)支護(hù)。

3.1.3錨桿支護(hù)

錨桿支護(hù)是指將由金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成的桿柱深入圍巖內(nèi)部，并與一定范圍的圍巖共同作用來支護(hù)井壁，在錨桿作用下，圍巖既是外載來源，又是支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.2趙固某煤礦的井筒支護(hù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

在趙固某煤礦立井施工支護(hù)中，根據(jù)該礦的地質(zhì)條件和數(shù)值模擬，建議該礦立井支護(hù)選擇錨桿支護(hù)。

3.2.1錨桿支護(hù)參數(shù)驗(yàn)算

根據(jù)錨桿支護(hù)懸吊理論對(duì)趙固某煤礦立井錨桿支護(hù)進(jìn)行如下驗(yàn)算并確定參數(shù)：

（1）錨桿長(zhǎng)度：

L=L1+L2+L3(2-20)

式中，L1——錨桿外露部分的長(zhǎng)度，取0.04米；L3——錨桿錨固段長(zhǎng)度，取0.5m；L2——L2=KH，K為安全系數(shù)，取K=2；H為冒落拱高度m，H值計(jì)算如下：

式中，b——立井開掘跨度，取5m；f——巖石普氏系數(shù)，f=4。則錨桿長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到：

L=L1+KH+L3=0.04+2×0.625+0.5=1.79m

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求錨桿長(zhǎng)度應(yīng)該大于1.79m，該定為1.9m。（2）錨桿間排距計(jì)算

根據(jù)每根錨桿懸吊巖石重量相等計(jì)算，錨桿按等距排列，則：

式中，s——錨桿間排距，m；Q——錨桿設(shè)計(jì)錨固力為50kN/根；k——錨桿安全系數(shù)，取1.5；r——巖石容重，25kN/m3。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，錨桿間排距要小于1.2m，此處選擇設(shè)計(jì)的錨桿間排距為1.0m，可以滿足技術(shù)要求。

通過以上計(jì)算，建議實(shí)際選用φ18的螺紋錨桿長(zhǎng)1.9m，錨桿的間排距1.0m，可以滿足支護(hù)要求。

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TD82[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-485-2

李俊濤，男，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），礦業(yè)工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榈V產(chǎn)地質(zhì)勘查、采礦類。