煤泥巖硐室群區(qū)地質(zhì)及工程條件評價

劉振宇

（山西汾西礦業(yè)集團南關(guān)煤業(yè)，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(zhì)條件、開挖斷面及其他井巷硐室的擾動等有關(guān)。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(qū)，設(shè)計斷面較大，各類硐室開挖相互擾動，而且服務(wù)期限長，服務(wù)功能集中復雜，又有可能面臨頂板淋涌水等惡劣水文地質(zhì)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(qū)的地質(zhì)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(zhì)概況及分析

某礦位于山西省霍西煤田中南部，構(gòu)造體系處于祁呂賀山字型構(gòu)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(qū)掘進與支護工程，由于埋藏深，地應(yīng)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(cè)馬頭門圍巖更加軟弱破碎，節(jié)理發(fā)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(jié)構(gòu)應(yīng)力復雜、服務(wù)年限長等特點，支護困難。如果井筒水文地質(zhì)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(fā)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(zhì)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(zhì)測定是地質(zhì)及工程條件評價的基礎(chǔ)，頂板巖芯取樣地點的選取應(yīng)該滿足以下條件：取樣地點五米內(nèi)沒有斷層破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造；取樣地點的圍巖條件應(yīng)該較好，沒有出現(xiàn)由于掘進造成的破碎離層等現(xiàn)象；所取巖樣應(yīng)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(jīng)過對進風井馬頭門巷道現(xiàn)場的調(diào)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(qū)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(cè)馬頭門的信號硐室內(nèi)，2號巖樣取樣點選定在北馬頭門巷道的一側(cè)。巖樣尺寸要求在300mm×300mm×300mm 以上，新鮮且裂紋分布較少，總數(shù)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(shù)及測試結(jié)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(yīng)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(jù)測得數(shù)據(jù)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(jié)系數(shù)、彈性模量、內(nèi)摩擦角、普氏強度系數(shù)等物理力學性質(zhì)參數(shù)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(qū)地質(zhì)及工程條件評價

3.1 地質(zhì)條件評價

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

式中：QB為巖體質(zhì)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(shù)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(jù)我國巖體基本質(zhì)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(zhì)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(zhì)條件方面，本巷道所處的圍巖為泥巖與煤線互層區(qū)域，泥巖體抗壓強度較低，僅為19.22 MPa，其普氏系數(shù)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(zhì)條件較差。其次馬頭門治理工程本身就是煤礦建設(shè)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(wù)期限較長的區(qū)域，從穩(wěn)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(qū)域為礦井巷道空間結(jié)構(gòu)最為復雜的地段，周圍50m 內(nèi)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(jié)構(gòu)非常復雜，對于巷道所處區(qū)域的地應(yīng)力影響較大，空間應(yīng)力條件非常復雜。

4 結(jié)語

從該礦煤泥巖硐室群區(qū)特大斷面巷道的地質(zhì)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(wěn)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(wěn)定性分析與施工方案優(yōu)化［D］.淮南：安徽理工大學碩士學位論文，2010：8－20.