加強(qiáng)井巷貫通施工管理實(shí)現(xiàn)礦山井下安全開(kāi)拓

丁成偉 張 俊 汪海濤 莊培新

(板石礦業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 白山 230000)

0 引言

板石礦業(yè)公司上青礦主要分為兩個(gè)采區(qū)4#、5#礦組及6#礦組，4#、5#礦組礦體平均厚度為50 m。6#礦組是礦區(qū)最大的礦組，分布于上青西溝山坡地段，礦體為似層狀，該礦組分北坑、西坑，礦體走向290°，傾向N，傾角82～85°。礦體控制長(zhǎng)度1 100 m，向深部延伸連續(xù)性較好，一般平均水平厚度為30 m，厚度變化較穩(wěn)定，但是總體來(lái)看，礦體西部稍薄，東部較厚，局部分叉，深部雜石比較多。地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，巷道圍巖受到褶皺、斷層、層理和節(jié)理的強(qiáng)烈作用，對(duì)位于礦區(qū)巖層、巖體的井巷穩(wěn)定性影響較大。

隨著礦山開(kāi)采深度增加，現(xiàn)415 m、400 m水平采礦，380 m水平開(kāi)始掘進(jìn)，地壓活動(dòng)日漸頻繁，巖性不穩(wěn)固礦段的進(jìn)路和聯(lián)巷貫通處經(jīng)常發(fā)生冒落，造成多處井巷及溜井片塌報(bào)廢，嚴(yán)重影響出礦效率，制約了礦山的生產(chǎn)能力，也使安全生產(chǎn)條件變差。平巷施工進(jìn)度受到制約，給礦區(qū)的生產(chǎn)組織工作帶來(lái)了前所未有的困難。為此保證巷道按設(shè)計(jì)要求施工及加強(qiáng)井巷貫通施工管理變得尤為重要。

1 項(xiàng)目實(shí)施前狀況

為了加快上青礦6#礦組380 m水平井巷開(kāi)拓的進(jìn)度，加速施工各溜井、通風(fēng)井聯(lián)巷內(nèi)通風(fēng)巷道，改善工人的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，保證各開(kāi)拓工作面沿著設(shè)計(jì)要求的方向施工，使各井巷貫通處的偏差不超過(guò)《冶金礦山測(cè)量規(guī)范》允許的限差要求，滿足各開(kāi)拓井巷貫通的精度。在同一方向上的聯(lián)絡(luò)巷、切割巷采取平行施工，兩條聯(lián)巷中間川脈采取對(duì)向施工，最后使各分段巷道按設(shè)計(jì)要求貫通。在整個(gè)巷道貫通過(guò)程中，首要是各開(kāi)拓巷道按設(shè)計(jì)要求掘進(jìn)，保證滿足貫通的精度。但在實(shí)際施工中不可避免地存在誤差，貫通誤差主要來(lái)自于井巷施工的控制測(cè)量誤差、施工誤差等，至使各開(kāi)拓工作面出現(xiàn)貫通偏差，貫通誤差分為施工作業(yè)面縱向、橫向貫通誤差，如果在貫通測(cè)量中發(fā)生貫通偏差，使巷道嚴(yán)重偏離開(kāi)拓設(shè)計(jì)要求貫通井巷過(guò)寬、過(guò)高，將影響開(kāi)拓巷道質(zhì)量及巷道整體穩(wěn)固性，進(jìn)而制約了6#礦組整體開(kāi)拓進(jìn)度，嚴(yán)重影響采區(qū)均衡下降。結(jié)合井巷貫通施工要求需要，貫通相遇點(diǎn)在水平重要方向上的允許偏差值為0.2 m，高程方向上的允許偏差值為0.2 m。

2 井巷貫通施工測(cè)量?jī)x器和方法

高測(cè)角精度是比較困難的，所以在此次工作中采用了在導(dǎo)線中加一些高精度的陀螺定向邊的方法來(lái)建立井下平面控制，它可以在不增加測(cè)角工作量并提高測(cè)角精度的前提下，顯著減小測(cè)角誤差對(duì)于經(jīng)緯儀導(dǎo)線點(diǎn)位誤差的影響，在滿足《冶金礦山測(cè)量規(guī)范》允許限差內(nèi)，保證了巷道的正確貫通。

1)水平角觀測(cè)方法及限差要求

(1)觀測(cè)方法。采用J6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)角，一次對(duì)中，兩個(gè)測(cè)回；

(2)限差要求。測(cè)角時(shí)半測(cè)互差應(yīng)不大于30°；

(3)觀測(cè)注意事項(xiàng)。在觀測(cè)過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻注意照準(zhǔn)部水準(zhǔn)氣泡的變化，水準(zhǔn)氣泡偏離一般應(yīng)不超過(guò)半格，否則應(yīng)重測(cè)，并采取多次測(cè)量取平均值。

2)導(dǎo)線邊長(zhǎng)丈量及限差要求。所布設(shè)導(dǎo)線長(zhǎng)度均控制在50 m內(nèi)，量邊采用經(jīng)過(guò)比長(zhǎng)鑒定的50 m鋼尺，懸空丈量，讀數(shù)四次，估讀至mm,長(zhǎng)度差不大于2 mm,取四次丈量邊長(zhǎng)平均值作為最終值。

3)水準(zhǔn)測(cè)量。采用S3級(jí)水準(zhǔn)儀施測(cè)，往返各測(cè)量一次。前后視距離應(yīng)基本相等，往返測(cè)量的允許閉合差為50 mm,最后取兩次測(cè)量結(jié)果的平均值。

4)控制導(dǎo)線的敷設(shè)。隨著巷道的延伸應(yīng)每施工50 m施測(cè)一次導(dǎo)線，每施工100 m復(fù)測(cè)一次，根據(jù)巷道頂板基準(zhǔn)點(diǎn)施工測(cè)得坐標(biāo)和高程，反求巷道頂板下一基準(zhǔn)點(diǎn)的方位角和傾角，并及時(shí)調(diào)整施工巷道的中、腰線，以保證井巷按設(shè)計(jì)施工。

5)為達(dá)到相互檢核的目的，此次外業(yè)測(cè)量時(shí)使用兩臺(tái)不同的儀器，安排兩組人獨(dú)立實(shí)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算分兩組計(jì)算、復(fù)核，最終結(jié)果取兩次平均值。

3 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)管理

根據(jù)6#礦組400 m水平11#礦組礦塊、400 m水平1、2、8、9礦塊的的巖性條件及礦體節(jié)理構(gòu)成，并通過(guò)對(duì)上青礦6#礦組380 m水平聯(lián)巷調(diào)查分析來(lái)看，雖然巷道所處的圍巖巖性復(fù)雜多變，應(yīng)力狀況不同，但歸納起來(lái)主要有以下幾種破壞方式：1)巷道頂板在拉應(yīng)力的作用下發(fā)生垮冒現(xiàn)象，這在圍巖巷道掘進(jìn)和回采過(guò)程中普遍存在，巷道頂板圍巖在拉應(yīng)力和拉伸應(yīng)力波的作用下出現(xiàn)張拉裂縫，致使支護(hù)層拉裂破壞和節(jié)理裂隙擴(kuò)大，造成巷道頂板松脫垮冒；2)巷道兩幫在壓剪應(yīng)力的作用下發(fā)生片幫、剝落破壞；3)巷道圍巖內(nèi)部由于裂隙節(jié)理較為發(fā)育，在上步采動(dòng)影響和內(nèi)部巖體變形作用下，發(fā)生形變壓力迫使支護(hù)發(fā)生裂縫。現(xiàn)準(zhǔn)備施工巷道基于上述情況，并結(jié)合井巷施工結(jié)合井巷施工時(shí)頂板破碎及施工規(guī)格不標(biāo)準(zhǔn)等情況，對(duì)380 m及以下各水平掘進(jìn)工序進(jìn)行礦山井巷貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)分析，為保證各井巷貫通工程質(zhì)量及保障巷道的穩(wěn)固性將原400 m水平以上巷道施工規(guī)格4.2 m×3.8 m現(xiàn)場(chǎng)圖(見(jiàn)圖1)，以及井巷巷道施工斷面成形尺寸過(guò)大后采用的鋼筋網(wǎng)噴射砼支護(hù)亦遭到破壞(見(jiàn)圖2)，現(xiàn)改為380 m水平施工規(guī)格采準(zhǔn)川脈3.8 m×3.8 m，礦體構(gòu)造不穩(wěn)固區(qū)域采準(zhǔn)川脈施工規(guī)格將調(diào)整為3.5 m×3 m(見(jiàn)圖3)，井巷施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行誤差預(yù)計(jì)參數(shù)，并做了井巷貫通測(cè)量誤差預(yù)計(jì)和控制測(cè)量(平面控制和高程控制)，井巷貫通方案要求貫通相遇點(diǎn)水平重要方向上的允許偏差值為0.2 m，高程方向上的允許偏差值為0.2 m。此次井巷貫通測(cè)量是由井下已有起算邊敷設(shè)支導(dǎo)線實(shí)施各井巷貫通測(cè)量，此次進(jìn)行的井下導(dǎo)線測(cè)量和高程測(cè)量的誤差預(yù)計(jì)已滿足施工要求。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)圖

圖3 采準(zhǔn)川脈

1)貫通相遇點(diǎn)K的誤差預(yù)計(jì)：

根據(jù)已有的井下測(cè)量資料及參照《冶金礦山測(cè)量規(guī)范》，并在誤差預(yù)計(jì)圖上繪制出貫通相遇點(diǎn)K,過(guò)K點(diǎn)做垂直于貫通巷道的垂線X’軸和巷道方向上的Y’軸，見(jiàn)圖4，然后將一級(jí)導(dǎo)線上的測(cè)點(diǎn)分別向X’軸(水平誤差)、Y’軸(高程誤差)并用圖解法經(jīng)計(jì)算后確定以下結(jié)果：

圖4 垂線并用圖解

(1)導(dǎo)線測(cè)量引起K點(diǎn)水平方向的誤差mxk為±42 mm；

(2)井下高程測(cè)量引起K點(diǎn)的高程誤差Mh為±40 mm。

2)貫通點(diǎn)點(diǎn)K的誤差預(yù)計(jì)(取3倍中誤差)：

水平方向誤差預(yù)計(jì)：MXK預(yù)=±3×mxk=±3×±42 mm=±126 mm

高程方向誤差預(yù)計(jì):Mh預(yù)=±3×Mh=±3×±40 mm=±120 mm[1]

水平方向誤差預(yù)計(jì)(126 mm<0.2 m),高程方向誤差預(yù)計(jì):(120 mm<0.2 m),說(shuō)明以上誤差預(yù)計(jì)測(cè)量方案符合施工設(shè)計(jì)要求。

實(shí)施380 m水平各井巷貫通提前誤差預(yù)計(jì)，指導(dǎo)了各井巷貫通測(cè)量施工。現(xiàn)已貫通的井巷，測(cè)定實(shí)際偏差都小于以上各中段，井巷施工規(guī)格改為3.8 m×3.8 m及3.5 m×3 m后，巷道穩(wěn)固性也得到保證，極大的降低了井巷掘鑿和支護(hù)成本的支出。

4 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工管理

測(cè)量指導(dǎo)井巷施工過(guò)程中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，不得擅自調(diào)整設(shè)計(jì)，尤其是巷道坡度及巷道設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制，杜絕出現(xiàn)巷道超挖、欠挖及貫通巷道斷面對(duì)接偏差。井巷巷道施工斷面成形尺寸是否規(guī)整及貫通巷道是否在允許誤差之內(nèi)，直接影響到巷道周?chē)鷰r體應(yīng)力的分布，如巷道斷面出現(xiàn)凹凸不平，易引起巷道周?chē)鷰r體表面產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使巖體穩(wěn)定性遭到破壞，所以在掘進(jìn)施工時(shí)將井巷貫通預(yù)計(jì)誤差控制到最低，并在爆破時(shí)盡量采用光面爆破，減少因爆破對(duì)周?chē)鷰r體強(qiáng)度的影響。通過(guò)井巷貫通誤差預(yù)計(jì)及實(shí)施光面爆破，不僅有效的控制了巷道斷面的尺寸，極大的避免了巷道超挖、欠挖及貫通巷道斷面對(duì)接偏差，使爆后巷道周?chē)鷰r體相對(duì)規(guī)整，消除了區(qū)域局部應(yīng)力集中，而且控制了爆破對(duì)巷道周?chē)鷰r體的破壞程度，降低了井巷錨噴支護(hù)成本，錨噴支護(hù)成本，保障了作業(yè)人員施工安全。

5 項(xiàng)目完成后達(dá)到的技術(shù)水平及主

要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比分析

此項(xiàng)目主要改變以往工作方法，更加科學(xué)的運(yùn)用井巷貫通誤差預(yù)計(jì)與分析先行準(zhǔn)確的保證380 m水平各井巷按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，最大限度降低巷道暴露面積，提高巷道施工質(zhì)量，降低工程支護(hù)費(fèi)用，提高巷道穩(wěn)固性。此項(xiàng)目通過(guò)對(duì)各分段的施工進(jìn)度比例的概率統(tǒng)計(jì)對(duì)比計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)6#礦組西端400 m水平及以上各分段采準(zhǔn)巷道實(shí)施的支護(hù)情況，本次項(xiàng)目實(shí)施后，在380 m水平極大的減少了需要支護(hù)的穿脈，達(dá)到節(jié)省支護(hù)成本的目的。通過(guò)對(duì)比380 m以上各水平的巷道支護(hù)情況統(tǒng)計(jì)，380 m水平減少主項(xiàng)巷支護(hù)長(zhǎng)度約58.5 m。按照《冶金礦山井巷工程預(yù)算定額》計(jì)算效益：斜巷鋼筋網(wǎng)噴射砼支護(hù)58.5 m，墻拱支護(hù)厚度100 mm。節(jié)約支護(hù)成本：821.75元/ m(墻)×58.5 m+929.94元/ m(拱)×58.5 m=102 473.9元。

6 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明：井巷貫通施工管理誤差預(yù)計(jì)的技術(shù)措施是可行的，貫通誤差做到了事先預(yù)防、分情況處理、人性化管理，適合該礦山實(shí)際情況，取得了較為明顯的效果。隨著礦山新技術(shù)、新工藝的不斷運(yùn)用，總結(jié)和完善井巷貫通誤差預(yù)計(jì)施工技術(shù)，使井巷工程盡可能做到精準(zhǔn)施工，把大多數(shù)安全隱患消除在設(shè)計(jì)階段和采掘之前，為井下作業(yè)人員創(chuàng)造一個(gè)安全的工作環(huán)境，把井巷施工暴露面積降到最低，節(jié)省支護(hù)工程投入，礦山井下生產(chǎn)變成本質(zhì)安全型。