■李俊濤　代兵

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

趙固某煤礦立井位置選擇及支護方法淺析

■李俊濤1代兵2

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

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向為主。NE向斷層延伸長、落差大、頻度高，由西北向東南把整個井田切割為階梯狀長條形斷塊，且具多期活動性，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、通過實地勘探和分析，對該礦立井井位進行方案設(shè)計，并探討分析該礦立井施工中支護方法選擇。

趙固煤礦立井井位選擇支護方法

0　引言

趙固煤礦含煤面積161.17km2，總資源儲量12.89億噸，規(guī)劃建設(shè)2對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，對該礦主井井位經(jīng)過分析確定其較優(yōu)位置，并對主井立井工程周邊圍巖及地質(zhì)現(xiàn)狀進行實地分析調(diào)研，采集大量樣品在室內(nèi)做實驗分析，通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)值模擬，對該立井支護進行應(yīng)用設(shè)計探討和總結(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，地面海拔標高75～100m，全區(qū)呈北高南低緩慢傾斜地勢，地形簡單，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，冬季多西北和北風，年平均風速2.37m/s，最大風速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)計開發(fā)開采的儲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，總的趨勢為由西向東、由淺至深逐漸增厚，在選擇井口位置時從經(jīng)濟角度出發(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，有利于井巷快速施工；另一方面井位選擇要考慮井底車場位于穩(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，因此在選擇井位時應(yīng)保證井底車場巷道、硐室與斷層保持一定的安全距離，同時為減少井筒及工業(yè)廣場有效壓煤，井位選擇應(yīng)盡可能使工業(yè)廣場保護煤柱與斷層及淺部安全煤巖柱實現(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輸，減少礦井鐵路和供電線路長度，并遠離地面建筑物和河流，減少相互影響。

2.2井口位置確定

本著有利于長遠生產(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)計井口位置在38466201.150，3920283.680，標高+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，井底車場位于煤層頂板3.88～10.28m，處于22.6m厚的中細粒砂巖內(nèi)，車場水平上主井位置基巖厚89.2m。該井位處于儲量中心，有利于整體井田開發(fā)；井底車場處于22.6m厚的中細粒砂巖內(nèi)，有利于車場巷道及硐室的穩(wěn)定與支護；地面鐵路、供電線路長度最短，運營費用低；地面工業(yè)廣場遠離河道，防洪條件相對較好；井底車場距斷層帶最遠，井底水窩距L8灰?guī)r之間有一定隔水巖柱高度。

3　立井支護技術(shù)選擇

立井在向下施工過程中當達到某一深度時應(yīng)及時進行支護工作，以支撐地壓、防止涌水及圍巖風化破壞，保證立井施工的正常及安全作業(yè)。支護分為臨時支護和永久支護，本文主要分析探討趙固某煤礦立井的永久支護方法及技術(shù)選擇。

3.1立井支護的主要方法

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

3.1.1料石井壁支護

料石支護是指用一定強度的料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的整體支護。料石支護有拱、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側(cè)壓，基礎(chǔ)的作用是傳導，將來自墻的壓力均勻的導至底板。

3.1.2噴射混凝土井壁支護

噴射混凝土支護是以壓縮空氣為動力，用噴射機將一定比例的水泥、沙、石和添加劑的混合體以噴射的方式覆蓋到圍巖，在短時間內(nèi)凝結(jié)、硬化后達到設(shè)計強度以實現(xiàn)支護。

3.1.3錨桿支護

錨桿支護是指將由金屬件、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井壁，在錨桿作用下，圍巖既是外載來源，又是支護結(jié)構(gòu)。

3.2趙固某煤礦的井筒支護應(yīng)用設(shè)計

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

3.2.1錨桿支護參數(shù)驗算

根據(jù)錨桿支護懸吊理論對趙固某煤礦立井錨桿支護進行如下驗算并確定參數(shù)：

（1）錨桿長度：

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

式中，L1——錨桿外露部分的長度，取0.04米；L3——錨桿錨固段長度，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。則錨桿長度應(yīng)達到：

L=L1+KH+L3=0.04+2×0.625+0.5=1.79m

根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求錨桿長度應(yīng)該大于1.79m，該定為1.9m。（2）錨桿間排距計算

根據(jù)每根錨桿懸吊巖石重量相等計算，錨桿按等距排列，則：

式中，s——錨桿間排距，m；Q——錨桿設(shè)計錨固力為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)計規(guī)范要求，錨桿間排距要小于1.2m，此處選擇設(shè)計的錨桿間排距為1.0m，可以滿足技術(shù)要求。

通過以上計算，建議實際選用φ18的螺紋錨桿長1.9m，錨桿的間排距1.0m，可以滿足支護要求。

[1]崔云龍.簡明建井工程手冊 (上、下冊).北京:煤炭工業(yè)出版社,2003

[2]宋宏偉.井巷工程.北京:煤炭工業(yè)出版社,2007

[3]陳炎光,陸士良主編.中國煤礦巷道圍巖控制.北京:煤炭工業(yè)出版社,1994

[4]薛順勛,宋廣太.煤巷錨桿支護施工指南.北京:煤炭工業(yè)出版社,1999

[5]劉其興.井巷工程第五分冊 (立井).北京:煤炭工業(yè)出版社,1979

[6]劉建高.錨桿支護原理及其應(yīng)用.山西煤炭,2004,(3)

[7]江萍.網(wǎng)殼錨噴支護在高應(yīng)力軟巖斜井井筒修復(fù)中的應(yīng)用.建井技術(shù),2005,(8)

[8]李明等.焦作煤業(yè)（集團）有限責任公司趙固一礦初步設(shè)計.煤炭工業(yè)部鄭州設(shè)計研究院,2004

TD82[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-485-2

李俊濤，男，2009年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學（北京），礦業(yè)工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，研究方向為礦產(chǎn)地質(zhì)勘查、采礦類。