徐峰

(皖北煤電集團臥龍湖煤礦,安徽 淮北 235000)

臥龍湖煤礦設(shè)計年產(chǎn)量90萬t,全井田南北長約8～9 km,東西寬約3.5～4 km,面積約28 km2.井田新生界松散層厚195～255.8 m,含煤地層為石炭系和二疊系,共賦存有10個煤層(組),平均總厚度為7.35 m;其中6,7,8,10煤層為可采煤層,平均總厚度5.86 m.其中6煤層屬不穩(wěn)定煤層,7,8,10煤層屬較穩(wěn)定煤層,煤層傾角一般5o～20o,局部達(dá)40o.臥龍湖煤礦是煤與瓦斯突出礦井,可采煤層6,7,8,10煤均為突出煤層,其中6煤層瓦斯含量15.31 m3/t,7煤層瓦斯含量20.12 m3/t,8煤層瓦斯含量20.56 m3/t,10煤層瓦斯含量29.07 m3/t(均為最大瓦斯含量),各煤層瓦斯壓力均在2 MPa左右.臥龍湖井田南部表現(xiàn)為北東傾向的單斜構(gòu)造,北部表現(xiàn)為短軸狀的張大莊背斜和孟莊向斜組成的褶曲構(gòu)造.全井田共發(fā)現(xiàn)落差不等的斷層24條,其中落差大于等于100 m的5條,小于100 m而大于等于30 m的11條,小于30 m的8條.斷層展布方向以近南北向和北東向為主,北西向較少.

臥龍湖礦南一采區(qū)主要開拓和準(zhǔn)備巷道基本上位于10煤的頂板巖層中,從其物理力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果看,巷道圍巖強度較低,圍巖性質(zhì)軟弱;從巷道圍巖的組分分析上看,圍巖具有一定的膨脹性.103,104工作面回采后,南翼軌道巷受多次采動影響,巷道圍巖破壞嚴(yán)重.由于上述原因加上支護(hù)方式的不當(dāng),該礦雖對巷道進(jìn)行了一次大修和多次臥底,巷道仍產(chǎn)生強烈變形和破壞,影響了礦井的正常生產(chǎn).因此,需要對上述巷道圍巖松動圈等情況進(jìn)行研究,掌握巷道圍巖活動規(guī)律,為支護(hù)方式及支護(hù)參數(shù)的選擇提供依據(jù)[1].在巷道松動圈測試中,把地質(zhì)雷達(dá)與窺鏡測試相結(jié)合,能互相驗證、取長補短,以更加準(zhǔn)確地測試巷道圍巖中電磁波的傳播速度,提高地質(zhì)雷達(dá)測試的精度[2-6].下面對該礦巷道圍巖松動圈探測技術(shù)進(jìn)行探討.

1 破碎軟巖巷道圍巖松動圈探測技術(shù)研究

臥龍湖煤礦圍巖松動圈的測試采用瑞典RAMAC地質(zhì)雷達(dá),針對不同的巷道類型,在南翼軌道巷、南翼回風(fēng)巷、南翼軌道斜巷,選擇典型斷面進(jìn)行圍巖松動圈的測試工作[7,8].本次實測共布置了8個測站,約980個測點.此外,為便于校準(zhǔn)地質(zhì)雷達(dá)探測成果,特在南翼軌道巷布置了2個窺視孔,分別位于幫部和頂板;在南翼回風(fēng)巷布置3個窺視孔,分別位于幫部、頂板和頂板錨索孔,采用高清窺視儀進(jìn)行觀測[9-11].

1.1 圍巖松動圈雷達(dá)測試及其主要成果

1.1.1 南翼軌道巷的圍巖松動圈雷達(dá)測試

南翼軌道巷位于105工作面和104工作面之間,測試段巷道全斷面處于泥巖中.由于受上述工作面回采引起的強烈采動影響,該段巷道經(jīng)過一次大修,多次臥底,大修主要是全斷面擴修.其主要破壞特征為兩幫位移、頂板局部冒落、兩肩窩破壞、底臌嚴(yán)重.

經(jīng)一次大修,多次臥底后,南翼軌道巷各斷面處巖體破壞特征有顯著差異.從實測情況看,各斷面處的巖體破壞范圍,以2#為最小,約4.5 m;3#為最大,約5.5 m.本次雷達(dá)探測在本巷道布置測試斷面3個,以下分別介紹各斷面雷達(dá)剖面的主要特征.

1#斷面:該斷面圍巖在3.5～4.0 m深度處有一基本的連續(xù)反射界面,兩幫、頂?shù)装宓炔课粐鷰r松動范圍均受此限制;而肩窩處圍巖裂隙則穿過此相對穩(wěn)定圍巖條帶而向外傳遞,其松動圈范圍可達(dá)5.5 m.見圖1.

圖1 南翼軌道巷1#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

2#斷面:巖體相對完整,在3.5～4.0 m處巖體完整性良好,主要巖體裂隙未擴展到4.5 m以遠(yuǎn).見圖2.

3#斷面:該斷面處未見表明巖性完整的反射條帶,左右兩幫巖體破壞范圍約4.0 m,頂板可見連續(xù)反射條帶,表明該處巖體成層性狀良好;其中頂板(圖3中40～60道)5.5 m深度處可見局部連續(xù)強反射,這種反射特征只有在裂隙有一定張開度、且充滿空氣的情況下,才會出現(xiàn),因此判斷該處可能為連續(xù)的離層.見圖3.

圖2 南翼軌道巷2#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

圖3 南翼軌道巷3#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

1.1.2 南翼回風(fēng)巷的圍巖松動圈雷達(dá)測試

-480南翼回風(fēng)巷圍巖賦存較為穩(wěn)定,巷道拱部圍巖巖性為泥巖,中部為厚度1.1 m的砂質(zhì)泥巖,底部為泥巖.

巷道為直墻半圓拱形巷道,巷道設(shè)計凈斷面尺寸為4.0 m×3.0 m,該段巷道未曾修復(fù)過,主要破壞表現(xiàn)為兩幫內(nèi)移、頂板局部冒落、兩肩窩破壞、底臌嚴(yán)重,底臌量在1 m以上,局部地段底臌量達(dá)1.5 m以上.

由南翼回風(fēng)巷實測雷達(dá)剖面(圖4～圖6)可以看出,各斷面圍巖破壞特征相近,主要表現(xiàn)為

1)兩幫及頂板圍巖破壞范圍約2.5～3.5 m;底板巖體可見連續(xù)反射,表明底板巖體穩(wěn)定連續(xù),整體性好;

2)各斷面巖體破壞范圍均大,如1#斷面的10～18道和40～56道(圖4)、2#斷面12～18道和25～38道(圖5)以及3#斷面8～16道和25～40道,均可見4.5～5.5 m處有斷續(xù)反射.

圖4 南翼回風(fēng)巷1#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

圖5 南翼回風(fēng)巷2#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

圖6 南翼回風(fēng)巷3#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

1.1.3 南翼軌道斜巷的圍巖松動圈雷達(dá)測試

南翼軌道斜巷各測試斷面巷道圍巖巖性以泥巖為主,層理較為發(fā)育.因巷道左幫有電纜和管路,天線不能抵近巷道內(nèi)表面進(jìn)行探測,對雷達(dá)測試有較強干擾,造成左幫雷達(dá)信號雜亂無序.因此,對左幫信號不做解釋.

從雷達(dá)探測剖面看,南翼軌道斜巷2個測試斷面圍巖破壞范圍基本一致,其基本規(guī)律如下:

1)從雷達(dá)剖面的整體特征看,全斷面在3.0～3.5 m處有連續(xù)反射界面,表明該距離處巖體相對完整,圍巖破壞主要出現(xiàn)在3.0 m以內(nèi)的范圍;底板處,巖性反射界面連續(xù),完整性好,其破壞范圍也在3.0～3.5 m;

2)肩窩處,1#斷面20道和45道以及2#斷面25道和42道,連續(xù)反射界面出現(xiàn)錯斷,該錯斷延續(xù)到4.5～5.0 m距離處,表明肩窩處巖體局部破壞,其破壞范圍可達(dá)4.5～5.0 m.見圖7和圖8.

圖7 南翼軌道斜巷1#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

圖8 南翼軌道斜巷2#測試斷面的雷達(dá)探測圖像

1.2 窺鏡測試情況及其主要成果

1.2.1 南翼軌道巷的窺鏡測試

測點布置見圖9:(1)南軌幫部孔(右?guī)?:距底板1.9 m,實測孔深5 m(設(shè)計10 m);(2)南軌頂板孔(頂部正中):實測孔深10 m(設(shè)計10 m).

南軌窺鏡測試的典型圖像見圖10和圖11,由窺鏡測試可知,南軌幫部巖體破壞范圍可達(dá)4.8 m,見圖10;頂板巖體破壞范圍約為3.4 m,見圖11.對比南翼軌道巷3#斷面雷達(dá)測試圖像(圖3)與窺鏡測試資料(見圖10中4.7 m深度處),推斷該部位離層張開度在0.1 m左右.從雷達(dá)探測和窺鏡測試成果發(fā)現(xiàn),本巷道1#,3#斷面圍巖破壞范圍約為5.5 m.稍大于南軌窺鏡測試獲得的4.8 m.分析認(rèn)為,窺鏡測試可以反映探孔處的圍巖狀況,探孔之外則需要借助雷達(dá)探測進(jìn)行解釋,由于二者測試位置并不完全重合,導(dǎo)致二者在解釋結(jié)果上存在一些差異,但兩種測試方法對于破壞范圍的解釋比較接近,可以互相佐證[11-15].

圖9 南翼軌道巷的窺鏡測點布置(單位:mm)

圖10 南軌幫部窺鏡測試典型圖像(起始位置為0.832 m)

圖11 南軌頂板窺鏡測試典型圖像(起始位置為1.405 m)

1.2.2 南翼回風(fēng)巷的窺鏡測試

測點布置見圖12:(1)南回幫部孔(右?guī)?:距底板1.8 m,實測孔深10 m(設(shè)計10 m);(2)南回頂板孔(頂部正中):實測孔深10 m(設(shè)計10 m);(3)南回頂板錨索孔(擴巷迎頭頂部正中的錨索孔):孔深6.5 m,該孔供參考用.南翼回風(fēng)巷窺鏡測試的典型圖像見圖13～圖15,由窺鏡測試可知,南回幫、頂、錨索處巖體破壞范圍分別約為2.8,2.9,3.8 m.從臨近的錨索孔窺鏡測試資料(見圖15中3.8 m深度)可知,臨近此位置處有巖體裂隙帶.對比南翼回風(fēng)巷1#,2#,3#測試斷面的雷達(dá)探測圖像(圖4～圖6),可以判斷該巷道各斷面巖體破壞范圍較大,其破壞范圍可達(dá)4.5～5.5 m.

圖12 南翼回風(fēng)巷的窺鏡測點布置圖(單位:mm)

圖13 南回幫部窺鏡測試典型圖像(起始位置為0.081 m)

圖14 南回頂板窺鏡測試典型圖像(起始位置為1.835 m)

圖15 南回錨索孔窺鏡測試典型圖像(起始位置為0.792 m)

2 結(jié)論

1)南翼軌道巷的3個雷達(dá)探測斷面巖體破壞范圍和破壞特征有顯著差異,以2#為最小,約4.5 m,3#為最大,約5.5 m.經(jīng)雷達(dá)探測和窺鏡測試綜合判定,3#頂板5.5 m深度處有開度在0.1 m左右的離層.

2)南翼回風(fēng)巷各斷面圍巖破壞特征相近,其基本規(guī)律為兩幫及頂板圍巖破壞范圍約2.5～3.5 m;底板巖體穩(wěn)定連續(xù),整體性好.

3)南翼軌道斜巷2個測試斷面圍巖破壞范圍基本一致:該巷道圍巖整體完整性較好,在3.0～3.5 m處有連續(xù)反射界面,圍巖破壞也主要出現(xiàn)在3.0 m以內(nèi)的范圍;肩窩處,局部出現(xiàn)連續(xù)反射界面錯斷,表明肩窩處巖體局部破壞,其破壞范圍可達(dá)4.5～5.0 m.