极复杂水文地质条件

2024-06-10 版权声明 我要投稿

极复杂水文地质条件(推荐11篇)

极复杂水文地质条件 篇1

平顶山天安煤业股份有限公司朝川矿位于河南省汝州市南部, 北距汝州市18 km, 南距宝丰县25km, 距平顶山市60 km。其中一井为水文地质条件极复杂矿井。矿井自1978年投产以来, 发生不同类型水害事故几十起, 最大突水量1 996 m3/h, 其水源为煤层底板石炭系和寒武系灰岩岩溶水。矿井水害严重制约矿井的安全和发展, 做好矿井底板灰岩水防治, 是保证矿井安全生产和持续发展的关键。

2 水文地质概况

(1) 含水层。根据含水层富水性以及与可采煤层的关系共划分为9个含水层 (组) , 对矿井充水起主导作用的是煤层底板的太原组灰岩岩溶水和构成煤层基底的寒武系灰岩岩溶水。 (1) 太原组灰岩岩溶含水层主要由石灰岩组成, 其中下部石灰岩段由1~2层深灰色生物碎屑泥晶石灰岩组成, 平均厚9.35 m;上部灰岩段由1~5层灰岩组成, 总厚度1.73~27.00 m, 平均厚度12.32 m。渗透系数0.001 59~18.7 m/d, 单位涌水量0.000 192~27.6L/ (s·m) 。该含水层上距二1煤层8 m左右, 是开采二1煤层时矿井直接充水含水层。 (2) 寒武系灰岩岩溶含水层主要由中上寒武统薄层状、中厚层状灰岩、鲕状灰岩、泥质条带灰岩、白云岩和白云质灰岩组成。岩溶裂隙发育, 最大溶洞高度达19 m。渗透系数0.137~14.400 m/d, 单位涌水量0.041 4~23.980 0 L/ (s·m) , 由于该含水层在区域上裸露面积大, 接受的补给量大。该含水层上距二1煤层50m左右, 为二1煤层底板间接充水含水层, 是矿井涌水的主要水源。

(2) 隔水层。矿井内各含水层之间, 均富含有相对隔水层, 主要有石炭系本溪组铝质泥岩、二1煤层底部泥岩、砂质泥岩及粉砂岩隔水层。 (1) 本溪组隔水层:岩性主要为铝质泥岩、砂质泥岩, 厚1.40~51.50 m, 平均厚15.13 m, 在矿井中部, 多数钻孔揭露厚度小于5 m。由于该隔水层在局部厚度较薄, 断层又相对发育, 因此该隔水层仅在局部起隔水作用。多年的疏水降压经验表明, 对太原组灰岩岩溶水进行疏降时, 寒武系含水层水位同时下降。 (2) 二1煤层底部隔水层:太原组石灰岩顶部至二1煤层之间的泥岩、砂质泥岩及粉砂岩, 厚0~17.27 m, 平均厚度为8.37 m。在自然条件下除隔水层薄的地段外, 该隔水层可阻止太原组上段岩溶裂隙水进入二1煤层;但在开采条件下, 由于二1煤层底板受到一定程度的扰动破坏, 总体上已失去隔水性能。

(3) 矿井水补给来源。矿区岩溶水的补给来源主要有3方面: (1) 大气降水补给。在矿区西南部有面积约15 km2石炭—寒武系灰岩呈条带状裸露于地表, 大气降水通过地表岩溶入渗透补给岩溶水 (图1) 。 (2) 地表水体补给。在矿区西部的寒武系灰岩露头区有一座库容约15.0×105m3的朝川水库, 其附近地表及地下岩溶都十分发育, 并有较大溶洞, 水库水渗漏是岩溶水重要补给来源。 (3) 矿井东部边界处的灰岩“天窗”。第四系孔隙水通过断层 (F1) 下渗补给岩溶水。

3 水文地质规律

近年来, 进行了三维地震勘探、音频电穿透和瞬变电磁勘探, 对矿井范围内的构造、灰岩的富水性进行了探测。通过三维地震勘探, 查明矿井深部二1煤层落差大于5 m的断层52条。通过音频电穿透和瞬变电磁勘探查明了石炭系灰岩和寒武系灰岩富水区 (表1) , 表明石炭、寒武系灰岩含水层随着埋深增加, 富水性逐步变弱, 平面上矿井东、西翼-100 m水平以下的富水性和连通性呈现为东翼较差、西翼较好的特点。

岩溶发育程度随埋深的变化可以划分为4个带:标高-100 m以浅为岩溶强发育带;标高-100~-300 m为岩溶次强发育带;标高-300~-390m为岩溶弱发育带;标高-390 m以深为岩溶不发育带。

在-100 m标高以下矿井的东、西翼水文地质条件也发生变化, 以暗主、副斜井为界可以划分为东、西翼两个大的水文地质单元, 东翼又划分3个次级水文地质单元, 包括己三采区水文地质单元、主副斜井东至F82断层水文地质单元、己一采区水文地质单元。

一水平 (-10 m) 疏水降压时, 灰岩水位呈“平盘式”下降漏斗。进入二水平 (-250 m) 后, 矿井疏水降压时岩溶水疏降流场不再呈“平盘式”下降, 东部和西部出现显著差异。西翼水位下降快, 而东翼水位下降缓慢, 水位呈“台阶式”, F82以西至暗主、副斜井为“一级台阶”, 东部己三采区为“二级台阶”, 目前“一级台阶”水位高出西翼水位70 m左右, “二级台阶”水位高出西翼170 m左右。

4 底板灰岩承压水防治策略

针对矿井东、西两翼不同水文地质单元灰岩水位的可疏性, 经过多年的研究和实践, 制订了矿井西翼“以疏水降压”为主、矿井东翼“能疏尽疏、综合治理”的灰岩承压水防治策略[1,2,3,4]。

(1) 矿井西翼“以疏水降压”为主。西翼是一个大的水文地质单元, 在-150 m西翼泄水巷、-250m西翼泄水巷、-300 m西翼泄水巷、-390 m西翼泄水巷疏水降压, 整体西翼底板灰岩承压水水位下降明显, 所以矿井西翼“以疏为主”。通过各阶段对矿井西翼石炭系灰岩和寒武系灰岩水位的疏降, 保障了矿井西翼安全开采。水位下降情况见表2。

(2) 矿井东翼“能疏尽疏、综合治理”。矿井东翼-100 m水平以下灰岩富水性较弱, 连通性较差, 疏水降压效果, 在该区域生产掘进工作面采取“物探先行、物探异常、钻探验证”的措施;采煤工作面采取“物探探测、钻探验证、综合治理、专家论证、集团验收”的防治水策略, 保证了己16-17-21070采面、己16-17-21090综放面的安全生产, 已安全开采出2个工作面, 生产煤炭210万t。井下物探圈定富水异常区, 对异常区进行钻探检验和注浆加固, 钻孔或物探检查并确认注浆效果, 完善建立采区和工作面排水系统。注浆加固层位视工作面承压大小而定, 承压小于0.6 MPa时, 加固改造层位为L2灰岩;承压0.7~1.0 MPa时, 加固改造层位为L3灰岩;承压1.1~1.3 MPa时, 注浆加固改造层位放在L4灰岩;承压超过1.5 MPa时, 注浆加固改造层位宜放在L5灰岩。

己16-17-21070采面设计长度900 m, 巷道设计沿己组煤层施工, 受底板灰岩承压水威胁, 最低点承受底板灰岩承压水0.39 MPa, 采用瞬变电磁勘探, 确定了富水异常区, 底板注浆加固部位重点是富水异常区。经分析后确定设计6个钻场, 均布置在二水平东翼泄水巷。从外向里依次为1号、2号、3号、4号、5号、6号钻场, 每个钻场布置5~6个注浆孔 (图2) 。注浆层位确定在己16-17煤层下部9.0 m左右的L2灰岩。注浆浆液扩散半径R=20 m, 水泥单液浆为主, 水泥浆密度一般为1.45~1.60 t/m3, 实际施工5个钻场共22个注浆孔, 钻探进尺1 567 m, 注入水泥单液浆316.17 m3, 水泥—水玻璃双液浆19.29m3, 水泥258.5 t, 水玻璃9.8 t。施工中发现, 注浆层位L2灰岩岩溶普遍不发育, 注浆孔出水量很小, 注浆量不大。4号钻场4-4补孔注浆量215 t, 占总注浆量的83%。注浆后采用井下瞬变电磁物探方法和钻探方法对注浆加固效果进行了检验, 工作面煤层底板基本没有富水异常区。

5 结语

在多年防治水工作的基础上, 总结出了朝川矿底板灰岩承压水水文地质规律, 根据其规律制订了结合该矿实际的防治水策略, 并在工作实践中不断验证和改进, 取得了较好的防治水效果。

(1) 利用多种手段查明矿井主要充水含水层的富水区域, 分析水文地质规律, 对全矿的水文地质单元进行重新划分。

(2) 矿井西翼“以疏水降压”为主、矿井东翼“能疏尽疏, 综合治理”的防治水策略符合朝川矿的实际。在实践中, 认真制订落实防治水策略, 并不断完善, 形成了具有该矿特色的防治水方法, 为矿井安全生产提供了可靠保证。

参考文献

[1]葛信立, 翟佳文, 乐志军, 等, 朝川矿工作面底板注浆加固及突水危险性评价[J].能源技术与管理, 2012 (4) :77-79.

[2]刘娟.朝川矿水文地质特征分析及水害防治措施[J].中州煤炭, 2011 (10) :54-55.

[3]李宏跃.平煤股份朝川矿一井21070工作面底板承压水防治技术研究[J].中小企业管理与科技, 2012 (9) :195-196.

极复杂水文地质条件 篇2

复杂地质条件下的人工挖孔桩施工技术措施

文章主要介绍了在复杂地质条件下的人工挖孔桩施工技术成功的`经验,以供类似工程借鉴.

作 者:刘龙 邓永丰 作者单位:中铁六局,呼和铁建公司,内蒙古,呼和浩特,010050刊 名:内蒙古科技与经济英文刊名:INNER MONGOLIA SCIENCE TECHNOLOGY AND ECONOMY年,卷(期):“”(1)分类号:U445.55关键词:复杂地质 人工挖孔桩 施工技术 方案

极复杂水文地质条件 篇3

关键词:煤炭资源;勘探开发;地质;技术

随着我国经济的快速发展,我们对于煤炭资源的需求也在处于不断提升的阶段,而目前因为煤炭的开采使得当地的环境面临着更为严重的负面影响。因此我们在工作的过程当中应该对于煤炭勘探过程当中的相关工作经验进行研究和探讨,并且根据青海地区的实际作为文章研究的主要对象,从而力求能够更好的掌握我国煤矿资源的具体情况,从而更好的为我国的煤矿资源开发服务。

1.合理的进行勘查方法的选择具有极为重要的意义

在进行找矿的勘察方法选择之前首先应该考虑到经济性以及地质目的进行综合性的考量,并且对于找矿方法的经济性以及先进性也要进行必要的考量。在保证选矿方法的先进性的同时还需要对于资金投入的基本状况进行综合的考量,并且对于勘查区域之内的地质状况也要进行必要的考虑。在进行勘察方法选择的时候应该在高层次。宏观以及准确的信息上面来进行。由于如果选择勘察的方法单一,肯定具有局限性。因此选择勘察方法也要有广泛的应用,而且最终取得显著的效果。采用综合性的勘查方法突破了原本勘察方法的局限性米并且增加了勘查的灵活性,对于工期的缩短以及成本的降低也具有十分中压的作用。因此,综合的选择勘查方法对于整个勘查工作具有十分积极的作用。

2.整体勘查对于未来整个煤矿的开发具有积极的影响

煤矿资源在进行开发之前首先要全面的对煤炭)的地质进行全面而且详细的勘查。在整个的煤炭产业当中,无论是整个行业未来的发展规模以及发展的方向都会受到勘查工作的影响,也就是说勘查工作的质量决定整个煤炭资源开发的效率。在整个煤矿勘查过程当中,不仅要获取煤炭地质的相关资料另外还需要保证资源利用的效率、开发的效率以及开采的质量。

以往的煤炭开发,我们的开采技术当中包括了多项的相关内容,例如:对于岩层的地质特征、水以及煤层气等相关的条件都会对于煤矿资源的开发造成一定的影響;可是如果我们在前期的开发工作当中加强注意,就能够对于相关的因素进行掌控。如果不降煤矿当中真实的地质构造进行细致的了解,并且在地质资料的引导之下进行开采,就会使得煤矿事故发生的概率提升。而且整个煤田当中的资源如果不进行统一规划以及利用,势必会对于整体煤炭资源的开采造成一定的影响另外哈有可能造成一系列的环境问题。因此,我们如果想提升煤田整体勘查的效率以及质量,如果单纯的采用时候治理的方式,不仅会造成环境的污染,还可能会造成煤矿开采整体成本的提升。

3.进行复杂地质条件下的煤炭资源勘查的方法

3.1物理探测勘查技术

了解成矿区域煤炭资源形成的规律是煤炭勘查工作的关键,通过分析研究深部矿区成矿系统、成矿演化、成矿环境等多方面的情况,能够找出矿床的制约因素与深度空间,最终能够找出深部矿床的具体位置。想要对深度矿床进行勘查首先需要对成矿系统有一定研究,对矿床的种类具有一定的了解,进而掌握矿床在空间分布方面的特点,可以利用物理探测技术来寻找深度矿床。

3.2化学探测勘查技术

化探勘查技术也就是系统地测量和研究各类岩体中的元素地球化学指标,测出有关元素的地球化学背景分布特征,根据这些特征指标推算出矿产分布与资源情况的勘查技术方法。煤田勘查中可以利用化探技术来寻找深部矿床,具体手段主要包括矿床原生晕法、水系沉积物测量法以及土壤离子电导率测量法等。

矿床原生晕法通常用来寻找盲矿,而且只限于研究矿床原生晕,不包括其他类型的原生异常,因为矿床的原生晕有时可以很好地反映在其他天然物质中,所以所采样品并不限于岩石,也可以是是其他天然物质,该法用于深部埋藏煤田勘查有良好效果。

水系沉积物测量法是以水系沉积物为采样对象所进行的地球化学勘查方法, 是一种效率较高的地球化学普查找矿方法,也是区域化探的主要方法,该方法可以根据少数采样点的样品进行重矿物分析和磁性矿物分析,利用现场仪器根据析结果进行追踪,还可以同时到实验室做光谱分析和化学分析,进行更详细的研究,从而了解区域内岩层大面积的矿化情况,达到矿产勘查的目的。

土壤离子电导率测量法在煤炭勘查技术中主要是通过利用测定含煤岩层风化表土样品溶液的导电性来发现隐伏煤矿的一种方法,含煤岩层中金属离子含量少,与其他岩层金属离子含量有一定差距,从而导致样品溶液导电性较弱,以此来判断煤层分布面积与规模,此方法并不成熟,有待进一步研究。

结束语:随着煤炭资源的勘查开发,复杂地质条件下深部煤炭的勘查势在必行,沿用以往的浅部地层勘查技术已经不合时宜,单一的勘查技术已经相形见绌,为了提高勘探精度与效益,新技术的采用势在必行,只有正确采用新勘查技术,才能快速指导下一步具体的施工,节约时间的同时有效地控制了勘查成本,才能使勘查工作不走弯路,提高施工精度,最快地达到勘查最终目的。

参考文献

[1]李劲松,蒋仕伯.着重探讨地质煤炭勘查遥感找矿技术[J].大科技,2012(1):313~314.

[2]郑春荣.关于地质煤炭勘查找矿方法的若干思考[J].黑龙江科技信息,2014,01:117.

[3]李海明.龙门山构造带及其邻区磁性结构研究[D].西北大学,2012.

[4]谢忠信.X射线光谱分析[M].北京:科学出版社,1982.

[5]刘英俊.元素地球化学[M].北京:科学出版社,1994.

极复杂水文地质条件 篇4

青东矿井位于安徽省淮北市濉溪县李小庙至大刘家一带, 行政区划属濉溪县, 井田东距宿州市、北东距淮北市均为45km, 井田面积为54.14km2。

矿井采用立井、多水平、主要大巷开拓方式, 分区石门布置。采用中央并列式、分区石门通风方式, 后期对角式。矿井设计三个生产水平:一水平标高为-585m, 二水平标高为-900m, 三水平标高为-1200m。

矿井主要可采煤层为32、7、81、82和10煤层, 平均总厚12.67m, 占煤层平均总厚的81.53%。地质资源量46877.35万吨, 可采储量为13341.6万吨。矿井煤层赋存条件复杂, 水、火、瓦斯、顶板、煤尘、地压“六害”俱全, 7、8煤层经鉴定具有突出危险性。

青东矿井按突出矿井设计, 生产能力为180万吨/年, 服务年限为52.9年。回采工艺设计以综采, 综放为主。

2 地质概况

青东矿构造主体表现为一走向北西~近东西, 局部略有转折, 向北、北东倾斜的单斜。地层倾角一般10~20°, 沿走向方向出现较小规模的地层起伏或次级褶曲, 局部地层产状变化较大, 由一般的10~20°变化为5~8°, 呈宽缓的向斜和背斜形态;区内共查出断层218条 (≥10m的断层97条, <10m的小断层121条, ) , 其中正断层214条, 逆断层4条, 断层的展布方向以北东向和北东东向为主, 少量北西向。在矿井开采过程中, 实际的揭露的地质构造异常复杂, 断层纵横交错, 次生褶曲发育, 煤层支离破碎。2007年6月26日开工建设以来, 共施工井巷工程45500m, 加上726、728综采工作面至今, 实际揭露未探明的断层达220多条, 而且还有众多的褶曲和层滑构造。

3 施工条件

82采区828工作面的8层煤为稳定结构的特厚煤层, 煤层厚度6.2~13.2m, 平均厚度为9.2m。宏观煤岩类型为半暗半亮煤, 构造以鳞片状、粉末状为主、次块状, 煤层松软。煤层走向310°~340°、倾向40°~70°。煤层倾角5°~18°, 平均13°。

828工作面8煤层基本顶为灰色砂岩, 细粒结构, 成分以石英、长石为主, 硅质胶结, 性硬。局部含灰色泥岩, 平坦状断口。厚度10.6~20.2 m。直接顶为泥岩, 灰-深灰色, 块状, 平坦状断口, 无伪顶。

828工作面8煤层直接底为深灰色泥岩, 块状, 具滑面, 有少量植化碎片, 局部夹有细砂岩薄层, 厚4.6m。基本底为粉砂岩, 灰色, 含条带泥质, 厚度5.0m。

828工作面采取先回采上部7煤层 (726工作面) 的区域防突措施, 被保护区域实测8煤层最大瓦斯压力0.3MPa、最大瓦斯含量4.5m3/t。

由于726工作面提前收作, 828工作面外段一定范围内处于未保护范围内, 该区实测8煤层最大原始瓦斯压力1.1MPa、对应8煤层瓦斯含量10.3m3/t、8煤煤体坚固性系数 (f值) 0.25、瓦斯放散初速度 (△P) 10.8。 (见图1)

8煤层煤尘具有爆炸危险性, 为自燃煤层 (Ⅱ类、最短发火期107天) ;该区段恒温带温度为17.1℃, 地温梯度平均2.8℃/100m左右, 巷道施工地温为31℃~33℃左右, 为一级高温。

4 巷道支护

由于采取跟底留顶煤施工, 巷道顶板松散破碎可锚性差, 为此采用U29型棚支护, 腰帮过顶材料为钢筋网+钢背板+双抗网。U型棚规格:腰扎×净高=4645×3330mm, U型棚梁长3641mm, 腿长3624mm, 扎角为8°;钢筋网采用Φ6mm圆钢制成, 网格为60×60mm, 规格为长×宽=710×630mm。棚距为600mm, U型钢搭接长度为400mm。 (见图2)

5 施工工艺

特厚煤层掘进采用手稿掘进为主, 如遇断层, 巷道内岩石较硬时, 采用松动炮的形式, 辅助破岩。施工工序为:安全确认→打设骨架孔、撞楔 (超前支护, 护顶) →挖梁道→移前探梁→按中腰线及棚距放置预备棚梁并过好顶→洒水、出煤 (矸) →安装护帮板→刷帮→载棚腿→看线、校正棚梁、棚腿位置→腰帮→紧固卡缆→质量检查。架棚时, 必须采取防倒棚措施, 支架间应设牢固的拉板或撑木。

6 特厚煤层跟底施工的安全施工管理

(1) 要严格执行敲帮问顶制度, 开工要进行安全确认。

(2) 永久支护必须紧跟迎头, 够一棚、架一棚, 顶帮要腰严背实。

(3) 施工采取留大肚子:由于煤层较软, 防止顶板发生抽芯掉顶, 迎头留大肚子;所留大肚子不超过4棚。巷道安设两路风筒, 以防止留大肚施工时风筒对侧通风不良而造成瓦斯超限。

(4) 先超前打撞楔护顶后, 将梁道挖好并及时架设临时支护, 铺设防片帮, 窜前探梁, 以及时控时巷道顶板, 防止掉顶。

(5) 超前护顶:使用板皮、大板撞楔等作为超前护顶材料。木撞楔采用长×宽×厚=2500×50×50mm木条。木撞楔布置间距为200mm, 根据顶板情况适当调小撞楔间距, 撞楔隔一棚打一棚, 撞楔削尖一端打入煤体, 另一端压在后一棚棚梁下, 外露长度不超过800mm, 撞楔生根在棚梁上, 生根牢固有效。撞楔按照比巷道坡度大8°~10°的角度打入顶板。

(6) 临时支护:架棚巷道采用金属前探梁作为临时支护。金属前探梁采用4米长的11#矿用工字钢制成;前探梁使用3根。

(7) 防片帮网:防片帮网采用直径不小于8mm的抗静电尼龙绳编制, 大小以能覆盖全断面为准, 网孔为100×100mm, 帮顶均不少于6个固定点, 中间不少于2个固定点, 帮、顶固定点距轮廓线周边不大于100mm间隙。

(8) 护帮板:挖腿窝时必须超前背帮, 护帮板采用长×宽×厚=3000×300×50mm大板, 每帮超前护帮板间距不大于500mm, 最上一块距顶梁不大于300mm, 最下一块距底板不大于1.0m。

7 过断层区域的超前管理

7.1 超前探查煤层赋存参数

由于青东矿井地质构造的复杂性, 煤层赋存变化极快, 煤层断上断下较频繁, 掘进施工期间必须及时跟煤施工, 为此采用预测孔超前探掘进前方的煤层赋存情况, 以便及时跟底施工。当预测孔探查有异常时, 采用钻机进行超前探查前方煤层情况, 控制煤层赋存状态, 为掘进安全有效施工提供可靠的依据。

7.2 采用骨架钻孔

过断层期间采用的骨架孔是根据石门揭煤骨架孔演变而来, 骨架管撞楔采用2.5m长1寸钢管, 钢管一头削平;钢管撞楔采用风锤打孔的方式安装, 自巷道中顶向两帮对称分布, 每打一孔及时安装一撞楔, 以防塌孔安装困难。撞楔按照比巷道坡度大8°~10°的角度打入顶板。按200mm间距布置, 每棚数量不少于15根。

7.3 超前注加固材料, 密实、充填、胶结、加固煤岩体

由于断层影响, 特别是巷道顶板揭煤期间, 一是爆破易发生掉顶、抽冒;二是煤层更加松软、破碎, 极易发生掉顶、抽冒, 顶板管理极为困难。针对于顶板管理采用注马丽散、金属骨架+注马丽散、注水泥浆+KY粉混合液方式等多种方式。在828机、风巷施工过程中, 通过几种注浆方式的比较, 注水泥浆方式固化效果差, 且而时间相对要长。考虑到马离散发生化学反应时易产生高温, 为此采取超前预注马离散化学剂沿煤层裂隙将煤层胶结形成一个整体。若发生掉顶时, 则将迎头进行喷浆封闭后注水泥浆或水泥浆+KY粉混合液胶结煤体。

7.4 台阶法施工

由于8煤较为松软, 巷道破底较多 (1m以上) 且底板较硬时可采用台阶法施工, 即对原设计的长腿子改为两个短腿子, 先采用一个短腿子架好棚后, 再卧底安装另一个短腿。施工方法如下:当安设好棚梁过好顶后, 挖腿窝时先挖短腿窝, 用准备好的短棚腿 (设计长度2000mm) 上棚腿腰帮, 下部岩石部分暂不处理, 按照设计坡度向前施工2棚后, 用防片帮网封闭迎头, 并加固迎头所有前探梁 (用木楔打紧) , 封闭、加固完成后退至短腿第一棚开始放小炮处理巷道下部岩石部分, 然后迎头继续挖棚梁过顶循环向前施工, 后路清理钉道时再停头安装加长棚腿, 以卧底达到巷道设计高度。短腿U型棚搭接长度500mm, 采用三付卡缆紧固, 搭接处用两付限位卡缆和一付普通卡缆卡紧, 卡缆螺母扭紧力矩≮100Nm。搭接长度≮400mm。

7.5 提高支护效果

(1) 过断层期间要增加棚子的整体性, 提高棚子抗压能力。每棚之间的连接除规定拉板外, 在中顶及底板位置分别安设一根棚撑, 棚撑规格50×50mm方木, 棚撑子打设要求牢固可靠。

(2) 架棚巷道为防止棚子倾斜, 一是在巷道两帮分别在底板向上800mm和1200mm处用Φ30mm圆钢或钢管打靠杆, 靠杆长600mm, 深入巷帮500mm;二是在巷道两帮分别在底板向上1000mm位置打锁腿锚杆固定棚腿;三是增设棚撑和拉杆, 以增加棚子整体性。 (见图3)

8 过应力集中区的方法

由于726机巷外段处于726工作面回采收作线20m位置为应力集中区, 对巷道支护及顶板管理造成很大困难, 且容易引起煤与瓦斯突出。为此过应力集中区:一是采用钻孔充分泄压。在应力集中区施工时, 采用顺层长钻孔预抽煤巷条带消除煤巷条带突出危险性, 同时对周围煤岩体的应力进行释放, 掩护煤巷掘进。当预测煤层应力大或有煤层突出指标大时, 再增设排放孔。二是加强支护质量, 提高支护等级。在支护上棚距由原来的600mm缩小至500mm, 巷道由29U型钢改为36U型钢, 同时增设拉杆、打靠杆或锁腿锚杆等方式提高支护效果。当巷道顶帮难以控制时, 采用超前注浆加固措施来保证施工安全。

9 结束语

青东矿82采区828工作面为综放工作面, 巷道采取跟底留顶煤施工, 在施工期间遇到很多困难, 特别是煤顶的管理从超前管理上、支护上, 和现场施工管理上采取非常有价值的举措, 成功的克服了各种困难, 经过摸索革新, 巷道单进由最初的40m/月到100m/月以上, 减少了工作面准备时间, 因提前回采产出的煤炭而带来巨大的经济效益和社会效益。

青东矿对特厚、突出、极松软、大应力、极复杂地质条件下跟煤底施工的管理, 在实践中取得了良好效果和一些成功的经验, 为类似条件下安全技术施工管理提供了宝贵的经验。

摘要:青东矿82采区8煤层首采工作面为828工作面, 煤层厚度6.213.2m, 平均厚度为9.2m, 回采工艺为综放, 工作面巷道施工采取跟底留顶煤施工, 由于煤体松散破碎, 同时过上覆726工作面收作线应力集中区、频繁过断层、过构造, 在施工期间遇到很多了困难, 特别是极松散的煤顶在超前管理上、支护上, 和现场施工管理上采取非常有价值的举措, 成功的克服了各种困难, 巷道单进达100m/月, 减少了工作面准备时间, 回提前回采产出的煤炭而带来巨大的经济效益和社会效益。

复杂地质条件下上山煤柱回收技术 篇5

关键词:复杂条件上山煤柱蹬空沿空留巷仰采

中图分类号:TD823文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0037-01

淮北区石台煤矿为了减少煤柱损失,根据现场的地质条件,积极研究复杂地质条件下上山煤柱的回收技术,取得了较好的经济效益和社会效益,提高了资源回收率。

1工作面概况

3420中工作面位于Ⅰ4采区下段,上为Ⅰ4轨道巷保护煤柱,下靠3422中工作面,该工作面已回采完毕,右为3420N、3418-2工作面,均已回采完毕。工作面走向长度194m,斜长143m,煤层倾角8°~25°,平均18°,其中里段60m范围内最大倾角达到25°。该工作面煤层赋存稳定,平均厚度1.8m。可采储量7万余吨。该工作面直接顶为粉-细砂岩,厚1.66m。老顶为细砂岩,厚度10m,灰白色,厚层状。直接底为砂质泥岩,厚11m,深灰色,微含炭质。老底为细砂岩,厚8.0m,灰白色,条带状,性脆。

2 方案的提出

3420中工作面里段倾角较大,若采用倾斜长壁采煤法对该上山煤柱进行回收,仰采角度过大,无法保证安全回采,若采用走向长壁采煤法进行回采,则不能将上山煤柱完全回收。通过里段采取走向长壁采煤法,采至预定收作线时沿空留巷,外段安装工作面再采取倾向长壁采煤法将能实现上山煤柱的安全回收。

3技术难度分析

(1)3420中工作面沿走向推进过程中,需过Ⅰ4轨道巷和Ⅰ4轨道三腰巷,蹬空段管理难度大。

(2)3420中工作面沿走向推进到预定位置后,需沿空留巷,沿空留巷段长度较大,达到180m,此段作为后期进风巷道使用,维护时间较长,支护难度增加,顶板管理困难。

(3)工作面后期采取倾向长壁采煤法以后,工作面整体仰采,工作面顶板管理难度随之加大。

4过轨道巷及沿空留巷段的顶板管理

4.1 过轨道巷段顶板管理

工作面在沿走向推进的过程中过Ⅰ4轨道巷,根据石台矿的地质条件及蹬空段的现场管理经验,当煤层底板下的岩柱留设高度不小于3m时,才能安全顺利的通过。经计算及现场测量,确定了蹬空段管理的范围。现场采取在需管理的范围内打联锁木垛的方式进行管理,这样能保证工作面采煤时底板不至于陷落。蹬空采煤的关键是顶底板管理及瓦斯管理,同时还要加强现场劳动组织管理。关键在于以下几点:

(1)工作面推至距轨道巷5m时,倾向每隔5m从煤帮侧朝下打一探眼,探眼深度不低于5m,打探眼时必须停车。(2)工作面过轨道巷期间,距轨道巷5m时,原则上不允许放炮作业,采取人工落煤。(3)在蹬空开采过程中,工作面提车进行管理,单体支柱采用方木下底梁支护,并沿倾斜方向排齐,防止人员或物料掉入蹬空段,发现底空段必须用煤将空底段尽可能的填实,人行道及材料道侧增设一梁三柱顺山挑棚加强支护,挑棚支柱必须下底梁支护。(4)过轨道巷时,巷道已垮落段必须进行超前采煤、挂梁、补设支柱,空、漏顶处必须用方木接实顶。

4.2 沿空留巷段的顶板管理

工作面采至预定位置后需沿空留巷,沿空留巷段的长度约180m,此次沿空留巷将采取走向沿空留巷与倾向沿空留巷相结合的方式,作为后期的进风巷道使用,且使用周期较长,所以沿空留巷段的顶板管理是此次管理的重点。沿空留巷段的顶板管理方法如下:

(1)工作面推进至预定位置前,最后四排巷采高不低于2.0m。

(2)工作面回采最后一排时,煤壁侧用竹芭背严背实帮。采用塑料网过严顶板。

(3)工作面正常回采时采用四、五排管理,当推进至停采位置时,停采前回掉第五排支架,回掉的支柱带压支设在放顶线之间,作为沿空留巷老塘侧点柱加强支护,并与老塘侧保持一定的夹角,用于抵抗老塘侧的压力。

(4)工作面倾向沿空留巷段和走向沿空留巷段交叉处上帮架设木垛加强支护,走向沿空留巷段每隔5m在老塘侧架设一木垛加强支护。

5 外段装面及仰采安全开采技术

工作面在采至预定收作线位置时,原来的机巷作为切眼进行装面,改变采煤方法,即由走向长壁采煤法改为倾向长壁采煤法,在此期间工作面的仰采角度较大,局部仰采角度8°~15°,针對工作面的复杂条件和具体情况,回采前制定了详细的安全技术管理措施,充分保证工作面回采的安全。

(1)支护管理。工作面采用单体液压支柱配合铰接顶梁支护,回采过程中加强基本支架管理,支架支设要垂直顶底板,迎山有劲,迎山角控制在3°~5°。确保单体支柱的初撑力及工作阻力符合要求,采煤应自上而下进行。仰采段采高大于2m或煤层松软处,煤壁要用大笆背好帮,工作面实行“三封闭”管理,防止工作面出现抽顶和煤壁片帮。若端面距大于300mm时,必须进行超前管理;大于500mm时必须进行超前采煤、挂梁、补柱。

(2)放炮管理,回采过程中加强防炮管理,炮眼深度和封孔长度必需严格要求。由于本工作面为“三软”煤层,易造成煤壁片帮和串矸漏顶,仰采段原则上不允许放炮作业,若遇火成岩侵蚀或煤体较硬,使用手镐无法落煤时,要严格控制放炮,可采取放松动炮的方法回采,顶眼仰角控制在10°~15°,装药量不超过200g/眼,底眼打平眼,装药量不超过300g/眼,一次启爆长度不超过5m,严禁“糊炮”。(3)其它安全技术措施,工作面加强现场管理,机道、人行道、采空区侧所有支柱拴防倒绳,防止工作面倒棚、推棚。人行道挡好人行台阶,机道设置挡煤板,增加工作面的装煤效果,减轻工人的劳动强度。

6 应用效果及经济效益

通过一系列的安全技术措施和现场管理,3420中工作面在沿空留巷、蹬空采煤和仰采等一系列技术难题下取得了成功,工作面月产2万余吨,多回收煤炭资源7万余吨,创效6000余万元。

7 结语

在极复杂地质条件下对上山煤柱进行回收是完全可行的,工作面采取的措施科学合理,能够有效的解决在回采过程中的一系列技术难题,减少了煤炭资源的损失,缓解了采掘衔接矛盾,取得了良好的技术经济效益。

参考文献

[1]冯立彦.沿空留巷在富强煤矿中的应用[J].煤炭技术,2004.

极复杂水文地质条件 篇6

泉店煤矿是河南神火集团新建矿井, 位于禹州煤田东南部, 主采煤层为山西组下部的二1煤层, 平均煤厚5.88 m, 煤层埋深370~1 200 m, 二3和四6煤层局部可采。地质储量164.59 Mt, 矿井设计生产能力120万t/a, 服务年限为48.3 a, 该矿于2009年12月26日一期工程竣工投产。水文地质显著特点是水压高、水量大、底板隔水层厚度薄, 回采过程极易发生突水。

1 矿井地质及水文地质条件

矿井位于禹州矿区东南部, 许禹背斜东部南翼。矿井整体为一走向北西、倾向南西的单斜构造, 西部发育一宽缓向、背斜构造, 地层走向300°~330°, 倾向210°~240°, 倾角10°~29°。构造特征以断裂为主, 发育的断层有NE向、NWW向和近EW向断层三组, 除DF10为逆断层外其它均为正断层。

泉店矿主要含水层为新近系半固结砂砾石及基岩风化带孔隙裂隙含水层、二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层、二1煤层顶板砂岩裂隙含水组、太原组上段岩溶裂隙含水组、太原组下段岩溶裂隙含水组、寒武系上统白云质灰岩岩溶裂隙含水层。主采的二1煤层主要受太原组上下段灰岩含水层和寒武系灰岩含水层影响。

1.1 太原组上段岩溶裂隙含水组

太原组上段岩溶裂隙含水组上距二1煤层底板17.0~27.0 m, 含水层由L7~L9三层灰岩组成。其中L7与L8灰岩全区稳定且发育, L9灰岩不发育, 含水层累厚5.24~24.43 m, 平均14.28 m;根据地面钻孔勘探资料该含水层初始水位标高+89.72~+122.12 m, q=0.004 52~0.280 L/s·m, K=0.023 46~0.891 0 m/d, 平均0.495 m/d。属于中等富水的岩溶裂隙承压水, 但富水性不均一, 是二1煤层底板直接充水含水层。

1.2 太原组下段岩溶裂隙含水组

太原组下段岩溶裂隙含水组上距二1煤层底65.0~75.0 m, 含水层由C2t下段L1~L4四层灰岩组成, 有时L1与L2合并为一层, 局部L4灰岩相变为砂泥岩地层, 含水层累厚3.79~31.85 m, 一般为20 m左右, 该含水层初始水位标高+94.63 m, q值平均0.010 5 L/s·m, K值平均0.035 5 m/d, 属于弱富水的岩溶裂隙承压水, 但富水性不均一, 是二1煤层底板间接充水含水层。

1.3 寒武系上统白云质灰岩岩溶裂隙含水层

寒武系上统白云质灰岩岩溶裂隙含水层上距二1煤层底120.0~125.0 m, 为石灰岩及白云质灰岩, 该含水层初始水位标高+57.33~+91.17 m, q=0.006 43~0.459 7 L/s·m, k=0.007 0~0.628 m/d, 属于中等富水的岩溶裂隙承压水, 但不均一, 比区域岩溶含水层富水性弱一些, 为二1煤层底板间接充水含水层。该含水层水具有较高的水头压力, 在断层带附近或煤层底板隔水层薄弱处进行煤层开采时, 应注意防范突水事故。

2 工作面综合防治水技术对策

(1) 疏水降压。工作面若发生突水, 一个重要的原因是灰岩含水层水压太高。为了降低工作面水压, 必须采取疏水降压的防治水技术措施。2008年5月开始在矿井首采面相邻的-540西翼轨道大巷、12轨道上山、-540东翼胶带大巷共施工放水钻孔90个, 最大放水量1 000 m3/h, 使矿井L7-8灰水压由6.0 MPa降至2.0 MPa, 从而大大降低了工作面的防治水难度, 同时为进行底板注浆加固准备了条件。

(2) 底板注浆加固。在回采的工作面附近区域进行疏水降压的基础上进行注浆加固工作[1]。底板改造技术实质就是将工作面底板太原组上段富、导水灰岩含水层通过打钻注浆置换, 使灰岩含水层变为隔水层, 并封堵岩层的导水裂隙、封堵补给水源的防突技术。

(3) 注浆效果检验。在工作面底板注浆加固前, 采用井下瞬变电磁探测技术查找煤层底板下方70 m范围内岩层赋水性情况, 划分底板岩层贫、富水区域及富水区导高位置, 为底板注浆加固设计提供依据。底板注浆加固结束后, 对注浆效果再进行二次瞬变电磁探测检验, 确保注浆效果。

(4) 工作面突水危险性评价。在工作面回采前根据注浆加固效果运用突水系数对底板突水危险的可能性进行综合评价, 并提出回采过程中防治水技术对策。

3 二1-11070工作面应用实例

3.1 工作面概况

二1-11070工作面位于矿井东翼11采区下部, 为矿井东翼设计首采工作面, 西邻DF04断层, 东邻11采区上山, 上邻二1-11050工作面 (未开采) , 下邻东翼胶带大巷。走向长650~750 m, 倾斜宽约158 m, 二1煤层平均厚约5.5 m, 地质储量77.9万t。工作面中部存在一个落差12~15 m的DF18断层。回采的二1煤层, 下距太原组上段灰岩 (以下简称L7-8) 顶距离17.0~27.0 m, 水压2.0 MPa, 突水系数0.12 MPa/m, 运用比拟法预计涌水量264~343 m3/h, 采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤工艺。

3.2 底板灰岩注浆加固施工设计

3.2.1 终孔层位确定

底板灰岩水文地质参数及计算出的突出系数如表1所示。

表1中突水系数计算时未考虑底板原始裂隙导水高度和底板破坏深度。由表1可以看出: (1) 太灰上段 (L7-8灰) 突水系数0.1 MPa/m大于突水临界值0.06 MPa/m, 若在考虑到回采后底板破坏深度影响 (邻区矿井底板破坏深度经验值为15 m) , 突水危险性更大; (2) 太灰下段 (L1-3灰) 突水系数为临界值, 可以不进行底板加固, 但考虑到原始导高 (豫东永城矿区井下原位地应力测试确定递进导升裂隙的高度一般为10 m) , 上部必须进行封堵, 另外参考禹州矿区其它矿井底板改造经验, 底板注浆改造在垂向上扩散半径一般为13.0~15.0 m, 在平面上扩散半径一般为25~30 m; (3) 寒武系灰岩突水系数为0.04 MPa/m, 可以不进行底板改造。综上所述, 底板改造目的层确定为太灰上段灰岩含水层 (L7-8灰) , 钻孔终孔位置距二1煤层底法线深度55 m。

3.2.2 钻场及钻孔设计

钻孔以注浆扩散半径25~30 m进行均匀布孔, 力求工作面太灰上段注浆加固改造率均达到100%。为尽可能的多揭露含水层面积, 提高注浆加固效果, 钻孔均设计为倾斜孔, 在物探探明的异常区域及DF18断层两侧加密布置钻孔。在该工作面机巷导线点S3点前19 m处开始施工第一钻场, 面向迎头方向每隔60 m做一个钻场, 设计12个钻场, 每个钻场内布置4~5个钻孔, 1~2个检查钻孔, 设计80个钻孔, 如图1所示。

3.2.3 钻孔工艺

开孔φ153 mm钻头穿过煤层底板法线深度2.0 m, 下φ146 mm护壁套管, 然后改用φ113 mm钻头钻至距二1煤层底板法线深度不低于15 m, 下入φ108 mm二级套管, 两级套管均进行耐压试验, 其中两级套管耐压分别不低于6 MPa和12 MPa, 时间不少于30 min, 耐压试验合格后换用φ75 mm钻头钻至终孔。钻孔施工的原则:一是同一个钻场内不能同时施工相邻两个钻孔;二是相邻两个钻场不能同时施工相同方位的钻孔。钻孔的开口方位、倾角、终孔深度、套管长度、耐压情况等每一套工序, 经地测科专业验收人员现场签字验收, 确保钻孔施工质量。

3.2.4 注浆工艺

采用地面永久注浆站注浆, 采用纯水泥为材料, 以最大注浆量、最大扩散半径、最大限度的充填岩溶裂隙为目的, 分孔、分次序连续注浆[2]。主要流程为:地面制浆→注浆泵→地面输浆管路→井下输浆管路→孔口→含水层。注浆材料选用425#普通硅酸盐水泥, 浆液比重在1.16~1.22。注浆基本原则:一是同一个钻场内不能同时对相邻两个钻孔进行注浆;二是相邻两个钻场不能同时对相同方位的钻孔进行注浆。

3.3 注浆效果

二1-11070工作面于2010年3月~2010年11月对太原组上段灰岩 (L7-8灰) 进行了底板注浆加固施工, 12个钻场共施工注浆钻孔94个, 累计钻探工程量10 837 m, 注水泥干料5 050 t, 钻孔累计出水量897 m3/h, 平均单孔出水量9.5m3/h, 平均单孔注浆53.7 t, 改造面积13.8万m2, 注浆分布0.04 t/m2。

DF18正断层位于二1-11070工作面中部, 根据该断层附近的1302地质孔揭露, 二1煤层底板下距L7-8灰顶约17.21 m。在4#和5#钻场分别对DF18断层带及断层两盘L7-8灰岩含水层进行了重点注浆加固。共施工钻孔9个, 累计钻探工程量982 m, 累计出水量66 m3/h, 累计注水泥663 t。

底板注浆加固前后分别对该工作面上下顺槽利用井下瞬变电磁探测技术进行探测, 以视电阻率值小于3的区域为相对低阻异常区, 低阻异常区附近岩层一般相对破碎、裂隙岩溶发育或富水性较好。从底板注浆改造前的二1-11070工作面瞬变电磁勘探低阻异常区可以看出该工作面二1煤层下70 m范围内共有11个低阻异常区, 其中分布在工作面中部DF18断层附近有3个大的低阻异常区, 也是回采过程容易发生突水危险的区域。底板注浆加固后原先存在的11个低阻异常区基本消失, 尤其是薄弱DF18断层带附近, 充分说明了底板灰岩注浆加固效果十分明显。

目前, 泉店煤矿继续使用该技术在二1-14050工作面进行注浆加固。截止目前二1-12050工作面已经实现安全回采, 二1-11070工作面已经安全回采200 m, 没有发生突水事故。

3.4 经济效益

(1) 二1-11070工作面进行注浆加固工程发生的费用为: (1) 钻探工资费。单价82元/m, 总进尺10 837 m, 总费用888 634元。 (2) 钻探材料费。单价120元/m, 总费用1 300 440元。 (3) 注浆费。水泥5 050 t, 单价500元/t, 总费用2 525 000元。该工作面预计出煤66万t。底板注浆加固总费用为471.4万元, 防治水费用吨煤投资7.14元。

(2) 二1-12050工作面进行注浆加固工程发生的费用为: (1) 钻探工资费。单价82元/m, 总进尺13 026 m, 总费用1 068 132元。 (2) 钻探材料费。单价120元/m, 总费用1 563 120元。 (3) 注浆费。水泥4 911 t, 单价500元/t, 总费用2 455 500元。该工作面出煤55万t。底板注浆加固总费用为508.6万元, 防治水费用吨煤投资9.24元。

4 结论及建议

通过对底板L7-8灰岩进行注浆加固, 封堵灰岩含水层的导水裂隙及补给水源使含水层变成隔水层有效控制了工作面涌水量, 从而实现了工作面的安全回采。针对泉店煤矿复杂的水文地质条件下进行注浆加固吨煤投入7.14~9.24元, 运用该项技术能够保证在带压开采条件下工作面实现回采, 同时经济效益可观。从泉店煤矿所进行的2个工作面底板注浆加固经验上看, 所采用纯水泥注浆材料消耗量较大, 占据整个工程费用的48%~53%, 特别是在目前水泥价格不断上涨的背景下, 可进一步研究注浆新材料以替代或部分替代纯水泥材料从而降低整个注浆成本, 同时又可以达到注浆效果。

摘要:泉店矿水文地质显著特点是水压高、水量大、底板隔水层厚度薄, 回采过程极易发生突水。对底板太原组上段灰岩含水层采用注浆加固新技术把含水层变为隔水层, 经初步检验注浆效果显著, 解决了带压开采条件下实现工作面安全回采的难题。

关键词:太原组灰岩上段,底板注浆加固,效果显著,带压开采

参考文献

[1]刘军, 魏民涛, 杨垂, 等.寒武系灰岩底板注浆加固技术在梁北矿的应用[C]//煤矿安全与地球物理学术研讨会论文集, 北京:中国煤炭学会, 2006

复杂地质条件下的地质勘查技术初探 篇7

1 工程概论

某公路工程是该省重要的公路干线, 在我国高速公路网中也占有重要的地位, 地层岩性比较多, 通过检测发现, 该地区的地层出现了岩溶突水、突泥、煤层瓦斯以及岩爆等不良地质问题, 工程地质条件比较复杂, 需要采用地质勘查技术对其进行处理。这一地区先后进行了多次公路隧道施工, 在施工与运行时出现了多次安全事故。其中隧道发生的重大瓦斯爆炸和, 造成了多人死亡, 几十人受伤。在对隧道施工资料进行分析后发现, 隧道溶洞中存在多种有害的气体, 施工阶段还出现了多次大涌突水问题。在分析安全事故隐患时, 需要结合勘察阶段的地质资料, 还要结合施工后期隧道勘察精度调查结果, 保证精度达到要求。

2 隧址区构造发育情况

对于隧址区, 工作人员需要对构造发育情况进行调查, 在隧道的隧址区位于褶皱地带, 并且处于发育状态, 这一地区的岩层岩性较多, 岩溶管道大涌水比较发育, 砂岩裂隙水比较发育。在隧址区内, 褶皱构造具有紧密、细长的特点, 轴部岩层处于直立的状态, 有的甚至处于倒转的状态。在隧址区的前段, 主体部位的两侧存在发育复式裂线, 这一部分还会受到地台基底轮廓的控制。在地区中心部位的轴线呈现出了放射状的排列状态, 多个断裂区域都属于比较发育, 还有的部位存在小断裂现象, 断裂走向与构造线属于同一发展趋势。

3 地质勘查技术在复杂地质条件隧道工程中的应用

在本文的工程案例中, 隧道掘进施工前, 采用了有效的地质勘查技术, 这可以帮助施工单位了解地质条件, 从而合理确定公路隧道勘测技术。在修建特长隧道时, 比较容易受到地质条件的影响, 如果所处的环境属于复杂地质, 则需要考虑勘查的周期, 避免受到限制。对于复杂地质, 施工单位应结合施工计划, 合理确定勘查的工作量, 对隧道围岩的级别进行客观的评价, 要分析在隧道掘进的过程中, 是否存在大量涌水的隐患。采用地质勘查技术进行分析时, 可以杜绝瓦斯爆炸等安全事故的出现, 预防地质灾害的出现。在本文的工程地质案例中, 在对公路隧道工程进行分析时, 应综合考虑影响因素, 根据地质资料, 杜绝常见地质灾害的出现, 如突泥、瓦斯、岩爆等。

3.1 工程地质调绘技术。主要对本区的地层、构造、水文等地质现象的核实与补充, 在岩石出露较好地段, 通过实测地质断面, 分析并推断隧道在掘进时, 通过各断层和褶皱核部时, 可能出现的不良地质现象并作出合理的预测、预防。在褶皱与断层的交汇部位布置适量挖探工程, 揭露断层破碎带的宽度及断层两侧岩石的完整性及风化程度, 推测隧道通过段围岩的完整程度。

3.2 物探技术。利用瑞雷面波、浅层地震折 (反) 射法、视电阻率、高密度电法等常规手段, 查明隧道洞身岩性的风化深度、进出口段覆盖层的厚度及密实程度, 断层通过位置及隧道深埋段围岩结构特征并评价可能影响工程的地质异常区 (带) 。目前较为先进的技术有CSAMT大地测深仪, 利用可控源音频大地电磁法为主, 以激发极化法和瞬变电磁法为辅助手段, 综合利用物探资料及地面工程地质勘察结果对深埋, 并评价可能影响工程的断层破碎带及异常区, 对工程勘察及施工提供有用的信息。

3.3钻探技术。为了验证异常区和取得一些原位测试数据, 钻孔应布置在多种构造的复合部位, 因为这些部位通常是构造薄弱地带和地下水富存部位, 通过钻探, 可以了解岩体的完整程度, 采取岩样做物理力学试验和孔内水文试验, 为隧道涌水量的预测提供参数, 并在深孔内做地应力测试, 以准确评价硬质岩石的岩爆和软质岩石的变形参数。

4 病害预测

通过以上勘察手段的使用, 综合分析各种公路隧道病害发生的原因, 了解其发生的机理, 并对病害发生的地段做好预测。其中ZK0+330~ZK0+360、Z K 0 + 5 6 0 ~ Z K 0 + 6 1 0 、 Z K 1 + 1 6 0 ~Z K 1 + 1 8 0 、 Z K 1 + 6 0 0 ~ Z K 1 + 8 0 0 、Z K 2 + 1 5 0 ~ Z K 2 + 2 4 0 、 Z K 2 + 4 4 0 ~Z K 2 + 5 0 0 、 Z K 3 + 2 8 0 ~ Z K 3 + 3 4 0 、Z K 3 + 8 6 0 ~ Z K 3 + 9 6 0 、 Z K 4 + 3 8 0 ~Z K 4 + 4 4 0 、 Z K 5 + 3 8 0 ~ Z K 5 + 4 4 0 、ZK5+700~ZK5+740段, 隧道掘进过程中, 若处理不当会发生涌、突水现象, 应做好综合地质超前预报或地质雷达超前钻探工作;ZK1+250~ZK1+430、Z K 1 + 8 5 0 ~ Z K 1 + 9 4 0 、 Z K 2 + 0 2 0 ~Z K 2 + 3 2 5 、 Z K 3 + 0 9 5 ~ Z K 3 + 3 3 0 、ZK3+790~ZK4+370段, 岩性以灰岩、白云质灰岩、硅质白云岩及凝灰质砂岩为主, 隧道埋深较大 (大于400m) , 穿越的地层岩性属硬质岩, 有发生轻微~中等岩爆的可能, 采用“短进尺、弱岩爆”, 严格控制炮眼利用率, 可以降低岩爆发生频率;进口段和出口段穿越高碳质泥岩及煤层时, 应予重视并加强通风与瓦斯检测工作。

结语

在对隧道进行掘进施工前, 一定要做好地质勘查工作, 还要采取有效的措施预防安全隐患。只有合理选择地质勘查技术, 才能保证隧道地质工程的经济效益。本文对综合地质勘查技术在复杂地质工程中的应用情况进行了介绍, 希望对相关施工单位提供一定帮助, 为其提供有价值的参考信息。

摘要:当前社会, 土地资源的数量正在不断减少, 为了满足土地资源利用的需求, 相关部门在对土地资源进行利用前, 需要做好地质勘察工作。本文对复杂地质条件下地质勘查技术进行了介绍, 希望对地质勘查单位提供一定帮助, 提高工作的质量以及安全性, 避免在施工的过程中出现由不良地质灾害引起的灾害与事故。合理利用地质勘查技术, 可以杜绝安全隐患的出现, 可以保证地质工程的经济效益。

关键词:复杂地质,地质勘查,技术,病害

参考文献

极复杂水文地质条件 篇8

我国地域辽阔, 地理跨越幅度大, 因此地质和地貌条件复杂。如果要充分开展地质勘查工作, 必须以当地的地质地貌为基础, 比较讨论各种勘查技术的优势, 对于不同的地质地貌需要使用不同的地质勘查技术并合理应用。

1 地质勘查技术方法

矿产勘查时为了研究矿床的地质构造, 揭露、追索和圈定矿体, 查明矿产的质与量, 以及了解矿床的开采技术条件, 就要采用各种工程手段和技术方法。现代地质勘查的技术方法主要有地质测量、地球物理测量、地球化学测量、遥感测量、探矿工程等。

1.1 地质测量

地质测量是地质勘查工作中最常用的一种工作手段, 其工作重点主要在于寻找矿产资源信息, 研究预测地层、构造、岩浆岩、变质作用等因素与成矿作用的关系, 总结矿化富集规律与找矿标志。它是其他各项地质工作布暑的基础与前提。

1.2 地球物理测量

它是以各种岩石和矿石的磁性、放射性、密度、电性等物理性质的差异为研究基础, 用不同的物理方法和物探仪器, 探测天然地球物理场的变化, 发现物探异常, 通过解释评价物探异常而进行找矿的方法。地球物理测量的主要方法有磁法测量、放射性测量、重力测量、电法测量、地震测量等。

(1) 磁法测量, 由于自然界的岩石和矿石具有不同磁性, 它使地球磁场在局部地区发生变化, 产生各不相同的磁场, 出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常, 进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法。

(2) 放射性测量它是根据放射性射线的物理性质, 利用专门的仪器、设备, 如辐射仪、射气仪等, 通过测量放射性元素的射线强度或射线浓度来寻找放射性元素矿床以及与放射性元素共伴生的其它矿床的一种物探方法。

(3) 重力测量是利用组成地壳的各种岩体、矿体的密度差异所引起的重力变化而进行地质勘探的一种方法。

(4) 电法测量是根据岩石和矿石导电性、电化学活动性、导磁性等电性差异来找矿和研究地质构造的一种方法。

(5) 地震测量它是利用人工激发的地震波在不同的地层分界面就会产生反射波或折射波, 在地面用专门的仪器设备接收反射性号, 再由仪器计算处理, 判断地层的岩性, 准确地测定界面的深度和形态, 地震测量是石油、煤田勘探最常用的物探方法。

1.3 地球化学测量

它是以地球化学理论为基础, 从各种天然物质中系统地采集样品, 分析测试某些地球化学元素的特征数值, 对获得的数据进行处理, 发现地球化学异常, 通过对地球化学异常的解释评价而进行找矿的方法。常用的地球化学测量方法有水系沉积物地球化学测量、土壤地球化学测量、岩石地球化学测量等。

(1) 水系沉积物地球化学测量。通过系统地采集地表水系中的沉积物质的样品, 测定元素含量或其他地球化学特征, 以发现与矿化有关的异常, 并进而寻找矿床的方法。

(2) 土壤地球化学测量。这种方法是系统地测量土壤及各种风化产物中的矿物元素含量或其他地球化学特征, 发现与矿化有关的各类次生异常, 并进而寻找矿床。

(3) 岩石地球化学测量。这种方法是系统地采集岩石样品, 分析其中的矿物元素含量, 以发现与矿化有关的各类原生异常, 并进而寻找矿床。

1.4 遥感测量

遥感测量是一种新兴的综合性探测技术。它通过遥感平台上装置的传感器, 远距离接受目标反射或发射的各种不同波段的电磁波信息, 经过对这些信息的处理和解译, 达到对远距离目标的探测和识别的目的。遥感可分为可见光和反射红外线遥感、热红外遥感和微波遥感三类。

1.5 探矿工程

槽探、钻探、坑探是探工类技术中比较重要的三种手段工作方法。

(1) 槽探它是在地表挖掘的一种槽形工程, 主要揭露近地表覆盖层下3m以内的基岩地层、地质界线、构造、矿化体, 了解地层、构造、矿体的特征和延伸情况以及矿体与围岩、构造的关系。

(2) 钻探工程是深部找矿的主要勘查手段, 通过钻探机械向地下钻进钻孔, 从中获取岩芯、矿芯, 了解深部地质构造及矿体的赋存变化规律。

(3) 坑探工程是按一定的规格从地表向矿体内部掘进通道, 主要揭露追索深部矿体赋存状态, 了解矿石组分及品位, 详细观察矿体与围岩、构造的接触关系。

2 复杂地质地貌条件下勘查技术的应用

我国地域辽阔, 地理跨越幅度大, 因此地质和地貌条件复杂。地质勘查作为一项比较复杂的工程, 对技术水平要求相对来说比较高, 所以地质勘查技术是一项复杂的技术, 对于不同的地质地貌需要使用不同的地质勘查技术并合理应用。

2.1 遥感地质测量

遥感地质测量是综合应用现代的遥感技术来研究地质规律, 进行地质调查和资源勘查的一种方法。它是从宏观的角度, 着眼于由空中取得的地质信息, 即以各种地质体和某些地质现象对电磁波辐射的反应作为基本依据, 综合其他地质资料, 以分析判断一定地区内的地质构造和矿产情况。它具有调查面积大、速度快、成本低、不受地面条件限制等优点。目前发展应用于地质测量、发现及研究与矿产有关的地质构造现象。帮助确定重点勘查工作区、参照地形标定工作路线、部署地球化学或地球化学测线位置, 是指导勘查设计较理想的基础资料。

2.2 航空物探测量

在复杂地质地貌条件下普通的物探测量工作的应用受到一定的限制, 但航空物探测量技术在复杂地质地貌条件下就有较大的优势, 由于其测量设施安置在航空设备上, 测量距地表有一定高度, 不受地形地貌的影响, 而且通过技术手段, 能过滤一些环境物探场的影响, 是确定异常体的大致性质、规模、位置, 是复杂地形地质地貌条件下较理想的一种物探测量方法。

2.3 地球化学测量

在地形地貌复杂, 区域范围内地质资料缺乏的情况下, 采用地球化学测量方法, 通过采集岩石、土壤、河流沉积物、植被以及水等介质, 分析化学靶元素和探途元素, 查明靶元素和探途元素异常分布, 圈定次生晕和原生晕进而圈定出有利于矿床赋存的异常区, 缩小找矿区域, 是矿产勘查中一种有效的勘查方法。

地球化学测量除用于地质找矿之外, 现已有效的应用于环境地质、农业地质、污染监测等多方面。

2.4 探矿工程

在地形切割强烈, 地质条件复杂的地区, 探矿工程最有效的方法就是钻探和坑探。

钻探主要用于探明深部地质和矿体厚度、矿石质量、结构、构造情况。钻探具有速度快, 工作周期短的特点。

经过数十年的努力我国钻探技术进展很快。岩芯钻探已推广了绳索取芯金刚石钻探, 并朝着多种钻探工艺配合的方向发展。冲击回转钻探、定向钻探、反循环钻探、坑道钻探、复杂岩层钻进技术等都取得了成效。钻探技术已广泛用于陆地区调与普查、能源与固体矿产、地热勘查, 建筑基础勘察;水域里的滨海钻探、深海钻探和极地钻探等, 以及地下坑道中钻探等。

坑探工程可以直接揭露到矿体, 能直观的、详细的揭示矿体的形态与变化。但有工作周期长, 勘查成本较高, 复杂地质条件下安全保障措施要求高的特点。

综上所述, 在复杂地质地貌条件下, 遥感地质测量、航空物探测量是现代地质勘查优先考虑的先进的技术方法, 地球化学测量是进一步缩小找矿靶区的补充手段, 探矿工程是圈定矿体, 查明矿石质与量, 评价矿床经济价值的最终手段。

3 结束语

勘查实践证明, 目前所使用地质勘查技术, 并不是单一的, 无论那种技术多么好, 它必须应用于适合的环境才有效, 应用勘查技术获得的信息还必须结合实际地质环境进行解释。因此, 地质勘查工作必须熟悉每一种勘查技术, 以便对其经济有效性进行充分的评价。

参考文献

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极复杂水文地质条件 篇9

1 公路灾害的类型及分类

1.1 按公路灾害影响因素分类

(1)按内部因素分类:由路面、路基的沉降,路基的岩土质固体状态与液体状态的形态变化,路基区域水文地质环境改变及温度变化导致路基冻胀、湿胀干缩等造成的公路灾害。如路基下陷、砂土液化、冻胀土软化等公路灾害。

(2)按外部因素分类:由地震及区域地壳结构和活动断裂构造造成的路毁;公路区域陡峻边坡裂隙(缝)崩落岩体,陡坡岩、土体拉张裂缝,强降水径流冲刷,自然与人为的空洞塌陷,含水层的破坏等水文地质条件的破坏造成的公路灾害。如地震、崩塌、蠕动、水蚀、突水、洪涝等公路灾害。

(3)按内外综合因素分类:由路基的岩土体改变与外部水文地质条件、水的催化剂作用,路基的岩土体性质与构造等相互作用造成的公路灾害,如滑坡、泥石流、水毁等公路灾害。

1.2 按公路设施及环境主导因素分类

(1)按水文地质环境分类:地质、环境恶化造成的公路灾害,如地震公路灾害、滑坡公路灾害、崩塌公路灾害、泥石流公路灾害、特殊岩土公路灾害等。

(2)按气象水文地质条件分类:按气象与水文地质条件的作用,极端性气候造成的公路灾害,如暴雨公路灾害、台风公路灾害、水毁公路灾害、雪灾公路灾害等。

(3)按综合因素分类:按自然因素和人为因素共同作用造成的公路灾害,如沉陷公路灾害、塌陷公路灾害、地裂缝公路灾害、堆积物泥石流公路灾害等。

2 公路灾害的机理特征

2.1 公路灾害的形成机理

(1)公路岩土体结构微观变化。路基按区域环境的不同取用的岩土体的土质各异,如有软土、膨胀土、多年冻土等特殊岩土,砂岩、泥岩、沙砾石等原生和填土体。这些路基在降雨、融雪、冻胀等作用下,岩土体的内部微观结构发生改变,岩土体内部孔(裂)隙增大、内部水结冰、融化、体积膨胀等,导致软土路基沙(液)化、胀裂、湿陷、沉降等公路灾害,特别是公路边坡滑坡型、流动型公路灾害。

(2)公路的水文地质条件变化。由于公路设施的建设、极端气候条件、地球构造的运动、地震等外营力、人类的工程活动等,使公路区域地下水的补、径、排动态水文地质条件过程与岩土体内部的水文地质环境改变,地表水补给地下水的路径被切断,地表水汇水面积增加,水位抬升,地下水的排泄路径被堵,造成公路岩土体的水位上升,使构造及构造破碎带、裂隙、空隙、孔隙等充水,静水压力增加,产生裂劈作用,导致地形地貌、岩层变形、地质构造及断层活化、岩土体滑坡、崩坍等公路灾害。

(3)公路的外部环境条件突变。公路区域的外部环境包括地震、极端性暴雨灾害气候、构造活动、地表、地下水体变化及人类的地下开采工程活动等。如公路区域松散、破碎的固体堆积物在强暴雨、岩土体含水增加、地形地貌、地质构造突变等外因下极易形成泥石流公路灾害;公路区域岩土体破碎,裂隙发育,地表水、地下水补给充分,岩土体遇水泥化、软塑化好,在底部有过渡层和较硬的砂砾岩,在地震、暴雨等外力作用下易形成滑坡公路灾害;当公路处于岩溶发育区、黄土空穴区、矿山采空区沉陷区、古井窑区等区段时,在暴雨、超量开采地下水、采矿等因素影响,破坏了地下水的水文地质条件和补、径、排规律,易使路基的岩土体失稳,造成公路沉陷、塌陷灾害。

2.2 公路灾害的特征

(1)公路灾害的区域性分布特征。由于跨越了不同的地形地貌单元、岩土类型,构造断裂呈现分区、分带、成网,气候条件复杂多样,不同区域的水文条件和地质条件具有很大的差异性等,因此,公路灾害在形成的原因、机理、产生的过程、方式和影响的时空范围等方面都存在着差异和特定条件。在特定的公路区域,有特定的公路孕灾、成灾环境条件,发生某种特定的公路灾害,公路灾害呈现区域性特点分布。

(2)公路灾害的突发性特征。由于公路区域环境的改变,突发性地质构造运动的产生和极端性气候条件的形成,导致公路灾害的发生具有突发性特征,如滑坡公路灾害、泥石流公路灾害、洪水公路灾害等,历时短,爆发力强,成灾快,危害大的特征。

(3)公路灾害的季节周期性特征。区域的地形地貌、地质条件是公路灾害发生的空间基础,水文地质、气候等条件是公路灾害发生的关键性诱发因素,随季节的变化而变化,年内季节性变化明显,年份上有差别,使公路灾害呈现季节周期性特征,如滑坡公路灾害、泥石流公路灾害等与季节、降雨等规律有关。

(4)公路灾害的渐变性特征。不同区域的岩土体路基,在水文地质环境作用下,岩土体内部结构及力学性质发生变化、公路承载发生灾变等,这些变化都是经过量变到质变的过程,使公路灾害具有渐变性特征,如黄土湿陷、软土沉变、膨胀土胀缩等公路灾害。

(5)公路灾害的诱发性特征。由于人类改造自然环境的工程活动越来越多,使公路区域地质构造活动加剧,区域极端性气候愈来愈明显,诱发公路灾害的频率越来越高,使公路灾害呈现诱发性特征,如石漠化、荒漠化公路灾害,人类弃土、弃渣等泥石流公路灾害,水库、塘堤溃决的水毁公路灾害,强风沙公路灾害等。

3 公路灾害的水文地质条件分析

3.1 公路灾害的水文地质条件因素分析

公路灾害的孕育、诱发、产生过程中,区域极端性气候形成的暴雨、洪涝、地下水运动等水文地质因素起着决定性作用。

(1)路基由湖河相冲积物沉积的淤泥或泥质岩土体组成时,岩土体含水量高、天然密度小、空隙比大,压缩性大、抗压强度低,随着地下水的大量补给、水位抬高等,岩土体发生软化,造成公路地基、路基及公路设施发生不均匀下沉、沉陷、路基失稳灾害,形成公路路面变形、路面裂缝、龟裂、网裂、坑槽等公路灾害。

(2)路基岩土体由泥岩与风化物组成时,岩土体具有较高的亲水性和膨胀性,由于地表水和地下水水文地质条件的变化,岩土体在季节性降雨、暴雨及持续的高低水位作用下,岩土体吸水膨胀、软化,岩土体强度降低,导致岩土体滑坍、崩裂,形成路堑滑坡公路灾害、路肩坍塌公路灾害、路堤溜坍公路灾害、路面膨胀开裂公路灾害等。

(3)路基及滑坡体地层表面,由破碎、多裂隙、风化岩土体组成,岩土体内部的含水层状态、赋存条件,上层滞水与基岩裂隙水的流动规律、分布特点及发展趋势等地下水渗流、径流特征,受暴雨侵袭渗透或人为破坏时,水源补给充沛、形成地下导水通道,直接导致路基滑塌、冲刷、山体滑坡等公路灾害。

(4)公路冻胀灾害是公路岩土体中水文地质条件的变化作用结果。在含水层水位较高、含水量较大的路基中,冬季路基面下方岩土体冻结速度和深度较大,冻结线在路基面下方呈凹曲型,路基下部和路肩土体中的水分将向上部集聚,含水体形成冰晶体加冰层,路面下部形成较厚的聚冰层而产生冻胀现象,造成公路路面不平灾害和公路裂缝灾害;在暖季,路基岩土体冰晶融解化冻时,路面下方岩土体融化比上部快,路面下方形成不透水的凹形残留冻核,使其上部土体中的水分不能及时排出,岩土体形成湿软状态,使承载力降低,加上外力荷载的反复作用,路基发生裂纹、鼓包等翻浆现象,造成公路冻胀灾害。

3.2 公路灾害的诱发因素分析

(1)地震诱发因素:地震的发生受区域地壳结构和活动断裂构造的控制,相反,地震又反作用与地壳岩石层及断裂构造,导致岩石层地形地貌改变、山体滑坡、崩塌等,诱发公路灾害,且公路灾害的分布和形成呈区域性和周期性特点;由于地震,路基地下水位以下的疏松饱和砂土、粉质砂或砾石等岩土体中的孔隙水压力,累积上升,造成路基岩土体强度大幅度降低,发生较大变形,出现泥沙喷出地表等岩土体液化现象,造成公路桥梁及公路设施沉陷等公路灾害。

(2)极端性气候及水文诱发因素:由于人类对自然的破坏,地球系统强热带气旋、热带风暴、暴雨、暴雪等极端性气候频繁发生,诱发暴雨、泥石流冲毁路基、公路桥梁及公路设施的滑移、崩塌公路灾害,冲蚀、冲刷截断等公路灾害;特别当公路设施处于第四系早期的冰川堆积松散区、岩溶出露区、大边坡黄土区、人工填埋堆积区等,暴雨等强气候条件诱发区域水文地质条件变化,造成公路基础设施的坍塌、摧毁等公路滑坡灾害;积雪、冻雨、高温、低温等极端性气候诱发冻胀公路灾害。

(3)人类工程等诱发因素:由于人类活动的区域和强度逐渐变大变强,人类不合理的改造自然的工程活动越来越多,成为诱发公路灾害的重要因素。人类开采矿山形成的矿山采空区、沉陷区,超量开采地下水形成的地裂缝及沉陷区等,导致地下水补、径、排等水文地质条件和规律的破坏,造成岩溶发育区、黄土空穴区、古井窑区等活化,路基的岩土体失稳,诱发沉陷、塌陷等公路灾害;隧道施工时,导致公路区域围岩体的应力和水压的破坏,地层隔水层中孔隙、裂隙、断层等通道活化,形成隧道突水灾害;公路及设施建设工程中,形成的大量岩土体废弃物,在强降雨和地表水强径流带的作用下,诱发泥石流公路灾害;人工建筑的地表蓄水工程,在强降雨和地下水系统突变的条件下,易诱发公路堑坡滑坡公路灾害和公路区域新、老滑坡体的滑坡公路灾害。

4 公路灾害的防治技术措施

(1)公路勘探设计

公路选址:要利用地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、卫星定位系统(GPS)的“3S”现代技术,分析公路的区域地形、地貌,山川、河流、水系等,结合区域已有公路的实际情况,避免路址选在水文地质条件极复杂、地质灾害频繁、不明地质体极多的区域,在源头上防治、减少、避免公路灾害的发生。

公路路址的测绘、普查、勘探、钻探:要查清公路路址的地形、地貌;公路区域的新、老活动地质体;地表水系的分布;查明天然状态和天然条件下的地下水补、径、排的水动力系统;区域水文地质;收集区域水文地质和气象、气候资料;分析在公路建设和运营中可能发生的公路灾害。

公路施工、运营设计:根据公路规划区域的测绘、水文地质调研、普查、勘探、钻探、水文地质工程地质勘察等文字、图纸资料,以预测的公路灾害为基础,对公路的正常运营、防范公路灾害等方面进行抗灾设计。

(2)公路灾害区划

根据公路项目收集和实际普查、勘探、钻探、规划、设计等及公路施工、运营养护的实际资料,以区域水文地质、工程地质、地理及构造、地下水动态成因和发育的相似性、差异性等特征为背景,应用现代数学模拟技术和有限元分区技术对公路区域的公路灾害进行预测分区,根据不同标准参数主要进行以下分区:地形地貌河流水系分区,水文地质单元及灾害分区,地下水动态特征及灾害分区,路基岩土体类别及灾害分区,地质构造及密度分区,地质灾害隐患及诱发公路灾害分区等。

(3)公路灾害评价

根据公路建设普查、勘探、钻探及运营工程中的潜在公路灾害进行评价,重点评价工程地质勘察中水文地质条件变化导致的公路灾害。(1)分析路基岩土体的类型,预测地下水活动对岩土体软化、崩解、胀缩等作用及对公路设施的影响和破坏,评价由此产生的公路灾害;(2)分析公路区域路基压缩层范围内松散、饱和的粉细砂、粉土等地层,预测暴雨、洪水、地表径流等及地下水动态变化造成的区域岩土体液化潜蚀、流砂、管涌的破坏,评价公路灾害的可能性;(3)分析公路区域地下含水层的富水性及岩溶、采矿采空区、古井老窑等,预测由于人类工程导致的岩土体沉降、边坡失稳、滑坡、突水等灾害,评价诱发的公路灾害;当基础下部存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价;(4)根据公路区域的地形地貌、地质构造及河流水系等,预测可能发生的地质灾害,评价诱发公路灾害的程度及影响范围。

(4)公路灾害治理技术

通过对公路灾害属性特征的分析、研究、评价,揭示公路灾害孕育、诱发、发生、发展的条件和分布规律,从而对公路灾害进行预测、预报,提出有效防治公路灾害的建设措施,减少和避免公路灾害及其造成的损失。

(1)路基灾害的治理技术:按路基岩土体的类型、性质及岩层的位置与厚度,一般采用换土垫层处理、深层密实处理、排水固结处理、加筋处理等公路灾害治理技术;软土路基灾害的治理:采用抛石排淤法、石灰桩、碎石桩法、高压喷射注浆法;膨胀土公路灾害的治理:采用设置浆砌片石天沟和截水沟排水或设置渗沟、引水管引水,用封面材料将路基坡面封闭,防治水渗透到路基中;对于较弱的膨胀土公路灾害采用开挖清除卸载法;冻胀土公路灾害的治理:采用粗砂、砾石等非弱冻胀性岩土体置换天然地基的冻胀性岩土体,削弱、消除路基冻胀公路灾害的换填法;在路基底部、边周设置隔热层,增大岩土体的热阻,提高岩土体中温度,推迟路基岩土体的冻结作用,减少公路冻胀灾害的保温法;通过人为改变水文地质条件,排除公路区域地表水体、降低公路区域地下水位、减小季节冻层范围内岩土体的含水量、隔断地下水的补给源等,减少公路冻胀灾害的排水隔水法等。

(2)公路滑坡灾害的治理技术:公路滑坡灾害是诸多地震、暴雨、洪水等自然因素和采矿、工程建设、山体开挖、爆破等人为因素诱发、造成的公路灾害。

常用的治理方法如下:对于高程不高的坡陡岩土体的滑坡地段,采取开挖松散堆积岩土体,降低、减小斜坡坡率,减小滑坡公路灾害的卸载法;对岩土体高程大,但坡度缓的岩土体,设计布置一排或数排钻入滑动面以下的水泥桩或钻孔桩等抗滑桩和支挡结构工程,减少滑坡公路灾害;改变滑坡体地表水、地下水径流等水文地质条件,在滑动面上设置数排截水沟,将地表水及时引出滑坡体,破坏滑坡岩土体的水润滑作用,减少公路滑坡灾害的排水法;对于大型滑坡岩土体,根据岩土体结构受力状态,采用拉力型、压力型、混合型等边坡锚固工程,控制滑坡发生,减小治理滑坡灾害。

(3)公路滑塌灾害的治理技术:当路基为高填土时,在地质外力作用或地下水渗透作用,高填土路基极易形成等错动、坍塌等公路滑塌灾害。通常治理方法为:在高填土路基的适当位置,采用钻机成孔施工排钢管桩,注纯水泥浆,对高填土进行注浆固结作用,在高填土坡体采用锚索肋板式挡墙加固,同时,在锚索肋板式挡墙后填碎砾透水材料,设置泄水孔,快速排除坡体内的地下水,杜绝路基滑塌灾害。

(4)公路水毁灾害的治理技术:在公路设计、建设过程中,高边坡未设置挡土墙或方法不合理,未设置截水沟,滑坡处采取处置措施不当,选择的涵洞孔径不对或涵洞的基础埋深不够,路基上、下边坡未设防护加固设施等,在暴雨、洪水、地面大型水体溃堤水流等导致公路涵洞淤塞、泥石流冲毁路基、挡墙坡脚冲刷淘空倒坍、路基下沉开裂等公路水毁灾害。主要治理方法为:在河道缓流处的路基边坡和坡脚,用铁丝石笼、干砌片石,预防洪水冲刷、支承面下沉的公路水毁灾害治理;在沿河的公路中,还可采用灌浆、砌片石、建丁字坝等进行公路水毁灾害治理;对公路岩土体路基和底层强度弱,易出现路基软化下沉的路段,设置暗沟或渗沟,使路基岩土体内地下水排出,进行公路水毁灾害治理。

(5)公路沉陷灾害的治理技术:导致公路沉陷灾害的原因很多,主要是对公路区域的岩溶溶洞、黄土暗穴、采矿形成的采空区、地下水超采、古井老窑进行勘察治理。

7 结论

本文通过分析研究公路灾害的水文地质条件、类型,公路灾害的成灾机理特征及影响因素,提出了公路灾害的典型防治技术措施,得出以下结论:

(1)公路区域内各种灾害的发生,复杂水文地质条件的改变是关键因素,特别是地表水、地下水的宏、微观变化等致灾机理,因而公路灾害的分析研究、治理重点是区域水文地质条件的改变。

(2)公路灾害的孕育、诱发、发生、发展伴随着公路规划、勘探、设计、施工及运营的全过程,应对公路灾害要进行全过程的安全可行性评价。

(3)根据公路灾害岩土体内部物质与水相互作用的微观机理及诱发性致灾因素,提出公路岩土体内部结构和外部环境的极端性变化导致公路灾害的发生,因此,在公路设计、建设过程中要提高公路对极端性环境变化的设防能力。

(4)根据公路灾害孕育、诱发、发生、发展的特性,将公路灾害的防治技术分为公路灾害评价、公路灾害的预测预报、公路灾害的技术措施设计、公路灾害的工程治理等。

由于我国公路灾害复杂程度高,本次研究仅是公路灾害的宏观研究,建议后期项目的公路灾害研究要集中在对典型区域、典型公路灾害的微观防治技术研究。

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复杂煤层地质条件下综掘技术探讨 篇10

【关键词】复杂地质;煤层;综掘技术

1.木城涧煤矿掘进工作面概况

木城涧煤矿是一口大型矿井,其年总产原煤可以达到约200万吨,其首次试验综合机械化掘进工作面,在矿井的+450m水平西四采区的二槽煤一壁下顺槽,采掘工作面处于偏北向斜南的方位,煤层的倾角12~23°,平均倾角约为18°,区内小部分有小断裂发育,并且该采区处有多条小断层穿过,煤层处于700m 埋深处。

此外,该煤层地质结构较复杂,地层中含有0~2层的夹石,厚度为0~0.2m之间,多为碳质粉砂岩。煤层的厚度变化差异大,煤厚2.0~4.55m,平均煤层厚度为3.6m,煤容重1182t/m3。其采掘工作面的主要设备布置如表1所示。

2.复杂煤层地质条件采用综掘技术的必要性

随着煤矿掘进施工开采强度、开采深度的不断加大,以及采矿工程所处的煤层地质条件越来越复杂,这就给煤矿的采掘施工增加了一定的难度,综掘技术伴随着机械化发展,已经广泛应用在复杂煤层地质条件的开采施工中。

由于木城涧煤矿其地处于地质条件较复杂的京西门头沟山区,矿井内的煤层结构稳定性较差, 并且煤层厚度差异较大, 且有断裂构造发育。若采用炮采采掘工作面,需要布置的炮眼较多,工作点相对较分散,工作量大,占用的人员较多,采掘工存在较多的不安全因素,导致采掘生产管理苦难,易发生安全事故,并且采掘工作面的产能效益较低,采掘工作面的机械化施工城垛较差,很大程度上制约了煤矿企业的发展。

为了提高煤矿企业的生产效益,确保矿井的产量,确保煤矿的长久发展, 减轻采掘工人的劳动强度,保障矿井生产的安全进行,木城涧煤矿采取了综掘采掘技术,其主要优点:综掘机的单进高、进尺快;矿井的巷道结构稳定,且容易维护;进一步提高了矿井生产的安全保障措施;采掘中顺利穿过地质状况复杂煤层,很大程度上提高了煤矿企业的生产效益,确保了采掘生产过程的安全进行,综掘采掘技术普遍应用在复杂煤层采掘生产中。

3.巷道断面及支护设计

3.1巷道的断面设计

针对该矿井采掘工作面煤层的基本情况、巷道顶层的岩石结构、节理裂隙走向等详细的地质状况,在确保原煤运输设备布置合理的基础上,并全面分析并充分利用巷道断面使用情况, 最终决定采掘的巷道的基本走向为沿顶掘进,并应用直墙斜顶梯形采掘断面,采掘巷道横断面的详细尺寸为410×215m,如下图1所示 。

3.2巷道的支护设计

煤矿采掘巷道内的锚杆支护的设计,可以采用预应力锚杆支护设计法、围岩松动圈设计法、软岩巷道非线性力学设计法等,通过对煤矿巷道的顶板的研究发现,采用何种方式的工作面锚杆支护方式,主要是由煤层顶板的冒落高度以及端面距的长度确定的。根据施工经验,冒落高度与端面距一般约1米,可以采用在塌冒部位进行钻眼插钢针,加强棚顶的稳定性。在采掘过程中,当发生采煤工作面与局部厚煤层相遇时,煤层上部的压力较大,造成受压板压力过大、下沉速度增大等,顶板会发生冒顶现象。这时应该在局部厚煤层构造带回采时,换成具有较大的支撑力的支护方法,如采用支撑控制面积大、稳定性高、支撑强度高的构造带两侧支护的方式,这样很好的用局部充填法代替垮落法,从而大大提高了制成的稳定性,确保了煤矿采掘的稳定性。

根据锚杆支护相关公式可得:巷道的锚杆长度 L=119m,间距为a =1108m,杆体直径d=1713mm 。根据各个基本参数的计算,借鉴相关巷道锚杆支护的数据可确定锚杆支护的各个参数如下所示:

顶板锚杆:杆体采用高强螺纹钢f18mm×2000mm,蝶形托盘采用尺寸为120×120×10mm的。锚杆钻孔尺寸为f28mm,间距为1m。为了使得顶板锚杆具有联合支护的功效,并设置12mm钢筋作为托梁。

巷道帮锚杆:根据巷道的基本特征,在巷道的两侧采用2m长的木锚杆,为了确保施工作业的顺利进行,间距为1m,也可取0.90m。选用400×200×50mm木托盘。采掘巷道的锚杆支护具体形式如下图1所示。

4.复杂煤层地质条件综掘施工工艺

(1)割煤:由于巷道采用全煤断面的形式,因此掘进机可以采用直接进刀割煤的形式进行割煤施工。为了确保综掘机在初刀割煤过程中,设备可以较快的达到稳定状态,综掘机采用沿巷道的底板从左向右进行割煤采掘过程,到达巷道的右侧以后,再改变为从右向左的割煤过程,依次向上循环进行切割操作,如图2所示。且综掘机每次割煤的厚度控制在0.40~0.60m范围以内。

选用这种进刀割煤的形式,很大程度上可以利用割煤掏空的空间,减少了上层的煤层结构的下部支撑力,较易使上层的煤层形成向下垮落的趋势,从而大大较少了采掘机械的功耗,并且较少了巷道顶板暴露时间,提高了锚杆支护的稳定效果,有利于综掘机的安全生产过程。

(2)装煤:装煤过程由综掘机的铲板部进行操作。

(3)运煤:采掘下来的煤由综掘机的刮板输送机传输到综掘机后边的桥式转载机,并将原煤放置在胶带输送机运输到透煤斜坡,最后运送到煤仓,进行储存。

(4)支护:在综掘机经过一个采掘循环之后,要停止综掘机的继续掘进,并及时进行巷道的临时支护,可以采用图3所示选用4.5m长工字钢梁3根进行巷道的临时支护,确保巷道的稳定性。若综掘机掘进2个割煤循环以后,需要采用锚杆钻机施工顶板锚杆,进行巷道的永久支护,确保综掘机采掘生产过程的安全性、顺利性。

5.结语

综上所述,本文就对复杂煤层地质条件下的综掘采掘技术的应用进行研究,既确保了矿井挖掘生产的安全进行,又最大程度的保障了煤炭资源的开采,大大提高了煤炭企业的生产效益,并且为矿井的安全生产积累了丰富的开采经验,为采掘技术的发展提供了实践基础。 [科]

【参考文献】

[1]章征峰.浅谈影响综掘单进水平低的原因及对策[J].水力采煤与管道运输,2005(1):10-12.

[2]何满朝,李春华.锚索关键部位二次支护研究及应用[J].建井技术,2002,(1):35-37.

[3]周瑞超.朱庄矿煤锚巷道综合机械化掘进浅析[J].煤炭技术,2004(10):36-37.

复杂地质条件下的巷道支护技术 篇11

1矿井地质条件

刘河井田位于永城复式背斜东翼北端, 夹持于F28断层和F101断层间, 受北北东向断裂的控制。三维地震勘探测区位于刘河井田一、二、三采区, 区内煤系地层主要表现为走向北东、北北西, 倾向南东、北东东的单斜。区内断裂构造由北北东向 (F32、F104、F106) 与东西向 (DF13、DF27、DF38、DF53、DF57、DF72) 2组断层控制。

三维地震勘探共解释断层97条, 区内断裂构造均为正断层, 断层走向主要表现为2组:北北东向和东西向 (包括北西西向) 。三维地震勘探共解释落差≥5 m的断层68条, 落差小于5 m的断点29条。

三维地震勘探前, 区内断裂构造以北北东向断裂为主, 地质探明的断层有6条:F32、F32-1、F4、F43、F104、F106。经过三维地震勘探后, 区内断裂构造形态了解得更加清楚。与原地质勘探成果相比, 三维地震勘探修正了6条地质勘查断层 (F32、F32-1、F4、F43、F104、F106) , 新发现断层91条 (编号为DF的断层) 。区内断裂构造大部分为斜交正断层、倾向正断层, 断层走向主要表现为2组, 即北北东向和东西向 (包括北西西向) 。由以上地层构造得知断层密度为25条/km2。

地质构造相对复杂, 覆盖层厚度194.50~266.65 m, 平均229.96 m, 含煤地层下石盒子组、山西组、太原群。主要可采煤层为山西组的二2煤层, 下石盒子组的三煤 (局部可采) , 二2煤层厚度 0.90~5.09 m, 平均2.67 m;二2煤层为稳定型, 属贫煤, 井田外有大面积天然焦分布;二2煤层矿床水文地质类型为二类一型。由于受北北东及东西向断层的影响, 所揭露地层在北北东向及东西向裂隙较为发育, 岩石完整性差, 特别是泥岩强度较小, 断层附近又有断层应力作用于泥岩, 致使泥岩强度更弱。

2 -380 m北翼轨道巷过断层加固

刘河矿-380 m北翼轨道巷断面3.8 m×3.5 m, 掘进到二联口前 61 m位置时, 遇到DF19断层, 落差15 m, 断层面充填角砾岩0.3 m , 采用前探锚杆进行拖顶, 并架棚, 对该断层提前进行超前探, 孔内有少量出水, 断层位置及落差已经由三维地震勘探探出, 实际揭露比三维地震滞后15 m。揭露断层后, 沿断层面出水, 出水量 5 m3/h, 并有软岩及断层泥物冒落, 冒高5 m, 人无法在工作面作业, 故采取了打挡墙注浆加固。

在离工作面4 m处施工1道挡墙头, 墙厚0.8 m。用灰岩石料 (300 mm×300 mm) 砌成, 在墙上部离顶0.3 m处, 开1个0.5 m×0.5 m洞口, 利用喷浆机向内喷入混凝土 (配料比为水泥∶沙∶石子=1∶2∶2) , 待墙内被充填满后停止喷浆, 养护24 h, 在挡墙后2 m处, 向巷道掘进面打注浆孔, 前倾70° (方向与巷道平行) 。

在巷道顶板中间布置1个孔, 在中间孔两侧间隔2 m再施工2个孔, 在中间孔两侧间隔4 m再施工2个孔。中间孔与两侧孔前倾70°, 孔径75 mm, 离中间孔4 m的2个孔前倾45°, 孔径75 m, 孔深均为10 m, 全孔取心, 每个孔埋入1根Ø50.8 mm、长6 m的注浆管, 向内注入水灰比为1∶0.6~1∶0.7的水泥浆及混合水玻璃浆液, 注浆终压控制在1.5 MPa, 保证断层附近充填实。利用中间孔先把冒落部分充填实, 然后再注浆。

(1) 设备。

SHT150型钻机, 钻杆Ø42 mm, 采用Ø75 mm复合片钻头取心, 选择转Ⅲ型喷浆机。

(2) 工艺流程。

挡墙扒洞→喷浆机就位→向内喷射混凝土→定开口位置 (中间孔) →钻机就位→Ø75 mm钻头开孔钻进10 m→下Ø50.8 mm注浆管→向内注浆→定开口位置 (其余4个孔) →钻机就位→Ø75 mm钻头开孔钻进10 m→下Ø50.8 mm注浆管→向内注浆。

经再次掘进证明顶板已经得到加固, 无岩石冒落现象, 水量也减少到0.55 m3/h, 掘进中采取短掘短支, 放小炮、架棚等措施安全通过DF19断层。通过近2 a的观察, 该段较稳定, 无变形现象。

3 -380 m车场及东水仓软围岩巷道加固

-380 m水平井底车场采用的支护方式为锚网喷联合支护, 但是由于该段岩石强度较弱 (为泥岩) , 该支护不能满足稳定要求, 为此在二次修复中扩帮、进行架棚支护, 联合锚网喷, 发现变形量仍较大, 于是采用了注浆锚杆支护。

(1) 位置及工程量。

-380 m井底车场及从东水仓变坡处向里至拐弯处, 工程量170 m。

(2) 支护形式。

采用可缩性29U型钢拱形支架+喷浆联合支护, U型钢支架间距中—中800 mm;注浆孔径42 mm, 注浆孔深度不小于2 500 mm, 间排距为1 500 mm×3 000 mm, 注浆顶锚杆采用Ø20 mm×3 000 mm的无缝钢管制作, 帮锚杆采用Ø20 mm×2 500 mm的无缝钢管制作 (注浆顺序采用自下而上、左右顺序作业的方式, 每断面内注浆锚杆自下而上先注底角, 再注两帮, 最后注拱顶锚杆) ;支架间喷射混凝土强度为C20, 喷厚100 mm。

(3) 质量要求。

严格按照《煤矿井巷工程质量检验评定标准》进行施工, 必须保证巷道高度不低于2 600 mm, 高度不够时按腰线进行拉底;每个断面打注浆锚杆孔5个:拱中间1个, 拱顶侧左右各1个, 拱底侧左右各1个。

(4) 打孔。

用Ø42 mm钻头打眼2 000 mm, 下入Ø25.4 mm无缝钢管, 孔口缠绕生麻, 将管打入孔内, 孔口留有100 mm长丝扣, 与阀门连接。

(5) 注浆。

在1个断面成孔后与阀门连接。将zT60注浆机与注浆短管连接好, 用水灰比为1∶0.6~1∶0.7注浆液进行注浆。注浆采用先下后上的方法, 单位注浆量一般在20~400 L/孔, 注浆终压 1.5 MPa。

通过采取上述方法进行注浆改造, 东水仓80 m及车场90 m软岩段变形得到了有效控制, 近2 a没有变形, 保证了巷道的安全畅通。

4措施改进建议

(1) 尽快查明掘进巷道的围岩工程力学性质, 对断层及极软地层必须超前加固注浆。

(2) 加强对软岩的应变研究, 对变形量大、难控地段, 采取多种形式的联合支护。

(3) 在光爆、短掘短支、架棚支护方面, 针对不同的地质条件及时修改措施。

5结语

刘河煤矿2处复杂地段巷道注浆加固取得成功, 改变了围岩的强度, 改善了工人的作业环境, 保证了通风、运输等各方面的安全畅通, 且大大减少了重复修复巷道所需费用, 2 a多来, 共节省修复费用40万元, 经济效益显著。

摘要:刘河煤矿地质条件复杂, 裂隙发育, 岩石的完整性较差, 尤其是泥岩强度较小, 在断层附近, 又受断层应力作用, 使得巷道极难支护。刘河煤矿-380 m北翼轨道巷、-380 m车场及东水仓巷道变形量大, 影响煤矿安全, 通过采取顶板超前短钻孔注浆加固、短锚杆注浆加固, 控制了巷道冒顶、巷道变形, 保证了巷道的成型稳定与安全畅通。

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