赵固某煤矿立井位置选择及支护方法浅析

■李俊涛　代兵

（1安徽省地质测绘技术院　安徽　合肥　230022；2北京红晶石投资咨询有限责任公司　北京　100044）

赵固某煤矿立井位置选择及支护方法浅析

■李俊涛1代兵2

（1安徽省地质测绘技术院安徽合肥230022；2北京红晶石投资咨询有限责任公司北京100044）

赵固某煤矿位于河南省焦作煤田东部，井田总体构造形态为一走向北西、倾向南西、倾角2~6°，局部12°的单斜构造。受区域构造控制，本区构造特征以断裂为主，发育的断层有NE向、NW向和近EW向三组，其中以NE向为主。NE向断层延伸长、落差大、频度高，由西北向东南把整个井田切割为阶梯状长条形断块，且具多期活动性，造成断层两盘新生界地层厚度相差较大；NW向和EW向断层多被NE向断层切割，近EW向断层多在NE向断层之间发育。本文综合赵固煤矿的地质资料、通过实地勘探和分析，对该矿立井井位进行方案设计，并探讨分析该矿立井施工中支护方法选择。

赵固煤矿立井井位选择支护方法

0　引言

赵固煤矿含煤面积161.17km2，总资源储量12.89亿吨，规划建设2对1.8~2.4Mt/a的矿井。本文在利用该区地质资料和前人研究成果，对该矿主井井位经过分析确定其较优位置，并对主井立井工程周边围岩及地质现状进行实地分析调研，采集大量样品在室内做实验分析，通过数据分析和数值模拟，对该立井支护进行应用设计探讨和总结。

1　赵固煤田地质水文条件

1.1地形地貌及水系

本区属于太行山前冲洪积平原，地面海拔标高75～100m，全区呈北高南低缓慢倾斜地势，地形简单，自然坡度5～8‰。本区属海河流域卫河水系，区内主要河流有：清水河、黄水河、石门河。矿区北部的太行山岩层裸露，接受降雨补给后在河谷地带形成许多岩溶大泉，并成为河流的发源地，多数河流上游河段有水，距山口10～20km开始漏失或全部漏失，成为煤矿的主要充水水源。

1.2气象及地震

本区属暖温带大陆性气候，年平均气温14.1-14.9℃。年平均降水量580—600mm，降雨集中在七、八月份，约占年降水量的70%以上。年蒸发量1680～2041mm，最低气温-8.1℃，最高气温38.6℃，夏季多东南和南风，冬季多西北和北风，年平均风速2.37m/s，最大风速18m/s。

河南省地震局资料记载，本区最大一次地震是1587年4月10日发生在修武县的六级地震，基本烈度为Ⅶ度。

2　赵固煤矿立井井口位置选择

2.1影响井口位置选择的主要因素

2.1.1井田的储量赋存范围及形态

赵固煤矿的井田被断层分割成东西两大块段，块段呈倾斜条带展布，设计开发开采的储量主要集中分布在东部块段中央，地质条件上浅部基岩比较薄，在选择井口位置时要遵循利于东部煤段开发，兼顾西部块段，井口位于中深部较佳。

2.1.2浅层土厚度

赵固煤矿浅土层厚366.68～808.1m，平均480.0m，总的趋势为由西向东、由浅至深逐渐增厚，在选择井口位置时从经济角度出发应选择立井穿过较薄的表土层，以减少井筒冻结费和施工难度，从利于开发利用角度选择有利于全井田开拓的位置。

2.1.3岩性和煤层上覆基岩厚度

在岩性影响因素方面，井位选择一方面要考虑施工巷道及硐室稳定和支护，有利于井巷快速施工；另一方面井位选择要考虑井底车场位于稳定岩层内。

2.1.4断裂构造与压煤影响

赵固煤矿井田地质条件不是很好，其断裂构造较发育，因此在选择井位时应保证井底车场巷道、硐室与断层保持一定的安全距离，同时为减少井筒及工业广场有效压煤，井位选择应尽可能使工业广场保护煤柱与断层及浅部安全煤岩柱实现部分合并，减少有效压煤。

2.1.5其他因素

立井选择还要考虑经济适用性，尽量将井口选择的位置靠近矿井铁路及方便供电和运输，减少矿井铁路和供电线路长度，并远离地面建筑物和河流，减少相互影响。

2.2井口位置确定

本着有利于长远生产并兼顾基建，有利于井下开拓并兼顾地面的原则，根据2.1节所述影响井位的因素综合考虑，设计井口位置在38466201.150，3920283.680，标高+83.8米。

选择该井位的原因如下：首先距离该井位250m位置有11603钻孔，且井位附近施工了一主检孔和一风检孔，两检查孔相距166m，根据11603钻孔及两检孔资料，推算出煤层底板标高-541.88m，表土层厚度518～524m，煤厚6.6m，煤层上覆基岩厚99.5~82.2m，井底车场位于煤层顶板3.88～10.28m，处于22.6m厚的中细粒砂岩内，车场水平上主井位置基岩厚89.2m。该井位处于储量中心，有利于整体井田开发；井底车场处于22.6m厚的中细粒砂岩内，有利于车场巷道及硐室的稳定与支护；地面铁路、供电线路长度最短，运营费用低；地面工业广场远离河道，防洪条件相对较好；井底车场距断层带最远，井底水窝距L8灰岩之间有一定隔水岩柱高度。

3　立井支护技术选择

立井在向下施工过程中当达到某一深度时应及时进行支护工作，以支撑地压、防止涌水及围岩风化破坏，保证立井施工的正常及安全作业。支护分为临时支护和永久支护，本文主要分析探讨赵固某煤矿立井的永久支护方法及技术选择。

3.1立井支护的主要方法

立井施工在整个矿井建设工程中工程量不大，但却是关键工程，耗用整个矿井基建周期的二分之一左右，且服务时间最长，因此在立井施工工程中需要科学选择施工技术和支护方法。目前我国矿山立井主要的支护方法是：料石井壁支护、喷射混凝土井壁支护、钢筋混凝土井壁支护、锚杆井壁支护。

3.1.1料石井壁支护

料石支护是指用一定强度的料石、混凝土或钢筋混凝土砌筑成的整体支护。料石支护有拱、墙和基础构成，拱的作用是承受顶压，并将它传给侧墙和帮，墙的作用是支撑拱并承担侧压，基础的作用是传导，将来自墙的压力均匀的导至底板。

3.1.2喷射混凝土井壁支护

喷射混凝土支护是以压缩空气为动力，用喷射机将一定比例的水泥、沙、石和添加剂的混合体以喷射的方式覆盖到围岩，在短时间内凝结、硬化后达到设计强度以实现支护。

3.1.3锚杆支护

锚杆支护是指将由金属件、木件、聚合物件或其他材料制成的杆柱深入围岩内部，并与一定范围的围岩共同作用来支护井壁，在锚杆作用下，围岩既是外载来源，又是支护结构。

3.2赵固某煤矿的井筒支护应用设计

在赵固某煤矿立井施工支护中，根据该矿的地质条件和数值模拟，建议该矿立井支护选择锚杆支护。

3.2.1锚杆支护参数验算

根据锚杆支护悬吊理论对赵固某煤矿立井锚杆支护进行如下验算并确定参数：

（1）锚杆长度：

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

式中，L1——锚杆外露部分的长度，取0.04米；L3——锚杆锚固段长度，取0.5m；L2——L2=KH，K为安全系数，取K=2；H为冒落拱高度m，H值计算如下：

式中，b——立井开掘跨度，取5m；f——岩石普氏系数，f=4。则锚杆长度应达到：

L=L1+KH+L3=0.04+2×0.625+0.5=1.79m

根据设计规范要求锚杆长度应该大于1.79m，该定为1.9m。（2）锚杆间排距计算

根据每根锚杆悬吊岩石重量相等计算，锚杆按等距排列，则：

式中，s——锚杆间排距，m；Q——锚杆设计锚固力为50kN/根；k——锚杆安全系数，取1.5；r——岩石容重，25kN/m3。

根据设计规范要求，锚杆间排距要小于1.2m，此处选择设计的锚杆间排距为1.0m，可以满足技术要求。

通过以上计算，建议实际选用φ18的螺纹锚杆长1.9m，锚杆的间排距1.0m，可以满足支护要求。

[1]崔云龙.简明建井工程手册 (上、下册).北京:煤炭工业出版社,2003

[2]宋宏伟.井巷工程.北京:煤炭工业出版社,2007

[3]陈炎光,陆士良主编.中国煤矿巷道围岩控制.北京:煤炭工业出版社,1994

[4]薛顺勋,宋广太.煤巷锚杆支护施工指南.北京:煤炭工业出版社,1999

[5]刘其兴.井巷工程第五分册 (立井).北京:煤炭工业出版社,1979

[6]刘建高.锚杆支护原理及其应用.山西煤炭,2004,(3)

[7]江萍.网壳锚喷支护在高应力软岩斜井井筒修复中的应用.建井技术,2005,(8)

[8]李明等.焦作煤业（集团）有限责任公司赵固一矿初步设计.煤炭工业部郑州设计研究院,2004

TD82[文献码]B

1000-405X（2016）-9-485-2

李俊涛，男，2009年毕业于中国矿业大学（北京），矿业工程专业，硕士研究生，工程师，研究方向为矿产地质勘查、采矿类。