煤矿井筒软岩破碎地质带支护技术方案探讨毕业论文Word格式.docx
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柔性支护；
壁后注浆
1
第一章矿井设计基本情况
一、矿井与矿体特征
（一）矿井的自燃条件
1、地理交通位置
富源县鑫龙煤矿位于富源县城162°
方位，平距55km处，公路里程110km，行政区划属富源县老厂镇新堡村民委员会管辖。
地理坐标（极值）：
东经104°
25＇00″
北纬25°
煤矿现有柏油路与外界相通，从矿区至老厂镇28km，至富源县城110km，至曲靖175km，至昆明305km，交通较为方便。
鑫龙煤矿交通位置见图1-1。
图1-1交通位置图
2、地形及河流水系
1）、地形
本区地貌属中山区，地势总体为东高西低，北高南低,地形切割较大，由于构造影响，形成一近北东向的沟谷与山脊，与构造线展布基本一致。
普鲁小河以东主要含煤地段，地形坡度20～50°
，一般25～35°
。
区内最高点为岩峰洞小寨东,海拔标高2082.0m,最低侵蚀基准面位于区内南西普鲁小河，标高1455m,最大相对高差627.0m。
2）、气象
该区属亚热带高原型季风气候区，冬春干燥多雾，夏秋多雨湿润。
年平均气温15℃，最低气温-6℃，最高气温34.9℃。
年降雨量890.5～1353.3mm，平均1169mm，每年11月份至次年4月份为干季，5月至10月为雨季，7月份降雨量最大，约占年降雨量的40%。
全年风向以西南风为主，平均风速2m/s,最大风速7级（即15m/s），风向受山形和谷地影响而多变，干季多西南风，雨季多东南风、冬季多西北风。
3）、河流水系
区内较大的地表水体普鲁小河，由矿区北东向南西汇入块泽河后注入南盘江，块泽河距矿区约1.5km。
其它各季节性小溪流量受大气降水的影响，流量随季节变化较大。
矿区属珠江水系。
（二）矿井地质
1、井田地质构造
（一）、地层
根据地表出露和钻探资料，地表出露的地层由老至新有（钻孔揭露的地层与地表相同）：
二叠系上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2c）；
三叠系下统卡以头组（T1k）、飞仙关组（T1f）、永宁镇组（T1y）；
三叠系中统个旧组（T2g）及第四系。
现由老至新简述如下：
1、龙潭组（P2l）
为区内主要含煤地层之一。
受F1断层影响出露不全,钻孔揭露地层厚度40.83～160.61m,平均厚度90.82m。
上至M7煤层顶板，下至峨眉山玄武岩组（P2β）顶界（受F1犁式断层的影响玄武岩缺失），根据岩性、岩相等组合特征,共分为两个岩性段。
⑴龙潭组第一段（P2l1）
地表分布于矿区南西部边缘，上至M9煤层底板，下至玄武岩顶界,受F1犁式断层的影响，区内本段缺失不全。
据地表及钻孔资料，所见地层厚度仅存有6.00～78.60m,平均厚度31.80m,岩性为灰、深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，局部含1～2层不可采煤层，含少量黄铁矿结核及颗粒。
与个旧组地层呈断层接触。
⑵龙潭组第二段（P2l2）
为区内主要含煤地层，地表主要分布于矿区西部，上至M7煤层顶，下至M9煤层底板，出露厚34.83～82.01m,平均58.42m,含煤3～6层，一般4层，其中M7、M8、M9三层为可采煤层。
以M9煤层底板作为龙潭组一、二段的分界线。
岩性上部以灰色、深灰色含菱铁质粉砂岩为主，中厚层状，岩石较为坚硬，节理裂隙发育，局部含1层不稳定不可采薄煤层，下部以粉砂岩为主，底部3.0～8.0m（M9煤层顶板）为菱铁质粉砂岩与泥岩近等厚相间出现,单层厚一般1～6cm，俗称“排骨状”砂岩。
2、长兴组（P2c）
为区内主要含煤地层，上界至M1煤层顶板卡以头组底界，下界至M7煤层顶板，地表及钻孔揭露厚度为56.50～147.94m，平均102.34m，含煤5～10层，一般6层，其中M3、M5两层为可采煤层。
岩性上部以灰、深灰色粉砂岩、细粒砂岩、泥质粉砂岩、泥岩为主，节理裂隙发育，中部以灰、深灰色粉砂岩、细粒砂岩、泥岩、泥质粉砂岩为主，薄～中厚层状，岩石较坚硬、性脆，含M3煤层；
下部以灰、深灰色粉砂岩为主夹薄层状泥质粉砂岩，薄～中厚层状，节理裂隙发育，含M5、M6两层可采煤层（M6煤层厚0～2.10m，不稳定）。
以M7煤层顶板作为长兴组与龙潭组地层的分界线。
3、卡以头组（T1k）
区内广泛分布，为煤系地层的直接盖层，地表掩盖较严重，据钻孔揭露：
厚度148.00～164.00m，平均156.40m。
上部岩性为灰绿色粉砂岩、细粒砂岩夹紫灰、灰紫色泥质粉砂岩及泥岩薄层；
下部以灰绿色粉砂岩、细粒砂岩为主，夹紫灰色泥岩、硅质泥岩薄层，底部产瓣鳃类动物化石，风化后呈“荞糕状”，为与煤系地层的分界标志（B1标志层）。
以M1煤层顶板（B1标志层）作为与长兴组的分界线，与下伏长兴组地层呈整合接触。
4、飞仙关组（T1f）
广泛分布于矿区内，为区内非含煤地层，厚399.71～454.64m,平均428.67m。
按岩性组合、成因标志及颜色等特征，从下至上分为四个岩性段：
⑴飞仙关组第一段（T1f1）
本段厚122.00～130.00m,平均厚126.67m，岩性以紫红、紫灰、灰紫色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主，夹薄层状粉砂岩及细粒砂岩薄层，岩层中以含大量钙质条带及蠕虫状方解石为特征（b4标志层），为T1k与T1f2+3分界标志。
产Plaeoneilosp动物化石。
与下伏地层呈整合接触。
⑵飞仙关组第二、三段（T1f2+3）
呈北东～南西向带状分布于矿区中东部F2断层以西，厚171.21～194.64m,平均182.00m。
以灰紫、灰黄色粉、细粒砂岩为主，夹薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩，薄～中厚层状，节理裂隙发育，泥岩中富含舌形贝化石，中下部含0.05～0.15m厚的泥质灰岩2～4层。
局部夹含铜砂岩，经采样化验最大含铜量0.2～1%。
⑶飞仙关组第四段（T1f4）
仅分布于矿区南西部及外围，地层厚度106.50～130.00m,平均120.00m。
以紫灰、灰紫、黄灰色粉、细砂岩为主，夹薄层泥质粉砂岩及粉砂质泥岩，薄～中厚层状，节理裂隙发育，底部有5～15m厚的紫红色含钙泥岩（b3标志层），为与下伏地层的分界标志。
5、永宁镇组（T1y）
广泛分布于矿区F2断层以东，地层厚度431.00～618.50m,平均534.00m，从下至上分为三个岩性段：
⑴永宁镇组第一段（T1y1）
分布于矿区南东部边缘，厚度175.00～205.00m,平均182.75m。
岩性以灰、深灰色灰岩为主，夹薄层白云质灰岩，顶、底部为5.00～15.00m的泥质灰岩，产瓣腮类、腕足类动物化石，与下伏飞仙关组（T1f）地层呈整合接触。
地形上形成陡峻的山崖，为崩塌物的主要来源。
⑵永宁镇组第二段（T1y2）
分布于矿区南东部，厚度96.00～131.00m，平均110.25m。
岩性主要为紫、紫灰、灰紫色粉砂岩、细粒砂岩，夹泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩薄层，含云母碎片，产瓣鳃类动物化石（b2标志层）。
⑶永宁镇组第三段（T1y3）
广泛分布于矿区东部，地形上形成陡峻的山崖，为崩塌物的主要来源。
厚160.00～282.50m，平均厚度241.00m，岩性以灰岩为主，夹薄层泥质灰岩及白云质灰岩，中厚层状，裂隙、溶洞发育，并发育有大小不等的陷落柱，产腕足类动物化石。
6、个旧组（T2g）
在矿区内仅出露第一、二段。
⑴个旧组第一段（T2g1）
主要分布于矿区东部边缘，一般厚150.00～350.71m，平均厚度238.00m，岩性为紫、紫灰、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩，局部地段夹灰白色泥岩及隐晶质白云岩薄层，底部夹1～3层灰绿色铝土质泥岩（俗称“绿豆岩”），为与下伏永宁镇三段的分界标志（b1标志层）。
中上部产瓣鳃类动物化石。
⑵个旧组第二段（T2g2）
分布于矿区西部F1断层以西，地层厚度259.17～320.20m，平均285.00m，以灰、浅灰色的灰岩为主，薄～中厚层状，夹泥质灰岩及白云质灰岩薄层，含虫迹动物化石。
7、第四系（Q）
主要分布于山坡（以崩塌坡积物为主）、沟谷（以冲积物为主）一带，厚度0～30m，一般厚5m。
以黄褐、紫灰、紫红、黄灰色松散的粘土、粉、细砂、砂砾及砾石等崩塌坡积物为主，次为冲洪积和人工堆积物。
与下伏各老地层呈不整合接触。
（二）、构造
区内主体构造线呈北东30～40°
方向展布，地层走向、山脉走向与主体构造线方向基本一致（见图1-2构造纲要示意图），总体为一向南东倾斜的单斜构造，地层走向近北东，主体倾向南东，地层倾角为15～50°
，一般为20～30°
，北部边缘较陡（局部大于60°
），主体属缓倾斜岩层。
受断层牵引影响，局部地层形成不完整褶皱（背斜）。
矿区地质构造较复杂，断层较发育，以走向及斜交断层为主，受断层的影响，煤层发生重叠、缺失，地层层序出现不连续，除F1、F2主要断层外，共发现F3、F4、F5、F6等断层共7条，各断层情况详见“主要断层特征表（表1-3）”。
总体看，矿区为一向南东倾斜的单斜构造，褶皱不发育，仅有微波状起伏，除F3斜交地层走向外，其它断层走向与地层走向基本一致，而且所见断层落差较大，从20～100m不等，矿区构造属中等偏复杂类型。
表1-3主要断层特征表
编号
性质
产状（°
）
落差
（m）
长度
控制情况
对煤层
的影响
探明程度
走向
倾向
倾角
F1
逆掩（犁式）
30-45
120-135
10-60
1000
3000
深部5个钻孔
整个煤系地层
基本探明
F2
正
40-55
130-145
60
470-580
影响深部煤层
了解
F3
逆
155-170
65-80
70
45-70
1500
ZK501孔
F4
305-325
65
85
F5
40-50
130-140
55
45-85
1300
ZK302孔
F6
45-50
30-65
ZK301孔
f1
20-40
图1-2构造纲要示意图
2、工程地质条件
1）、工程地质岩组
区内范围内与矿床开采有关的地层主要有：
按地层岩性及其工程地质特征可划分为十个工程地质岩组。
该工程地质岩组力学强度有如下特点：
⑴岩石强度与煤系地层沉积环境、岩石粒度有关，一般细粒砂岩强度大，粉砂质泥岩及泥岩强度小。
⑵岩石力学强度随风化程度增加而减弱。
⑶受构造及节理裂隙因素影响，构造破碎带岩石及周围岩石节理裂隙发育其力学强度减小。
⑷煤系地层各主采煤层顶底板岩石力学强度均较低，需加强支护。
从采样成果看，长兴组、龙潭组岩石多为软弱岩石，力学强度低，完整性较差，顶、底板一般难以维护，有冒顶、底鼓及片帮现象。
巷道穿过该层段时需支护，一般上部煤层较中下部煤层较好支护。
2、构造破碎带工程地质特征
区内地质构造较复杂，断层较发育，以走向及斜交断层为主，受断层的影响，煤层发生重叠、缺失，地层层序出现不连续，除F1、F2主要断层外，共发现F3、F4、F5、F6、f等断层共7条，7条断层的构造结构面为Ⅰ～Ⅲ级，切穿多个工程地质岩组，破坏各岩组稳定。
因此未来矿山开采遇此断层，可能产生底鼓、片帮并伴大量突水等工程地质问题，因此，矿山开采时应引起重视并加以防范。
3、煤层顶板及井巷围岩稳固性评价
⑴井巷围岩的稳定性评价
根据矿床围岩岩体质量系数评价表和矿床围岩岩体质量指标法评价表，区内矿床围岩卡以头组细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩岩体基本质量级别Ⅳ级；
龙潭、长兴煤组细砂岩岩体基本质量级别为Ⅳ；
细砂岩及粉砂岩岩体基本质量级别Ⅳ级；
泥质粉砂岩岩体基本质量级别为VI；
粉砂质尼岩岩体基本质量级别Ⅳ～Ⅴ级；
泥岩岩体基本质量级别为Ⅴ级。
当巷道围岩为卡以头组细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩且巷道跨度<
5m时，可基本稳定，稍加支护即可；
巷道围岩体为P2x粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩时，无自稳能力，埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有时明显塑性流动变形和挤压破坏，易产生冒顶片邦及底鼓现象，需加强支护。
井巷围岩稳固性差。
⑵煤层顶底板岩性及工程地质特征
煤层顶底板岩性多为泥岩、泥质粉砂岩，煤层顶、底板稳固性。
由表可知，煤层顶底板岩石质量中等至劣，岩体完整性差至中等，岩体质量中等至坏，属Ⅳ至Ⅴ类，总体煤层顶底板稳固性差，巷道较难支护，有时有冒顶、片帮现象，在顶板为泥质粉砂岩的地段，巷道相对较易支护。
主要可采煤层底板一般为泥岩及粉砂质泥岩，在地下水浸泡下会软化，塑性变形、底鼓，致使巷道变形箱木折断，矿山开采应引起注意。
4、工程地质类型
区内工程地质岩组类型较复杂，从层状软弱岩组～层状坚硬岩组、软硬相间岩组，几乎包括了大部分岩组类型，岩体完整性为中等至差，岩体质量等级中等至极坏，岩石质量中等。
断裂构造带较发育，矿区水文地质条件为中等偏复杂类型。
有数层泥岩软弱层，主要可采煤层顶板易冒落，需要翻拱支护，底板泥岩有一定的底鼓，完整性及稳定性较差。
区内工程地质条件为以层状岩类、可溶盐岩类为主的中等类型。
3、水文地质条件
㈠矿区地形地貌、地表水特征
矿区属构造剥蚀中山、中切割区，矿区地层为一倾向南东的单斜构造。
总体地形为东高、西低，最高海拔位于探矿权北中部岩峰小寨东侧的山头，标高2082.00m，最低侵蚀基准面普鲁小河标高1455m，相对高差627.00m。
矿区山脉走向与主体构造线均受块泽河深切割影响，区内沟谷较发育，地形坡度陡，有利于地表水及地下水排泄。
矿区内发育的普鲁小河，由北向南穿矿区的西部而过，于矿区外的南侧注入块泽河，根据勘查期观测，矿区范围内其流量变化在4.459～326L/s，河床分布标高为1660～1430m。
该河受区域地质环境影响：
丰水季节河水暴涨暴跌、流量变化较大，旱季由于受岩溶泉的补给，致使该河为常年流水，水化学类型为HCO3·
SO4—Ca·
Mg型水，由于受村庄的影响水质有一定破坏。
该小河在矿界南部流经F1断层，对F1具有长期补给作用，普鲁小河河水将通过F1断层对矿区地层发生水力联系，据ZK201钻孔抽水试验结果：
断层富水性、导水性较弱。
块泽河距矿区相对较远，对矿床充水无影响，普鲁小河分布于矿区西侧煤层露头区，对矿区浅部的矿床具有直接或间接的充水作用。
㈡地层含（隔）水性
矿区内地层由老至新有：
二叠系上统龙潭及长兴组（P2l+c）、下三迭统卡以头组（T1k）、飞仙关组（T1f）、永宁镇组（T1y）、中三迭统个旧组第二段（T2g2）及第四系（Q）。
峨眉山玄武岩组（P2β）相对隔水层，由于F1断层的作用致使其在区内缺失。
其地层的含、隔水性由老至新分述如下：
1、二叠系上统长兴及龙潭组（P2c+l）弱裂隙含水层
浅部露头风化裂隙及构造裂隙发育，富水性相对较强，深部裂隙率减弱。
为矿床充水的直接充水含水层。
2、三叠系下统卡以头组（T1k）砂岩弱裂隙含水层
该层为煤系地层的直接盖层，含水性较弱。
在该组底部常有5～10m灰绿色粉砂质泥岩、泥岩组成相对隔水层，自然条件下与煤系无水力联系，当矿山大面积开采，形成导水裂隙带时，该含水层将与矿坑（井）发生水力联系，形成矿床顶板间接充水含水层。
3、三叠系下统飞仙关组第一段（T1f1）相对隔水层
在矿界范围内出露于矿区中部，该层可为矿床良好隔水层。
4、三叠系下统飞仙关组二、三段、四段（T1f2、T1f3、T1f4）弱裂隙含水层
该含水层下部T1f1的相对隔水作用，故对矿床充水无直接影响。
5、三叠系下统永宁镇组第一段（T1y1）灰岩岩溶含水层
由于受统飞仙关组多个隔水层的作用，因此，对矿床充水无直接影响。
6、三叠系下统永宁镇组二段（T1y2）砂泥岩弱裂隙含水层
该层富水性弱，对矿床充水无直接影响。
7、三叠系下统永宁镇组三段（T1y3）灰岩岩溶裂隙含水层
该层为溶蚀裂隙岩溶含水层，但距含煤地层较远，同时下部有数个隔水层相隔，故对矿床充水无直接影响。
8、三叠系中统个旧组第一段（T2g1）砂泥岩弱裂隙含水层
根据区域资料该含水层富水性较弱，距含煤地层较远，对矿床充水无影响。
9、三叠系中统个旧组第二段（T2g2）灰岩岩溶含水层
分布于矿区西部F1断层以西，岩性以灰、浅灰色的灰岩为主，与上覆煤系地层呈断层接触关系。
岩溶漏斗、溶蚀洼地及溶蚀裂隙等溶蚀现象较发育，为典型的喀斯特地貌分布区。
距主采煤层M9距离最近（见T2g2岩溶基底突水涌水量预算图），是矿床充水的直接充水含水层。
因此，在未来的矿床开采中对该地层形成的底板突水问题需严加防范、高度重视，避免基底岩溶突水，造成矿坑充水、淹井事故的发生。
10、第四系（Q）松散孔隙含水层
主要分布于山坡（以崩塌堆积物、坡积物为主）、沟谷（以冲积物为主）一带，厚度0～30m，一般厚5m。
主要分布在普鲁小河河谷两侧，山坡分布零星，厚度变化大，由冲积、洪积、残坡积的亚砂土、砾石、细砂组成。
季节干湿交替，雨季富含潜水，旱季呈自然疏干状态，对矿坑充水有直接影响。
断层带富水性、导水性及对矿床的影响
主体构造线呈北东30～40°
方向展布，地层走向、山脉走向与主体构造线方向基本一致（见图3—1构造纲要示意图），总体为一向南东倾斜的单斜构造，地层走向近北东，主体倾向南东，地层倾角为15～50°
在断层附近地层倾向、倾角有较明显的变化，在下普鲁村，F1与F4断层间附近最明显，地层向北西倾斜，倾角一般为25～40°
，受断层牵引影响，局部地层形成不完整褶皱（背斜）。
区内地质构造较复杂，断层较发育，以走向及斜交断层为主，受断层的影响，煤层发生重叠、缺失，地层层序出现不连续，除F1、F2主要断层外，共发现F3、F4、F5、F6、f等断层共7条，下面就断层水文地质特征简述如下：
1、F1逆掩断层（犁式断层）：
该断层的导水性主要受断层西盘碳酸盐岩岩溶的发育状况及岩溶水的径流形态所决定，若地层岩溶发育、岩溶水呈管状径流则富水性强，其断层导水和富水随之增强。
相反则减弱，因此，矿山开采遇此断层时应根据碳酸盐岩溶的发育状况及岩溶水的径流形态而采取相应的重点防范措施。
2、F2正断层：
据简易水文消耗量观测未发生明显变化，断层东盘与主含煤地层（长兴与龙潭组）相对接地层为飞仙关组第一、二、三段，因此，该断层导水性受断层两盘岩性决定，若地层岩性富水性强，其断层导水和富水随之增强，否则减弱，因此，矿山开采遇此断层时应根据岩性的导水性而相应的加以防范。
3、F3逆断层：
该断层导水性受断层两盘岩性决定，若地层岩性富水性强，其断层导水和富水随之增强，否则减弱，因此，矿山开采遇此断层时，应根据岩性的导水性而采取相应的防范措施。
4、F4逆断层：
断层导水性受两盘地层岩性决定，随地层岩性富水性强、弱而变化。
因此，未来矿山开采北部煤层时，遇此断层，可能产生断层渗水问题，需加以防范。
5、F5逆断层：
据勘区302钻孔资料对长兴与龙潭组抽水资料q=0.00331L/s·
m、K=0.00125m/d，显示断层的富水性通常情况下较弱，但断层导水性受两盘地层岩性决定，随地层岩性富水性强、弱而变化。
未来矿山开采中，遇此断层的细沙岩段，可能对煤矿的开采会有一定影响。
6、F6逆断层与隐伏逆断层f1：
断层的富水性通常情况下较弱，但受断层两盘地层岩性决定，因此，未来矿山开采中，遇此断层时可能产生渗水或突水现象，对今后煤矿的开采有一定影响。
㈣矿区地下水补给、径流、排泄条件
1、在勘区主体范围，主要出露地层为飞仙关组（T1f）、卡以头组（T1k）、及主要含煤地层（P2c+l），岩性主要以碎屑岩为主，地形切割较深，相对高差大，溯源侵蚀强烈，有利于地表水、地下水的径流和排泄，各含水层大多为含隔水层相间的弱裂隙含水层组，主要接受大气降水的补给，一部分地下水在风化裂隙径流，其风化裂隙连通性好。
地下水循环通畅，径流强，就近于河谷或地形低洼处排泄，其特点是径流急，途径短，无统一的径流方向，另一部分没有排泄的地下水沿深部裂隙缓慢运移，富水性较浅部弱，过渡为弱裂隙承压含水层。
矿区范围内直接充水含水层长兴组、龙潭组（P2c+l），卡以头组（T1k）地层为主含煤地层顶部垂向补给间接充水含水层，地下水在浅部为风化裂隙潜水区，在矿区范围为承压含水层，总体地下水流向为由东北向西南方向径流，跟普鲁小河流向基本一致，据钻孔抽水试验显示q＜0.01L/s·
m，富水性较弱。
2、个旧组第二段（T2g2）碳酸盐岩岩溶含水层分布于矿区西部F1断层以西，与上覆煤系地层呈断层接触关系。
地下距主采煤层M9距离较近，是矿床充水的直接充水含水层。
该岩溶含水层主要接受大气降水补给，地下水以管状、脉状径流为主，其运动方向极复杂，富水性及导水性在垂向上和平面上分布极为不均匀，受地形切割和断层的影响，以岩溶泉点排泄于地表。
区内泉点旱季流量为0.794～38.00L/S，富水性强，泉点出露标高为1602.0～1616.0m。
因此，在未来的矿床开采中对该地层形成的底板突水及侧向补给的问题需严加防范、高度重视，避免基底岩溶突水，造成矿坑充水、淹井事故的发生。
3、勘区东部永宁镇组（T1y）岩溶含水层，分布海拔相对较高，为该地层地下水补给区，该岩溶含水层主要接受大气降水补给，地下水以脉状径流为主，其运动方向极复杂，富水性及导水性在垂向上和平面上分布极为不均匀，受地形切割和断层的影响，以岩溶泉点排泄于地表，但距含
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