糯东煤矿副平硐严重变形区围岩钻孔窥视分析

文/徐 耀 郭昌贵 金志远

矿井平硐施工过程中，需穿过多层岩层，通常围岩控制难度较大。由于贵州兴安煤业有限公司糯东煤矿副平硐部分区域巷道围岩软弱，变形较大，为了确定合理的副平硐严重变形区返修支护方案，采用钻孔窥视仪分析副平硐严重变形区围岩内部结构特征，为返修支护设计提供了依据，也为相似工程提供了有益借鉴。

一、工程概况

糯东煤矿是贵州兴安煤业有限公司旗下的首对矿井，井田面积68.28km2。由于糯东煤矿副平硐施工过程中穿过多层岩层，其围岩条件极其复杂，而且主要以泥质砂岩、砂质泥岩、粉砂质泥岩为主，岩层强度较低，围岩条件比较差，岩性软弱，不好控制。在地应力作用下，副平硐部分区域变形较大，而且是扭曲变形，围岩出现破裂，U型钢支架变形严重，影响安全生产，亟待开展相关研究工作。

二、测定方案

为了确定合理的副平硐严重变形区返修支护方案，采用Z K XG3 0 型钻孔成像仪测定副平硐严重变形区围岩松动圈，ZKXG30型钻孔成像仪主要包括主机、探杆、探头肯数据线。主要技术参数如表1所示。在副平硐严重变形区布置1个测站。

表1 ZKXG30 型钻孔成像仪技术参数表

三、钻孔窥视分析

1.左帮钻孔窥视分析

据左帮钻孔成像结果显示，0.5m处煤体呈松散的颗粒状，横向裂隙明显，但裂隙贯通不明显，煤体在应力重新分布后整体呈塑性状态。1.0m处煤体受围岩应力增大，煤体压实度上升，部分裂隙处于闭合状态，成孔效果好。1.76m外纵向裂隙出现（纵向裂隙为钻孔所致，表明此时围岩强度低，钻孔振动导致煤体破裂），但钻孔劈面进一步细致，主要是围岩压力进一步加大所致。1.97m处肉眼可见明显的纵向裂隙贯穿，纵向大块煤体脱落，局部开始出现细微横向裂隙，但钻孔内的横向裂隙的发育程度不是太明显，说明矿山压力主要以垂直应力为主，水平应力相对较小。孔内有许多粉末碎屑，主要原因是钻孔施工过程中钻杆摆动所致，而且钻孔直径变大，粉末的出现势必会影响钻孔窥视效果，必须用压风将粉末吹出。

2.顶板钻孔窥视分析

顶板钻孔为垂直钻孔，钻孔直径为28mm，但顶板钻孔的打设过程中偏差较大，给成像工作带来了困难，为保证良好的成像效果，对顶板钻孔用直径为32mm钻头进行扩孔，并进行淋水冲洗。

据顶板钻孔成像结果显示，0.07m处围岩破碎严重，块体间空隙较大，围岩胶结性差，横向裂纹破碎程度较大，为第一分区破裂化区域。0.43m处围岩的破碎程度相对小于0.07m处，但受围岩应力集中影响，围岩壁面粗糙，纵向与横向裂隙交错复杂，围岩由松散状态向塑性状态过渡，围岩承载能力小，稳定性差。0.9 7m处围岩纵向裂隙大于横向裂隙，但纵向裂隙较多，表明围岩受压后强度降低，围岩应力持续集中，横向层间距离较大，围岩破裂严重，巷道围岩整体稳定性较差。1.50m处巷道围岩纵向裂隙消失，围岩强度提高，但围岩横向层状分布特征显著，围岩整体稳定性相对较好，此处为围岩第一分区破裂化区域终止位置。2.0 m处巷道围岩特性与1.5m处相似，仍然表现层状分布特征，层间胶结性较差，但巷道围岩稳定性依然相对较好。2.5m处巷道围岩局部横向裂隙扩大，巷道围岩的稳定性开始变弱，相对稳定区域终止。3.01m处围岩呈现扭错型破坏，围岩破碎块体与裂隙空间较大，围岩进入第二分区破裂化区域。3.5m处围岩壁面光洁，纵向裂隙明显，且裂隙宽度较大，围岩强度较低，主要表现为围岩在应力持续集中作用下压密后的承载。4.0m、4.5m与5.0m处围岩破坏程度大于3.5m处，纵向裂隙增多，且多处出现纵向裂隙的贯穿现象。5.5m处围岩壁面的扭动现象变缓，横向裂纹不明显，围岩强度有一定的提高，围岩第二分区破裂化区域终止。6.0 m处围岩壁面开始趋于光滑，纵向与横向裂隙减小，巷道围岩开始再次进入相对稳定状态。6.52m、7.02m与7.51m处围岩稳定，但围岩层状分布特征显著，层间胶结性较差，胶结强度较低，但巷道围岩相对稳定，可考虑作为稳定岩层。8.61m处围岩再次出现扭错性破坏，壁面颗粒状特征显著，围岩出现塑性破坏形态。8.52m处围岩纵横向裂隙不明显，此处的巷道围岩整体仍然处于相对稳定状态。9.0m与9.11m处围岩塑性破坏特征出现，围岩进入第三分区破裂化区域，巷道围岩稳定性降低。

3.右帮钻孔窥视分析

右侧帮部水平钻孔钻进岩性为煤体。考虑到右帮水平钻孔的施工难度与钻孔闭合效应，设定帮部水平钻孔长度为4.78m。

据钻孔成像结果显示，0.19 m处煤体呈松散的大块体状，纵向与横向裂隙分布交错明显，但煤体破坏严重，块体间无胶结强度，围岩整体呈松散状态。0.5m处煤体由松散状态向压密状态过渡，横向裂隙减少，但纵向裂隙增多且分布明显，表明煤体应力集中程度较大。0.9m到1.0m处受围岩应力集中影响，煤体颗粒明显，裂隙闭合。1.65m处围岩局部破裂严重，壁面煤体块状掉落，围岩塑性破坏再一次出现，围岩第二分区破裂化区域出现。2.0m处纵横向裂隙消失，受围岩应力集中的持续影响，围岩局部出现大面积径向方向的煤体压缩错动情况，此外为围岩应力集中影响区，也是第二分区破裂化区域的终止边界。2.66m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m与4.78m处，围岩煤体由松散状态变为压实状态，无明显的裂隙及破碎存在，但围岩较为软弱，煤体整体径向呈层状分布，层间胶结状态较差，但整体围岩较为稳定。

四、结论

1.左帮为煤体孔，2m范围内压力较大，煤体松软。

2.顶板的钻孔0～2.54m范围内的围岩划定为第一破裂化区域；顶板的钻孔3.0～6.5m范围内的围岩裂隙发育不明显，将该范围划定为岩层较稳定区，但是该范围内也出现了离层或破裂现象，只是出现的范围很小，不影响整体稳定性；顶板的钻孔7.0～8.95m范围内仍然出现了裂隙，且裂隙发育比较大，将该范围的围岩划定为第二破裂化区域，即该范围内围岩的破裂化程度与0～2.54m范围内的相对要小的多；顶板钻孔为9.5～9.8m以上的围岩裂隙发育不明显，将深度范围内以外的岩层划定为稳定岩层。

3.右帮的钻孔0～0.5m范围内的围岩节理裂隙发育较为显著，将该区域划定为第一破裂化区域（破碎区），该范围内的煤体内出现了多条大的裂隙，非常破碎，但随着深度的增加，煤体的破碎程度逐渐减小；右帮的钻孔0.9～1.0m范围内的岩层节理裂隙发育不明显，出现了几条裂纹，个别区域出现了离层或破裂现象，整体来说，该范围内的岩层比较稳定，因此将该范围的岩层划定为相对稳定区；右帮钻孔1.65～2.0m范围内的岩层节理裂隙较为发育，出现了多条裂隙，并且裂隙已贯通，因此，将该范围内的围岩划定为第二分区破裂化区域，右帮钻孔2.66～4.78m范围内的围岩裂隙发育不明显，只出现几条裂纹，不影响围岩整体稳定性，因此，将该范围内以外的区域划定为压实围岩稳定区域。