白垩系软岩巷道测量控制点的布设与应用

白垩系软岩巷道测量控制点的布设与应用
黄思远
【摘要】内蒙古查干淖尔一号井风井区地质条件复杂,属于典型的软岩巷道,强度低、稳定性差、巷道表现为四周普遍受压,并且全断面收缩,同时底鼓现象十分严重,局部巷道甚至引发顶板冒落和两帮破坏.井下所用测量控制点均布设在巷道顶板位置,由
于巷道受压,造成测量控制点极不稳定,给测量工作带来了极大困难,如何布设稳定的测量控制点成为一大难题.经过反复的探索和研究,为便于今后测量控制点的使用,最后决定在巷道交叉点处加强支护(采用特殊的钢管混凝土支架),在该处布设测量控制点,经过一段时间的现场观测,交叉点处巷道较为稳定,能够满足风井区巷道测量放线需要,也为井下贯通及其他巷道的施工打下了坚实的测量基础,使测量工作得到了有
力保证.
【期刊名称】《矿山测量》
【年(卷),期】2013(000)003
【总页数】5页(P40-43,45)
【关键词】白垩系软岩;钢管混凝土支架;测量;布设与应用
【作者】黄思远
【作者单位】中煤矿山建设集团有限责任公司第三十工程处,安徽宿州 234000
【正文语种】中文
【中图分类】TB22
查干淖尔一号井位于内蒙古自治区锡林浩特市西南方向约70 km，是河北冀中能
源峰峰集团新建的一个特大型现代化矿井，矿井的设计生产能力为8.0Mt/a，采用两立一斜的开拓形式，主井为斜井，副井及风井为立井。

副立井施工到底后即停止巷道施工，主斜井已施工至里程330 m处，并停止施工
进行巷道修复，尚未到底，风立井承担与副立井贯通及井下主要巷道施工任务。

2号煤层是本井田主要可采煤层，主要巷道和硐室均设计在2号煤层中，可采煤层厚度3.10～41.95 m，平均22.32 m。

该煤层下距2X1煤层0.85～32.00 m，平均9.83 m。

查干淖尔一号井各井筒及主要巷道布置如图1所示。

图1 一号井各井筒及主要巷道布置图
1 查干淖尔一号井2号煤层顶底板主要岩性
1.1 2号煤层顶底板岩石主要组成
查干淖尔一号井属白垩系下统巴彦花组煤系地层，形成年代较晚，遇水水化，遇风风化，地层胶结性极差。

查干淖尔一号井主要可采煤层为2号煤层，主要巷道和硐室均设计在2号煤层中，2号煤层顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，各种岩石的力学强度偏低，多为软岩类岩石，主要由粘土矿物组成，地层粘土矿物含量高达60.6 %，粘土矿物中蒙脱石含
量达到82 %，遇水膨胀、软化、崩解，流变、蠕变现象严重，强度低，稳定性差，承载力小，是典型的软弱围岩。

根据山东科技大学对查干淖尔一号井2号煤层顶底板岩石矿物成分化验得知：2号煤层顶板主要矿物成分为伊利石、石英和黑云母，其中伊利石含量为83.3 %，石
英含量为10.2 %，黑云母含量为6.6 %，泥岩呈灰黑色，粘泥状，细腻，无层理，表面受水影响粘滑，手捏成型，锤击变形，端口略平坦，光照下有色泽。

2号煤层底板主要矿物成分为珍珠陶土、伊利石、石英和黑云母等，其中珍珠陶土含量为
16.3 %～46.3 %，伊利石含量为9.1 %～52.9 %，高岭石为9.4～17.5 %。

泥岩呈灰绿色，断面不平坦且呈颗粒状，手捏成型，较细腻，整体如土状，质均一。

1.2 2号煤层顶底板软弱围岩主要特性
1.2.1 可塑性
2号煤层顶底板软弱围岩在外力的作用下可任意成形，变形后不再恢复原形，表现出明显的可塑性，这也是软岩的基本属性。

1.2.2 流变性
2号煤层顶底板软弱围岩受外力发生变形与时间有关，当外部条件不变时，岩体内应力、应变随时间变化，流变不可逆转，外力增加到一定量时，变形量加大，支架造成破坏。

1.2.3 膨胀性
2号煤层顶底板软弱围岩在物理、化学、力学等因素的作用下产生体积膨胀，特别是在潮湿或遇水后，改变了围岩分子结构，变形速度加快。

1.2.4 崩解性
2号煤层顶底板软弱围岩开挖后与空气接触，产生片状解体，黏结力降低，在潮湿环境下风化加速，分解成碎状粉土或砂土，完全失去了围岩的自撑能力。

1.2.5 易扰动性
2号煤层顶底板软弱围岩受震动、应力、超声波作用时，岩体呈悬液状态，粘土质越多越易发生扰动。

1.2.6 蠕变性
蠕变全过程可以分为三个阶段，即衰减阶段、稳态阶段、加速阶段，当巷道进入蠕变阶段时，围岩失稳。

2 软弱围岩破坏对测量工作的影响
查干淖尔一号井风井区施工巷道较多，主要有：风立井井底临时车场、总回风巷、
2煤回风大巷、2煤主运大巷、2煤辅运大巷、2煤回辅联络巷等。

巷道施工时先后采用了刚性支架+锚网喷+锁腿锚杆+锚索联合支护、16#工字钢
单棚、16#工字钢对棚及U36支架等支护形式，并采取了一系列辅助支护措施。

即便采用工字钢支护，支护不到一个月巷道变形达到1 m，采用U36支架返修，
巷道变形仍然很严重，变形最多达到2 m多，巷道内架设的支架受压力影响，两
腿蜷缩，顶板下沉，底板上鼓，支架变形严重，导致巷道报废。

由于软岩巷道破坏，造成井下测量控制点不稳定，无法保证测量工作的正常进行。

井下测量的起算数据是通过风立井联系测量(钢丝投点、陀螺仪定向、长钢尺传递
高程)，由地面传递至井下，供巷道施工测量放线使用。

井下巷道均为软岩巷道，
极不稳定，破坏频繁，返修次数多，这就造成了井下无法布设稳定的测量控制点，也就无法给井下各类施工测量放线提供准确的起算数据，使井下测量工作无法顺利进行，测量精度得不到保障。

为了确保井下起算数据的准确性，若每一次测量放线均通过风立井进行联系测量由地面传递至井下，从理论上虽然可行，但实际操作中困难太大，难以实现，原因在于，立井联系测量时需要占用井筒，时间也较长，一般从开始到结束大约需要5
个小时，需要的仪器设备也较多，矿建施工单位一般都没有陀螺经纬仪，无法自行完成联系测量，且没有测绘资质，只能委托专业的具有测绘资质的测量队伍完成。

井下施工测量放线较为频繁，如果每隔几天就请专业的测量队伍来进行一次联系测量，显然不太可能。

因此，要想保证井下测量控制点的稳定，为井下测量放线提供稳定可靠的起算数据，只能是加强支护，保证巷道稳定，在稳定的巷道处布设测量控制点，供测量放线使用。

为便于使用和检核，测量控制点共布设4个，分别为K1、K2、K3、K4，均选在
巷道交叉点处，为保证测量控制点的稳定，经中国矿业大学设计研究，采用特殊的
钢管混凝土支架修复巷道，不仅解决了传统支架工字钢和U型棚连接处应力集中问题，还大大提高了支架承载能力(钢管混凝土支架承载能力是相同钢量U型棚支架3倍以上)[1-3]，基本控制了巷道围岩变形，达到了理想的支护效果，保证了测量控制点的稳定性，测量控制点具体布设位置如图2所示。

图2 测量控制点具体布设位置
3 交叉点巷道特殊的钢管混凝土支架支护
查干淖尔一号井风井区巷道由于变形导致巷道破坏，甚至报废，全部经过返修，反修次数高达4次，最后采用中国矿业大学设计研究的钢管混凝土支架进行返修，尤其是交叉点处采用了特殊的钢管混凝土支架返修，因交叉点不同于正常巷道，另外专门设计了不同于正常支架的异形支架，效果十分明显，目前都已经达到稳定，完全可以满足测量控制点的布设要求。

现以测量控制点K1所在的一号交叉点为例，说明交叉点巷道特殊的钢管混凝土支架支护。

一号交叉点共计使用钢管混凝土支架32架，其中正常架23架，支撑架1架，异形架8架。

异形架支架之间全面用工字钢连接(工字钢两端切弧焊接)，异形架支架按照编号正确对接法兰，对接时切割口两侧编号必须一致，异形支架4#和5#、3#和6#、2#和7#、1#和8#关于支撑架中线对称分布，各支架具体位置分布如图3所示。

图3 各支架具体位置分布图
采用钢管混凝土支架(钢管内灌注40#混凝土，并掺加钢纤维)+锚网+喷射混凝土联合支护，正常段钢管混凝土支架分为5节，采用Φ194 mm×10 mm无缝钢管制作。

正常架支架巷道支护断面图如图4所示，正常架支架加工图如图5所示。

图4 正常架支架巷道支护断面图
图5 正常架支架加工图
抬棚支撑架采用Φ245×12 mm无缝钢管制作，安置在2煤回风大巷与总回风巷联接处。

异形支架采用Φ194×10 mm无缝钢管制作，共计8架，编号分别为1#至8#。

支撑架支护断面如图6所示，异型架1#至8#每一架都略有不同，总体相差不大，本文仅给出1#异型架支护示意图，如图7所示，2#至8#异型架略。

钢管支架之间采用12#工字钢连接，支架间距700 mm(中对中)，整个底板直接铺设5 mm厚的钢板，钢板尺寸为1500×1500 mm，沿巷道轴向方向铺设，钢板两个方向都搭接200 mm，搭接后必须满焊，保证底板钢板连成整体。

在钢管混凝土支架外侧敷设强力抗拉网，强力抗拉网规格为1000×900 mm，间距为
250×150 mm，横筋为Φ18 mm钢筋，纵筋为Φ8 mm钢筋，采用Φ12.5 mm 钢丝绳连接，每根钢丝绳长2 m，钢丝绳搭接200 mm，采用12.5元宝卡连接。

内层使用Φ6.5 mm盘圆制作的钢筋网，网喷搭接长度为100 mm，接茬处每隔300 mm用16#铁丝绑扎。

铺底前扎钢筋，钢筋规格为Φ20 mm，间排距为250×250 mm，钢筋保护层为100 mm。

喷射混凝土强度为C25，铺底混凝土强度为C40。

图6 支撑架支护断面
图7 异型架支护示意
4 测量控制点的布设与应用
测量控制点所在的交叉点采用钢管混凝土支护时，即把测量控制点布设好，与钢管形成一个整体，为防止生锈，测量控制点采用铜头+圆钢形式，铜头长度不少于50 mm，如图8所示。

测量控制点拴线绳一端采用Φ16 mm铜棒制作，钻Φ2 mm圆孔，线绳从圆孔处垂下，另一端采用Φ16 mm圆钢制作，钢与铜采用丝扣连接，用管钳扳手拧紧，如图8所示。

图8 测量控制点的布设
取2500 mm长16#工字段一段，搭在布设测量控制点的钢管支架上部，跨4个
支架(4个支架间距为2100 mm)，工字钢与钢管支架焊接牢固，然后将图8所示
的测量控制点圆钢端焊接到该工字钢中部，铜头部分竖直向下，便于测量点的使用。

测量控制点圆钢部分的长度，视现场而定，如长度不够，可另外焊接一段圆钢加长，最后要求支护完成并喷浆结束后，测量控制点铜头部分外露30～50 mm为宜。

4个测量控制点均布设完成后，委托有测绘资质的专业队伍，通过风立井进行联系测量及井下7秒导线测量，将地面平面及高程坐标系统传递至井下的4个测量控
制点上，作为今后井下各项测量工作的起算数据。

为保证测量工作的准确性，每次使用前，都应检测4个测量控制点的相对几何位置关系，确定控制点无位移、准
确无误后方可使用，特别是实施重大测量工程(如贯通测量)前，更应仔细检核，必要时，可重新进行联系测量。

5 结语
查干淖尔一号井井下测量控制点布设完成并实测后，通过近一年的现场观测，发现点位比较稳定，精度可靠，完全可以满足井下各类测量放线需要，测量工作得到了保证。

同时，也证明了交叉点处特殊的钢管混凝土支架支护，有效的控制了巷道围岩变形，达到了预期的效果。

参考文献：
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