超前探测在井巷复杂地质条件下的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 超前探测在井巷复杂地质条件下的 应用 【摘 要】中铝中州矿业段村矿区 7#总进风井 420m 中段脉外运输巷施工 到 33 米处，工作面遇到软岩破碎带， 以泥岩、铁质页岩和砂砾岩为主，伴随 有集中涌水出现，主要支护方式为钢拱 架结合锚喷网支护，但是工作面前方围 岩情况、水文情况和破碎程度都是未知 数，此时引入超前探测技术，对前方 50 米左右的围岩及地质情况进行探测，给 下步施工技术方案的选择、支护方案的 运用以及安全性都有很大提高，这次成 功实践，印证了超前探测对井巷施工的 重大指导意义。 中国论文网 /5/view-4071383.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 【关键词】井巷施工；破碎；裂 隙水；超前探测；分析 1、工程概况 中铝中州矿业有限公司三门峡矿 段村-雷沟矿区位于河南省渑池县境内， 处在渑池县与新安县交接部位，其地理 坐标为：东经 1115030111 5444，北纬 344732344924，矿 区位于渑池县与新安县交界部位。矿区 属坚硬、半坚硬、软弱及松散岩类为主 的层状矿床，矿层顶底板岩层强度较低， 稳固性较差，属软弱-半坚硬岩层；第 四系砂卵石和风化带普遍发育；矿区内 软弱层有粘土岩、炭质页岩、泥岩、煤 层等。矿区内有一条规模较大的断裂构 造 F4，为正断层。刚好位于段村矿区 7#总进风井周边，断层长约 1600m，断 距 30m50m 左右。 段村 7#总进风井处在段村矿区和 雷沟矿区中部，净直径为 3.5 米，井筒 深度 182 米，井口标高为 519m，基建 中段为 420m 和 390m，它是生产期间 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 段村矿区和雷沟矿区的总进风井，对整 个矿区的生产供风起着重要作用。 2、超前探测运用 目前段村 7#总进风井 420m 中段 脉外运输巷施工到 33 米处，工作面遇 到软岩破碎带，以泥岩和铁质页岩为主， 并伴随有集中涌水，施工单位、监理单 位、总包单位经过现场查看，决定采用 “短掘短砌”的施工方法，超前锚杆、锚 喷网和钢支架混合支护，但是为了搞清 楚工作面前方一定距离内围岩破碎情况， 我们采用了超前探测技术，主要仪器是 TRT6000。 2.1、TRT6000 测试原理 TRT6000 采用的是地震波超前预 报法，这种技术的原理在于当地震波遇 到声学阻抗差异（密度和波速的乘积） 界面时，一部分信号被反射回来，一部 分信号透射进入前方介质。声学阻抗的 变化通常发生在地质岩层界面或岩体内 不连续界面。反射的地震信号被高灵敏 地震信号传感器接收，通过分析，被用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 来了解隧道工作面前方地质体的性质 （软弱带、破碎带、断层、含水等） 、 位置及规模。 地震波从一种低阻抗物质传播到 一个高阻抗物质时，反射系数是正的； 反之，反射系数是负的。因此，当地震 波从软性地质体传播到硬质地质体时， 回波的偏转极性和波源是一致的。当岩 体内部有破裂带时，回波的极性会反转。 反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大， 回波就越明显，越容易被探测到。 RT6000 探测技术是将电子信号 学中的电阻抗概念引入地震勘探中，采 用反射物质阻抗探测地质体异常。结合 层析扫描成像技术，形成立体、直观的 三维立体图，立体图中的反射边界每一 点离散图像是由空间叠加所有地震波计 算得来。 2.2、TRT6000 系统现场安装 TRT6000 系统分为硬件系统和软 件两大部分，其中硬件组成主要有主机、 基站、无线模块、传感器、触发器五个 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 部分。在需要进行超前地质测量的掌子 面后方安装探测仪器，并在完成所有硬 件的安装，联机后测试系统是否能够正 常工作。 TRT6000 系统共设置 12 个震源 点和 10 个传感器信号接收点，依靠震 源点位置锤击激发地震波来探测掌子面 前方地质分布情况，其中第一排传感器 的布置位置与掌子面距离必须保持 20m，且与最后一排震源点距离必须大 于 10m，传感器间每排间距为 5m。 3、测试及结果分析 7#进风井 420m 中段脉外运输巷 测试位置正好处于脉外运输巷的转弯处， 转角大小约 19，转弯位置位于 77 号勘 探线上，附近钻孔编号为 DZK7718。 掌子面附近岩体为铁质、泥质页岩，岩 体裂隙特别发育，裂隙水也很发育，由 于页岩受水的浸泡、软化，岩体成为泥 状物，同时水的作用，带走了裂隙间的 充填物，使页岩的粘结力大大降低，用 回弹仪进行检测，无法获取回弹值（值 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 小于 10） ，可见由于水的软化作用，页 岩的强度变得更低；巷道开挖后，页岩 根本不能自稳，无法形成固定的断面， 严重影响巷道施工进度；目前采用的超 前导管+U 型钢拱架+ 喷浆并结合钢网也 无法确保巷道稳定，该处巷道采用铁锹 挖就能掘进，而不需要打眼、放炮工序， 掌子面突出的泥巴已经清理，目前岩体 稍微转好，至少不会发生流动，当前采 用砌碹支护基本能确保稳定，但该处巷 道支护率大，支护成本高、时间长、进 度慢。 根据超前探测仪器的探测显示， 共有四个测试图像，分别为超前地质预 报三维全景图、超前地质预报俯视图、 超前地质预报侧视图和超前地质预报正 视图。其中超前探测地质预报三维全景 图中左侧拱圈所示部分为已开拓巷道， 其中红色点标记位置为锤击点位，蓝色 点标记位置为传感器点位，最右边一个 拱圈所示位置为掌子面所处位置；结果 图中每个方格的间隔为 10 米。根据三 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 维全景图情况可以判断，该处掌子面前 方 35-40 米范围内，与掌子面处围岩条 件相似，即以铁质、泥质页岩为主，该 段范围内未见断层破碎带等富含水系地 质体，因此判断掌子面前方 35-40 米范 围内涌水量与现掌子面持平；40-45 米 范围内，有少量零星软弱夹层出现，根 据矿区内地质情况，判断为夹泥地层； 45-55 米范围内，围岩仍以铁质、泥质 页岩为主；55 米外至 85 米（探测边界） 见大体积破碎带；根据本区域范围内的 掘进情况及地质状态，这段范围内夹黄 泥的可能性很大，并伴有较大地下涌水。 根据超前地质预报俯视图判断， 掌子面前方 35-40 米范围内的零星软弱 夹层仅分布在掌子面正前方右侧，加之 下一阶段掘进时，巷道掘进方向将左偏 19，因此该段上的软弱夹层对巷道掘 进施工的影响不大；前方 55-85 米范围 内的大体积软弱破碎带也呈现左右不对 称分布，在巷道掘进左偏 19前方，出 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 现较晚，根据三维全景图分析，距离约 为 60 米；对照 420 中段脉内巷道掘进 情况分析，此处软弱破碎带的地质情况 极为恶劣，破碎带内夹黄泥，且涌水量 大，支护及掘进难度都很大。 根据根据超前地质预报侧视图和 超前地质预报正视图的显示结果分析， 7#井 420m 脉外运输巷大体积软弱破碎 带穿越 420 标高平面，即此软弱破碎带 位于巷道掘进正前方。 综上所述，根据超前地质探测结 果分析，针对段村 7#总进风井 420m 脉 外运输巷 33 米掌子面前方围岩情况如 下：0-35 米，围岩与掌子面裸露围岩相 似，以铁质、泥质页岩为主，涌水量以 裂隙水为主，与现阶段涌水量持平； 35-40 米，巷道掘进方向右侧有少量零 星分布软弱夹层，根据矿区地层情况， 主要为夹泥地层，但是由于巷道掘进方 向左偏，恰好能够绕过该围岩区；35- 60 米，围岩与掌子面裸露围岩相似，以 铁质、泥质页岩为主，涌水量以裂隙水 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 为主，与现阶段涌水量持平；60 米以后， 掌子面前方将会出现大体积软弱破碎带， 并以黄泥为主，随之增大的是涌水量， 巷道通过该区域时，应特别注意施工安 全。 4、结论 探测结果显示，掌子面前方围岩 以铁质、炭质页岩为主，围岩较差，掘 进方向上软弱破碎带的影响最大，加之 区域内水系发育，地下水丰富，使得巷 道掘进时涌水