煤矿竖井开挖地质勘察施工技术

•●概念：矿井地质勘探是继煤田普查与勘探之后，在矿井建设和生产过程中所进行的地质勘探工作。•●目的：获得可靠的地质资料，查明影响采掘生产的地质条件，提高储量级别，增加可采储量，以满足矿井各种设计的需要，保证生产正常接续和安全生产。第二章矿井地质勘探•●主要任务：•（1）在新井开凿之前，为了满足井筒、井底车场、硐室和主要运输大巷设计与施工的需要，查明井巷所在位置的岩层、煤层、构造、水文地质及工程地质情况。•（2）在新水平或新开拓区设计之前，为了满足开拓设计的需要，查明设计区内的地质构造、煤层赋存状况、其它地质和水文地质问题，以提高勘探程度和储量级别。•（3）在矿井开采的整个过程中，为了解决采区准备、巷道掘进和工作面回采中经常出现的局部性地质问题。•此外，残采区找煤和某些专门工程钻孔和施工，也由矿井地质部门组织实施。•●特点：矿井地质勘探与资源勘探相比：•（1）矿井地质勘探具有继承性和补充性的特点。•勘探工程布置系统、勘探密度等重大勘探方案的选择方面，原则上应与资源勘探尽量保持一致，重点放在补充以前工作的不足，其中包括为防止资金积压，有意留在以后进行的勘探工程。•（2）矿井地质勘探在时间安排上，必须考虑生产接续计划和采掘工程设计与施工的需要。•过早进行矿井地质勘探，就会造成资金的积压；过晚进行矿井地质勘探，又会导致生产接续不上和采掘失调。因此，要通过总结经验和必要的推算，确定合理的勘探时间。•（3）矿井地质勘探具有针对性和局部性的特点。•矿井地质勘探多是针对某一专门问题而布置的，任务比较单纯，地区比较局限，一般不要求提交完整的地质勘探报告。•（4）矿井地质勘探具有一系列的优越条件。•在进行勘探设计时，有资源勘探和丰富的井巷资料作依据；在布置勘探工程时，有条件采用井下钻探、巷探和井下物探手段，并把井上、井下布置结合起来。•（5）经费来源渠道与资源勘探不同。•前者来自生产费用，从每吨煤中抽提；后者来源于勘探事业费。第一节矿井地质勘探种类•一、建井地质勘探•二、矿井补充勘探•三、矿井生产勘探一、建井地质勘探•在新井开凿之前，为了正确掌握井筒剖面，编制施工设计方案，一般要求施工井筒检查钻孔。•在井底车场、硐室和运输大巷开凿之前，为了准确确定工程的层位和方向，有时需要布置层位控制钻孔。•1、井筒检查钻孔•（1）井筒检查钻孔的布置原则•●立井检查钻孔的布置原则如图7-1所示。•①水文地质条件简单时，一般布置在主、副井筒中心连线的中点。•②水文地质条件中等时，除在两井筒中心连线的中点布置一个检查孔外，还应在其延长线上的任意一端，增加一个检查孔，该孔位置距离邻近井筒中心10~25m为宜。•③水文地质条件复杂时，一般在井筒两侧都应有检查孔控制，其数目视具体情况而定。建井地质勘探•④独立井筒或两个井筒间距超过50m时，检查孔布置在井筒圆周围，距井筒中心距离以10～25m为宜。•⑤除检查岩溶或特殊施工需要外，检查孔不得布置在井筒圆周以内和井底车场上方。在终孔深度以内，最大偏斜位置距离井壁不得小于5m，以免日后井巷淋水。但当采用钻井法施工时，检查孔应布置在距井筒中心1m范围以内。图7-1竖井检查孔布置建井地质勘探•⑥检查孔的终孔深度应达到井筒落底标高以下，在可能情况下，应打到未来延深水平。•⑦在设计井筒周围25m内已有施工钻孔，或已掌握地质及水文地质情况，能提出满足施工要求的预想地质剖面图时，可以不打检查钻孔。建井地质勘探•●斜井检查钻孔的布置原则如图7-2所示。•①斜井检查钻孔应打出一条平行井筒中心线的完整地质剖面，该剖面位置距井筒中心线以10～25m为宜。•②两个相互平行、间距不大于50m的斜井，检查孔应布置在它们中间的平行线上。•③斜井检查孔一般不少于3个，其中第一个钻孔应布置在煤层露头附近，最后一个钻孔布置在斜井落底与平巷连接处附近。•生产矿井斜井延深时，一般不少于两个检查孔。建井地质勘探•④检查孔的终孔深度，应达到该孔所在处斜井底板标高以下。•●平硐检查钻孔的布置原则与斜井基本相同。图7-2斜井检查孔布置建井地质勘探•（2）井筒检查钻孔的勘探要求•重点应围绕水文地质和工程地质这个核心：•①井筒穿过的表土层、岩层和煤层的物理力学性质、厚度和埋藏深度，尤其要注意松散层的底砾岩、流砂层，基岩风化带，断层破碎带的深度和工程地质特征，以及煤与瓦斯突出的危险性。•②井筒穿过的含水层的层数、岩性、厚度、埋藏深度、裂隙和岩溶的发育程度，以及各含水层的水量、水位、水质和地下水动态。采用特殊凿井时，还应补充地下水的流向、流速和水温资料。•钻孔终孔后，应及时提交井筒检查孔竣工报告书，其中包括简要文字说明和图件、附表三部分。建井地质勘探图7-3井筒检查孔地质剖面建井地质勘探•2、层位控制钻孔•原则：为了使井底车场、硐室、运输大巷布置在工程地质条件良好的岩层中，有利运输，便于与煤层联络，在地质构造复杂，煤、岩层厚度和产状变化较大，邻近勘探钻孔资料准确度较差的情况下，应布置层位控制钻孔。•目的和任务：查明巷道所在水平的煤岩层的层位、分布、厚度和岩性，以及构造等地质条件，以满足井底车场、硐室和运输大巷等主要开拓工程设计与施工的需要。•层位控制钻孔一般应布置在初步设计拟定的工程轴线的平行线上，不得布置在硐室或运输大巷的正上方。•施工要求可参照井筒检查孔要求执行。建井地质勘探二、矿井补充勘探•●概念：在新水平或新开拓区设计之前，为了提高设计区的勘探程度和高级储量比例，在资源勘探基础上进行的具有补充性质的勘探工作，称为矿井补充勘探。•《矿井地质规程》（试行）规定，在生产矿井内，凡属下列情况之一者，即为矿井补充勘探：•①延深水平高级储量比例达不到规定要求。•②矿井改、扩建工程或开拓、延深工程设计需要。•③重新评定新发现或勘探程度不足的可采或局部可采煤层。•1、矿井补充勘探的原则：•矿井补充勘探应该遵循以下几项原则：•（1）矿井补充勘探时间的确定，必须满足矿井生产接续的需要。补充勘探应在上一生产水平或老开拓区产量出现递减趋势之前安排，并能满足补充勘探设计、施工和报告编制，以及新开拓区设计、新开拓工程施工所需的全部时间。•（2）补充勘探程度的要求，一般应达到延深水平开拓前的地质工作标准。•（3）补充勘探工程布置系统原则上应继承原有勘探线系统，加密勘探线应尽量与石门、采区上、（下）山等主要井巷的位置和方向一致。矿井补充勘探•（4）补充勘探工程密度应以普遍提高勘探程度，满足水平延深工程设计要求为准。•《矿井地质规程》规定钻孔基本线距（表7－2）和极限布孔密度（表7－3）。•极限布孔密度是指包括资源探钻孔在内，平均每平方公里煤层真面积上允许布置的最多有效地质钻孔数。但不包括直接为采掘服务的探煤厚、探构造和探放水等生产勘探钻孔。•已达极限布孔密度，仍不能满足勘探程度要求的，应采取巷探或其它经济有效的探测方法，或按生产勘探处理。不允许无限制地增加钻孔密度。矿井补充勘探•（5）补充勘探工程的布置，要在充分利用已有地质资料和已知地质规律的基础上，针对问题，全面规划，合理布置，以便用较少的勘探工程量获得最佳的地质效果。要充分发挥矿井地质勘探的特点，作到井上下结合，勘探工程与井巷设计工程结合，当前与长远结合，原则性与灵活性结合，以满足矿井生产的要求。•（6）补充勘探技术手段的选择应充分利用矿井的有利条件，因地制宜，把地面钻探、井下钻探、物探和巷探结合起来，配套使用。矿井补充勘探•2、矿井补充勘探设计、施工•补充勘探设计，主要应抓住两个关键：一方面要了解矿井的生产规划及新区的开拓部署，领会设计部门意图；另一方面要对原有勘探资料和生产地质资料进行认真的分析与对比，明确存在的问题，有根据地提出矿井地质条件类别。•在进行补充勘探设计时，首先要确定补充勘探工程的合理网度。勘探网度是指勘探工程的基本线距和线上的孔距，它是进行补充勘探设计的基础。一般通过探采对比的方法，在检验资源勘探网度合理性的基础上，确定补充勘探的合理网度。矿井补充勘探•探采对比是将原地质勘探资料与采后实际地质资料进行科学的分析和对比。通过探采对比，找出两者的异同，确定原勘探资料的误差，并分析产生的原因和原勘探网度存在的问题。•探采对比的内容和项目是多方面的，但重点是构造、煤厚和储量。•《煤炭资源地质勘探规范》仍是补充勘探设计、施工和成果验收的基本依据。矿井补充勘探三、矿井生产勘探•●概念：•为了查明采区准备、巷道掘进和工作面回采过程中影响生产的地质问题，所进行的局部性勘探工作，称为矿井生产勘探。•它贯穿于煤矿开采的整个过程，是矿井地质一项经常性的任务。•●主要任务：•采区准备期间的生产勘探，主要是搞清采区地质构造形态、煤层赋存状况，使采区布置合理，施工安全顺利。•巷道掘进期间的生产勘探，主要是圈定不稳定薄煤层的可采范围，查清断层情况，寻找断失翼煤层，为巷道掘进指明正确方向。•回采期间的生产勘探，主要是查明不稳定煤层的薄化带和影响工作面连续推进的各种中小型地质构造，以保证回采工作的顺利进行和煤炭资源的充分回收。矿井生产勘探•●特点：•（1）直接为采掘工程服务，勘探任务单纯，解决问题具体，因此熟悉生产过程，了解采掘要求，是作好生产勘探的关键。•（2）勘探工程布置要灵活机动、因地制宜，强调其针对性和实用性，在基本满足沿剖面布置勘探工程的前提下，不宜苛求其规则性和勘探网度。矿井生产勘探•（3）矿井生产勘探手段，除了开采深度较浅，且地质问题距巷道较远的情况下采用地面钻探外，一般均采用井下钻探和井下物探。在井下钻探不能解决地质问题时，才考虑使用巷探，但应注意一巷多用。•（4）矿井生产勘探勿需详细的勘探设计，只需提出一份简单说明勘探目的、要求和数量的勘探任务书，报请主管部门批准后，再作一单项勘探工程设计，即可施工。•生产勘探竣工后，勿需提交专门报告，只需利用其修改图件，编制和补充地质说明书。矿井生产勘探第二节矿井地质勘探的技术手段•一、钻探•二、巷探•三、物探•●矿井地质勘探技术手段是指查明矿井开采地质条件的技术装备和探查方法。•目前，矿井地质勘探的主要技术手段是钻探、巷探和物探。•●各种技术手段的选择，一般原则是：先井下后地面，先钻探后巷探，积极开展井下物探；力求达到速度快，成本低，质量高；充分满足地质要求，及时配合采掘生产。一、钻探•1、地面钻探与井下钻探•钻探是矿井地质最主要的勘探技术手段。•按钻探工程施工场所和要求的不同，可分为地面钻探和井下钻探两类。•地面钻探主要用于矿井资源勘探、补充勘探和专门工程勘探，是提高延深水平或新开拓区勘探程度，查明重大地质及水文地质问题，满足某些专门工程设计和施工要求所不可缺少的技术手段。•井下钻探主要用于矿井生产勘探，是在井下采掘地段探查各种局部地质变化常用的技术手段。•2、井下钻探的优点•井下钻探具有以下一系列的优点：•○设备轻巧，安装方便，操作简单，适于井下作业。•○可在同一地点施工不同方向和角度的钻孔，减少搬家次数。•○井下施工可缩短进距离，工时短，成本低，见效快。•3、井下钻探的布置原则•（1）根据井巷揭露的实际地质资料和已掌握的地质规律，确定最佳地质效果的布置方案。•（2）井下钻孔应尽量布置在原勘探线剖面上，或与设计的采掘工程方位一致，以便编绘地质剖面和指导采掘工程施工。•（3）利用暂时不用的巷道或废弃巷道布置钻探施工现场，以减少开挖钻场的工程量，避免受采掘生产的影响，保证钻探安全施工。•（4）尽可能在同一位置施工多个钻孔，采取扇形布置，减少钻机搬家。二、巷探•●实施条件：凡无钻探条件，或钻探达不到预斯地质效果，且生产需要提前掘进巷道时，则可布置巷探。•●应用：•（1）查明中、小断层密集块段煤层的可采性，查明岩浆侵入体和河床冲刷带及岩溶陷落柱对煤层的影响范围，圈定不稳定煤层和处于临界可采厚度煤层和高灰分煤层的可采界限等。•由于单纯采用钻探不能达到预期的地质目的，需要布置巷探予以查明。•（2）控制水平、采区和回采工作面的边界断层，确定煤层走向变化地区运输巷道的方向和层位，进行残采区的找煤和复采等。•由于生产巷道已经进入，或者生产需要提前掘进巷道，这时只要合理安排巷道施工顺序，或适当延长巷道，则先