地下开采对立井井筒影响的研究.pdf

第八卷第四期 山 东 矿业学 1 9 8 9 Ft z N J OURNA L OF SHA NDO NG 院学报 Vo 1 ． 8舳 4 M I NI NG I NS fl T UI 、 E DEC． 1 9 8 9 地下开采对立井井筒影响的研究 成 枢 采矿 工程 系 摘 要 本 文指 出 了立井 井 筒在 留设有防护 煤柱 时受到地下 开 采的影响 而 发生 变形破坏 的地点和 开 j 式 。分析 了弓 1 起破坏 的原 因，提 出 了防护立 井破 坏 的可行措施 。 关键 词 。岩 层移 动}地表移 动 ，井 筒变形 j边 界角，临界 变形值 。 自由词 防护措施 ，岩体 活化 。 前 言 目前 的地下 开采 引起的上 覆岩层 直至地表 的移 动和变形 ，常常 在 留设了保 护煤柱 的前提 下 ，仍 然 波及 到立井 的周 围，严 重 影响到立 井的安全 ，致 使立井 产生变 形和破 坏 ，直接 影 响 到矿井 的正 常生产 。立井 的这种变形 破坏现 象在全 国诸矿 区都时有 发生 ，为 此 ，很 有必要在 总结 分析立 井破坏 的发 生地点及特 征 的基础上 ，针对 g f 起 立井 破坏的 种种原 因，进 一步探讨 立井的安全问题 ，改进现有 建 筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤并 采 规 程 以下简称新 规程 中关于留设立井保护煤柱的方法，从而为以后建井及煤矿生产 中确 保立 井正常 工作起 到一定 的指导作 用。 一 、立井破坏发 生的地 点及 持征 通常，立井井筒变形和破坏主要与下列因素有关井筒穿过地层的岩层、煤层性质、厚 度 、倾 角 j地 质 构造 ’水 文地质 条件 |开 采方法及 开采情 况 ，井筒结构 、井筒 内装备 及其 抵 抗变形 的 能力 等 。对 立井 井筒 安全有危 害的是 井筒 的弯曲和沿 井筒 竖直方 向的拉伸 和压缩 。 根 据现 场调查 的 资料 分析 得 出在 留设有 保护煤 柱的前 提下 ，立井井 筒 的变 形和破坏 主 要发生 在井筒 的上部 及井筒 穿过 的或井 筒邻 近 的断层 、软弱层 附 近 。其变 形和破 坏 的 形 式 有井筒上都歪斜’罐 遭弯 曲或错位|井筒支护断裂等。 立井井 筒上部发 生歪 斜时 ，其周围岩层 和地 表也必定 发生 了移动和变 形 ，且 井 筒上 的移 动变形规律与岩层和地表的移动变形规律相一致。这种损害现象在重复采动影响下 表 现 擐 多 ，这 与重 复采 动的影 响范 围扩 大 ，老采 区覆 岩 出现 活化现象 是分不 开的 。井筒上部 歪斜 是 最 常见的 一种破坏 形式 。 丰文1 9 8 8 年 1月2 3 日收到 维普资讯 第四期 地下开采冲立井井简影响的研完4 7． 立井井 筒内 发生 罐道 弯 曲或 错位 ， 及 井壁支 护断 裂等 破坏 ，则主 要发生在 立井 穿过 的 r 或其邻近的断层、软弱层附近 。立井井筒断裂 、错缝等破坏形式则‘是由于立井穿过有滑移危 险 的软 弱 岩层、软煤层 及 高角度断层 时 ，煤 岩柱体 的滑移所 引起 。 ‘ 二 ．引起立井破坏 的原 因 现 有生产矿 井 中的一些 立井在 留设 了保 护煤柱 的 同时，仍然发生 了变 形和破 坏。其 主要 原因就 是保护煤 柱末 起弼 应有作 用 。这是 因为在 新 规 程 中规 定的对 立井 井筒 的 保 护 措 施，没有考虑到岩体移动和变形的分布特征，也没有考虑 到井筒的结构特征，从而使按 规 程 留设 的保护 煤柱 ，未能完 全消除开采对 立 井的影响 。 开采 引起立 井井筒破坏 的移 动和变 形主 要有 1．下沉地 下开采 后 ，采场 覆岩下沉 波及到 井筒范 围，致使 井筒随 岩体一并 下沉 ，在 井筒 内发 生垂 直压 缩变形 。井筒下沉 自井 口起 ，下 沉量逐渐 递减 。这 与覆 岩下 沉变化 规律 相 吻合 。 2．水平 移 动开采 引起 的覆岩及 地表 的水 平移 动 ，会带 动井筒也 发生水 平移 动 ，使井 筒 出现 歪斜现 象 ，其歪斜方 向是 朝向采 空 区的 。 3．滑 动开采使得 采场 围岩沿某一 层方 向滑动 时，波及 到井 筒，就 会 改变井 壁的受力 状况 ，形 成应力集 中，使 井筒 内出现 井壁破裂 、罐 道弯 曲或 错位 等现 象 。 根据 以上分 析 ，结合立井 井筒发生 变形破 坏 的特 征 ，可 以归 纳 出以下 几个方 面的主要影 响因素 。 1．用 移动角 、边界 角留设保 护煤柱 问题 新老 规 程 都 规 定， 保护立 井 的主要 措施 是用移 动角 、边 界角 留设保护煤 柱 。然 而， 移 动角是通 过临 界变形值求得 的 。此临界变 形值 是一组使建 筑物 不产 生危险变 形的 极限允许 地表变 形值 。现场 获得移 动角值 ，是 根据 观测范 围内特定建 筑物 的变形 破坏来 确定 的。 其 实 ， 各种类型的建筑物所允许的变形值是不同的，也就是对各种变形值反映的敏感程度不同。所 以，当采用某 一特 定建 筑物的变 形破坏 即某 观 测站 的观 测结果所 获得 的移动 角，并不 能真正 反映整个矿区的移动角值 。依此而圈定的受护范围内，势必仍会受采动的影啊，产生移动和 变 形 。 另 外 ，现有 矿井 大都是 多煤层开采 ，采场 不断 扩展 ，重 复采动 日益普遍 。而重 复采动 引 起 的岩 体 的活化 ，势必 使 岩层移 动 、变 形加剧 ，影 响范 围扩大 况 且 留设 保护煤 柱 所选 用 的 移动 角值 、边 界角值 ，多是在 开采单一煤 层情 况下观测 求得 的 ，依 此角值在有重 复采动 时留 设 的煤 柱 ，就 显著偏 小。 由 以上分 析可见 ，用移 动 角、边 界 结i it i 保 护煤柱 ，都普 遍偏小 ，因而不 能保证受 护范 围内不 受采 动影 响产生移 动和变 形，这也 是立井 井筒在 正常地质采矿 条件 下 由于开 采 引起 的 移 动变形导 致井筒上 部歪斜 的主要原 因 。 2．地质 构造 的影 响 由于地质构造因素，特别是立井井筒穿过断层、软弱层时，立井建设中未能采取更有力 酗防护措施，以防止矿井生产过程中可能引起的立井井壁沿断层、软弱层的滑移、错动等破 维普资讯 4 2 山东矿业学院学报 第八卷 坏 。 还 有一些 是对 断层情 况不明或对 断层 影响未加考 虑 ，致使 开采 后 ，断层 的存在使 地表移 动范 围扩大 ，引起井筒 沿断层面 产生 了明显 的滑动 。特别是 在 急倾 斜煤 层开采 情况下 ，井筒 受倾 向开采影 响 ，在 断层 处产生剪 切变 形，井 壁发生 水平错 动 ，使井 筒 内壁发生破裂 ，井筒 内罐道 发生弯 曲或 错位 。 当． k覆 岩体 中存在软 弱层 时 ，软 弱面 的结 构刚度 远小于井 壁砌体 的 结构剐度 ，岩体 受采 动影 响产 生移动和 变 形，就 会在 刚度 较大 的井 壁形成 应力集 中 ，于 是井壁 向井筒 内挤压 。当 压力超过砌体抗压极限时，井壁就会发生破裂。另外，献弱面的存在也会使防护煤岩柱沿软 弱面滑移 ，引起立井井筒断裂、错缝等。 三、 保护立井安全 所采 取 的必 要措施 针对开采引起的立井井筒破坏的形式及造成破坏的原因，我们不难提出相应的 防 护 措 施， 以保证矿 井生 产的正常进 行 。 1．井筒 结构 的改善 在建井 期间 ，就 应尽 量摸清 立井周 围的地质 构造 。遇 有 立井要穿 过软弱 层或断层 ，或 立 井邻 近有断层 存在 时 ，在 立井井壁 相 应位 置 ，就 应采 取防护措 施 。 1 部分采用双层井壁或在井壁与围岩之间加入松散填料，使井筒脱离开围岩。这种 设置滑动层方法，可防止围岩变形破坏 的影响。 2 在井 筒可 能发生 错位 、破 裂地段 ，用可 缩性材料 代替原 有井壁砌 体 ，这样采 用 的 抗 变形柔 性 井壁 结 构可 以避免井壁 发生 应力集 中现 象 。 ． 8井筒内的罐道、梯子 问、管道、线路等均应采取相应措施。如使罐道、梯子间、 管 道等 在危 险地 段增 加可伸 缩性 的结构 、电缆加长 等 。 2． 留设 保护 煤桂 方法 的改善 按 照 规程 规定 ，立井 保护 的主要防 护措 施是 留设 保护 煤 柱。具体 方法可 参 阅 规 程 。但 现行 规程 规定 的 留设方 法井不能 达 到预 期 的 目的 。 本 文 提出如下 几点改进 意见 1对立井井筒来说，岩层内部移动规律对它的变形有直接的影响。留设煤桂时选取 的移动角、边界角不要仅局 限于从地表观测站所获得的资料 ，要综合分析岩体 内部的移动和 变形 ， 2 在 选取移 动角 、边 界角 时 ，充 分认 识到重 复采 动 引起 的岩体活 化对 井筒 产 生的危 险。即在单煤层开采情 况下所获得的角值基础上，根据本矿 区岩体特征 ，适当附加一个重复 采动影 响 的附 加值 ，使 移动 角、边界 角值 变小。另外 还要考虑 到 角值的可 靠性 。适当 碛小角 值将是十分有益的，尽管角度变小 ，使得留设的煤柱变大 ，压煤量增加，但随着开采技术的 发展 ，井筒 煤桂最终 是完 全可 以的 。 8留设防护 煤柱 后 ，仍 应对 立井井筒的 移动 和变形作进一 步 的预 计 ，以便 检核 。具 体预 计方 法可 参 四文献 [1]。 目前看来 ，传统 的用 移动 角 ，边 界 角留设 保 护煤 柱是 极不合理 的 ，这种 留设 方法 将 随着 强计地表移动方法的改善而被预计变形的方祛所代替。研究新的防护煤柱留设方法，是一个 维普资讯 第四期 地下开采甘立井井筒影响的研完 4 3 急待解放 的课题 。目前 ， 已有许 多方法 被提 出，如 利用移动 变形 曲线来设 计保护 煤柱 。但 各 种方 法都还不 完善 ，有待进一 步改善 。 8．矿井生产 中的开 采防护措 施 立井除了接 规程 规定留设了防护煤柱外，还可在立井周围 的开采过程中，采 取一些 开采防护措施，以减少覆岩移动变形对立井安全韵影响 可采取的措施有 1充填开采 减少下沉 ，减少 开采 影 响的范 围和程度 j 2间歇 开采或 减少 同时期开采面 的个 数 以减少对井筒 影响 区域 的开采 强 度 。 8对称 开采使 产生 的水平移 动 迭加 ，以减少 井 筒 向一 侧歪斜 。 4 台 理安排 开采 次序 ，尽量 避免 发生岩 体沿某一 软弱面 的滑移 现象 。 参考 文献 1]中 国矿院 等 煤 矿岩层 与地表移 动 ，煤炭 工 业 出版社1 9 8 1 年 [2 ]煤炭 工 业部 “ 建筑物 、水体 、铁路 及主要井 巷煤柱 留设与 压煤开采 规程” ，煤 炭 工业 出版 社1 9 8 5 年 [8 ]翟 厥成 煤矿 工业 广场煤 岩柱体滑 移 问题 探讨 ，矿 山测量 ，1 9 8 6 年 第二期 [4 ]中 国矿院 等 矿 区地面建 筑物 保护 煤 柱的实践 与认识 ，矿 山测量 ，1 9 8 1 年第一期 S TUDY 0F TH E EFFECT 0F UNDERGROUND M I NI NG 0N VERTI C AL SHA FTS Cbe ng Shu De p t ．o f Mi n i ng En g ． ABS TRACT 。 On t he b as i s of i nve s t i 昏 a t i 0 ns ， t hi s p ape r poi nt s out t he pl a c e s a nd f o r ms of t h e d ef o r mat i o n a nd f a i l u r e i n v e t t i c a l s ha f t s du e t o u nde r g r 0 und mi ni n g i n e x i s t e n c e o f s a f e t y p i l l a r s a n d a n a l y s e s t h e ma j o r f a c t o r s wh i c h c a us e t he d e f o r m a t i o n a nd f a i l a r e of s ha f t wa l l s ． I t a l s o pr e s e nt s s o me f e n s i b l e m e as u r e s t o pr o t e c t t h e ve r t i c a l s haf t s ． KEY W ORDS r oc k s t r at a mo ve me nt } s ur f a c e m o ve me nt } s h af t de f or m at i o n， bo un da r y an g l e； c r i t i c al d e f o r m a t i o n va l u e． FREE W ORDS pr ot e c t i ve m e a s u r es r oc k s t r a t a r f ho ve me nt ， 维普资讯