第十四章特殊条件下的巷道施工.ppt

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1、14.114.1巷道通过松软岩层破碎带的施工方巷道通过松软岩层破碎带的施工方法法14.214.2巷道遇含水层的施工方法巷道遇含水层的施工方法第14章 特殊条件下的巷道施工2024-5-9114.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 一、概述 随着我国煤炭工业的不断发展，已逐步开展第三纪褐煤田的开发工作，如建设了舒兰、辽源、沈北和龙口等矿区。在开发这类煤田的过程中都遇到了大量的粘土质松软岩层，地压 很大，巷道维护极端困难。同时，有些生产矿井及新建矿井的开采深度不断增加，深部地压 明显增加，给巷道维护带来许多困难。巷道竣工不久，就发生了严重变形和破坏，需要经常

2、 翻修，耗费人力、物力和财力，严重影响矿井建设和正常生产。松软岩层具有松、散、软、弱四种不同属性。所谓“松”，是指岩石结构疏松、密度小、孔隙度大的岩层；“散”，则指岩石胶结程度很差或未胶结的颗粒状岩层；“软”，是指岩石强度很低、塑性大或含粘土矿物质易膨胀的岩层；“弱”，则指受地质构造的破坏，形成许多弱面，如节理、层理、裂隙等，破坏了原有的岩体强度。2024-5-9214.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 在松软岩层中施工巷道，掘进较容易，维护却极其困难，采用常规的施工方法和支护形式、支护结构，往往不能奏效，因此解决软岩支护问题便成为井巷施工的关键问题。

3、由于各矿区松软岩层的组成、结构和性质差异很大，迄今为止还没有一种能适应各个矿区的施工方法和支护方式。经过多年的实践和研究，已逐步摸索出一些松软岩层巷道施工的基本规律，其中最主要的是必须根据岩层性质和地压显现特点选择合理支护方式和结构，正确选择巷道位置和断面形状，同时加强巷道底板的管理，采用合理的掘进破岩工艺以及对围岩进行量测监控等，如能结合工程的具体地质条件，采取相应的技术措施，就有可能顺利地在松软岩层中进行施工，并使巷道易于维护且处于稳定状态。2024-5-9314.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 二、松软岩层巷道施工的几个问题 (一)正确选择巷道

4、位置 正确选择巷道位置是保证巷道处于稳定状态最关键的条件之一。选择巷道位置应着重考虑以下两个方面：(1)岩石性质。应尽量将巷道布置在遇水膨胀量小、质地均匀、较坚硬的岩层中。在同一条巷道内，即使围岩性质只有微小的差异，巷道压力的显现也有明显的差别。如沈北前屯二井-200m岩石大巷的两个交岔点，一个处于紫红色为主的杂色凝灰岩里，由于岩体较完整，交岔点比较稳定；另一个处于灰绿色为主的凝灰岩中，由于岩体较破碎，交岔点的破裂较严重。辽源梅河三井+180m水平运输大巷，原布置在具有膨胀流变性质的第三纪泥灰质页岩内，采用料石砌碹，收敛量达620mm，60天后碹体逐渐破坏。当大巷后移70m，开掘在白垩纪赤色砂

5、岩中之后，虽然延长了石门长度，但巷道地压显现大为减弱，围岩变形仅有2mm。2024-5-9414.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法2024-5-95(2)支承压力的影响。前屯煤矿经过多年的实践证明，回采动压是造成煤层底板岩石大巷破坏的主要原因。煤层开采以后，其底板岩石大巷的压力就有明显的增加。底板岩石大巷与煤层距离的大小和落煤方式有关。用风镐落煤时，岩石大巷距煤层达2030m时，基本上可不受动压的影响；而用爆破落煤时，岩石大巷距煤层40m以外仍然遭到破坏。除了要避免支承移动压力的影响外，还必须避开采场上下固定支承压力的影响范围，应把巷道布置在应力降低区

6、或原岩应力区内。前屯煤矿是将岩巷布置在距煤层垂距2030m，与采场上端煤柱上角水平线成45角的范围内，受到压力较小，如图14-1所示。14.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法(二)巷道断面形状的选择 由于松软岩层地质情况非常复杂，巷道支护不单纯受岩层的重力作用，有时周围还受到很大的膨胀压力。有时巷道的测压比顶压大几倍，若采用常规的直墙半圆拱或三心拱形断面显然难以适应，往往造成巷道的破坏和失稳。因此，合理选择断面形状对维护松软岩层巷道的稳定尤为重要。巷道断面形状应根据地压的大小和方向来选择。若地压较小，选用直墙半圆拱形是合理的；巷道周围均受到很大的压力，则

7、以选择圆形巷道断面为宜；若垂直方向压力特别大而水平压力较小时，则选用直立椭圆形断面或近似椭圆形断面；若水平方向压力特别大而垂直方向比力较小时，则应选用曲墙或矮墙半圆拱带底拱、高跨比小于1的断面，或平卧椭圆形断面。2024-5-9614.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法(三)破岩方式的选择 在松软岩层中掘进巷道，破岩方法最好以不破坏或少破坏巷道围岩为原则。若采用钻眼爆破破岩，也应采用光面爆破。淮南潘一矿在软岩中采用光面爆破，用超声波测定围岩松动范围，两帮大约为1.0m左右，而拱顶则为1.31.5m，对围岩还是有一定的破坏作用。龙口北皂煤矿在软岩中光爆效果

8、不好，采用只放开心炮，而后用风镐或手镐刷大，对围岩稳定有利。沈北前屯矿基本上不用钻眼爆破法，而全部采用风镐掘进。舒兰丰广五井用煤巷掘进机破岩，巷道几乎没有变形。2024-5-9714.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法(四)支护方式和支护结构的选择 在松软岩层中，巷道一经掘出，若不及时控制，则围岩变形发展很快，甚至围岩深处也有不同程度的位移，继而可能出现围岩碎裂、流变以致垮落。如果架设一般的梯形支架，将会出现断梁、折腿等现象。即使采用拱形料石或混凝土整体支护，也会因巨大的不均匀地压作用而导致巷道失稳和破坏。为了解决松软岩层巷道的支护问题，许多生产和科研部

9、门正在加强这方面的研究工作，并已取得初步成果。他们研究的共同结论是：对于这种特殊的不良地层，其支护结构有“先柔后刚”的特性，一般需要进行二次支护。松软岩层的地压显现属于变形地压，初始支护应按照围岩与支架共同作用的原理，选用刚度适宜、具有一定柔性的可缩性支架。它既允许围岩产生一定量的变形移动，以发挥围岩自承能力，同时又能限制围岩发生过大的变形移动。锚喷支护是具有上述特性的支护形式，因而是一种比较理想的初始支护结构。此外，U形金属可缩性支架也基本上符合上述要求，也可用作初始支护。2024-5-9814.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 二次支护的作用二次支

10、护的作用 在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的支护结构。支护结构。若采用锚喷支护作为初始支护时，二次支护仍可采用锚喷支护，也可砌碹。在重要工程或地压特大地段，喷射混凝土还应增加钢筋网和金属骨架，即构成锚喷网金属骨架联合支护结构。锚喷支护总厚度以150200mm为宜，锚杆长度一般根据开巷后的塑性区范围而定。在软岩巷道中，塑性区范围有时很大(一般23m，有时超过35m)，此时采用长短结合锚杆较好，长锚杆大于1.8m，短锚杆在1m左右，长锚杆可以抑制塑性区的发展，而短锚杆可以积极加固松动圈的围岩，使其构成稳定的承载环。在锚杆的长距比

11、相同的情况下，采用短而密的锚杆比长而疏的锚杆效果好。2024-5-9914.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 采用料石或混凝土块砌碹作为二次支护时，因长条形料石和混凝土块在碹体中受力情况不好，在不均匀地压作用下，多数由于点接触形成应力集中而使碹体局部遭到破坏。为了克服这一弱点，应选用异形料石或异形混凝土块作为砌体材料，金川、舒兰、沈北等矿区都有成功的经验。图142所示是舒兰设计采用的异形混凝土块碹，图14-3所示是前屯煤矿使用的异形料石圆碹。2024-5-91014.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 料石和混凝

12、土块砌碹结构是国内软岩支护过去常用的支护形式，只要提高施工质量，调整砌块的规格，保证壁后充填密实，或在砌块之间加入可缩性木板，均能大大提高碹体的支护效果。前苏联、比利时等国在支护软岩巷道，尤其是采深较大的巷道时，常采用预制混凝土块支护，并向大型钢筋混凝土块发展，用吊装机械安装。近年来我国少数煤矿(如沈阳矿务局大桥煤矿)已开始使用这种钢筋混凝土块来支护软岩巷道，并取得了一定的成效。2024-5-91114.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 二次支护应在围岩地压得到释放、初始支护与围岩组成的支护系统基本稳定之后进行。围岩变形趋于稳定的时间，不仅取决于岩层本

13、身物理力学性质，而且与初始支护时的支架刚度密切相关，因此它的变动范围往往很大。为了保证二次支护的效果，最好进行围岩位移速度和位移量的量测，并绘出相应的变化曲线，如图14-4所示。取位移速度和位移量的峰值下降后所对应的时间t0作为二次支护时间比较稳妥可靠。2024-5-91214.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 应该指出，由于各矿区松软岩层的工程地质条件千差万别，必须从实际出发，选用适合本矿区岩层特点的支护形式。有的地层岩石流变很突出，若不立即封闭，围岩就要流动，此时不必采用二次支护，可从支架的结构上采取措施，使之具有一定的可缩量，以便有效地抵御变形地

14、压，仅采用一次支护就可使巷道稳定。有的巷道围岩变形长期不能稳定，二次支护的时间不易控制，有可能初始支护就需要多次，直至巷道基本稳定之后才能进行最后一次支护(即所谓二次支护)。2024-5-91314.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法(五)加强巷道底板管理 软岩巷道，特别是在具有膨胀性的围岩中掘进巷道，多数是要发生底鼓的，因此安设底拱的作用是不可忽视的。分析一些软岩巷道屡遭破坏的原因，除了施工程序、巷道断面形状和巷道布置等不合理之外，很重要的原因就是底鼓。有的虽然设置了底拱，但因质量不好，等于虚设，底板仍然鼓起，巷道仍遭破坏。目前我国防止底鼓的措施一般是

15、用砌块砌筑底拱，也有个别用锚杆加固的，但效果不好，一旦发生底鼓，锚杆翘起，很难处理。底拱的安置时间应视巷道支护方式而定。若用圆碹或近似圆碹作二次支护，则以先底拱、后墙、最后砌拱的顺序施工，一次完成。若用锚喷支护作初始支护，则可在初始支护完成一段时间，底板应力得以充分释放之后再砌筑底拱，与一次支护同时完成较好。不论采用何种底拱结构，都必须使底拱两端压在墙下，与墙连为一个整体。2024-5-91414.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法 前苏联曾采用过底板钻眼松动爆破，然后注浆加固底板的方法防止底鼓(图14-5)。这种方法能降低围岩应力和提高围岩强度，受回采

16、工作影响后，在加固地段中部底鼓量仅为70100mm，而未加固的区段则进行了三次卧底。此外，工作面有水的巷道，施工时要及时排水，尽量减少水与岩石的接触，防止岩石遇水膨胀。2024-5-91514.114.1巷道通过松软岩层破碎带的巷道通过松软岩层破碎带的施工方法施工方法(六)重视围岩的量测监控 在松软岩层巷道采用锚喷支护，一定要配合进行量测监控，以便及时调整支护参数，尤其对巷道围岩的收敛变形应该特别重视，可用收敛计量测巷道的收敛变形，亦可用水准仪测量顶板下沉量和底鼓量，用各种多点式位移计量测岩层内不同深度的位移，从而可以算出位移速度。通过这些量测数据，有助于评价围岩的稳定程度，可以论证各设计参数是否合理和锚喷效果，也是修改设计和确定二次支护时间的依据。锚杆的锚固力可用中空千斤顶式的锚杆拉力计来量测。锚杆的应力状态，可用专门设计的空心“锚杆”(它的构造是聚氯乙烯塑料管内壁用101号胶粘贴电阻片)来测定，以检验锚杆不同深度处的受力状态，从而能推知围岩内应力重新分布的情况，进而可调整锚杆的设计参数。对于重要工程的大断面巷道，还要进行接触应力的量测，可采用电阻应变砖和钢弦压力盒等测试元件；根据测