特殊巷道的施工方法PPT课件.ppt

2020 3 27 特殊巷道的施工方法 主要内容软岩巷道施工煤与瓦斯突出巷道施工重点内容施工方法的选择难点内容施工方法的选择 1 2020 3 27 软岩巷道施工 软岩巷道变形及压力特征选择合理的巷道位置巷道断面形状的选择破岩方式的选择支护方式和结构的选择预防和治理底鼓加强水的治理加强巷道施工监测 2 2020 3 27 软岩巷道变形及压力特征 1 围岩变形有明显的时间效应初期来压快 变形量大 如不及时控制 很快就会冒顶 巷道破坏 如果不采用适应软岩大变形特点的刚性支架 支架很快就会被压坏 支护时既要有控制 又要允许软岩有一定变形 3 2020 3 27 软岩巷道变形及压力特征 2 围岩变形有明显的空间效应围岩在距工作面一倍宽以远的地方基本上不受掘进工作面的影响 采深对软岩巷道的稳定和变形的影响随采深增加而增大 其影响度远大于岩石硬度 软岩巷道变形有明显的方向性 4 2020 3 27 软岩巷道变形及压力特征 3 软岩巷道多表现为巷道四周受压 且为非对称性不仅顶板下沉量大 易冒落 同时也有可能产生强烈的底鼓现象 并常伴随有两帮剧烈位移 引发两帮破坏 顶板冒落 5 2020 3 27 软岩巷道变形及压力特征 4 软岩巷道自稳能力极差 围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感当软岩巷道受邻近开掘或修复巷道 水的浸蚀 爆破震动以及采动等的影响时 都会引起围岩变形的急剧增加 巷道的自稳能力一般与岩性 断面形状有关 6 2020 3 27 松软围岩的自稳时间通常很短 有的顶板一暴露立即冒落 围岩的自稳能力主要与围岩暴露面的形状 面积大小 岩体的残余强度和原岩应力及施工工艺等因素有关 因此把握软岩的变形特征 合理确定巷道位置 掘进方式及支护措施等 对充分利用围岩与支护相互作用 提高巷道围岩的自稳时间 减少巷道掘进和维护费用 提高经济效益有一定意义 7 2020 3 27 选择合理的巷道位置 1 尽量把巷道布置在强度大 遇水膨胀性小 地质构造和水文条件简单 岩性比较坚硬的岩层内 2 主要巷道走向尽量与最大地应力方向平行而不要垂直 一般应绕避断层 尽量避免与断层 软弱夹层 节理方向平行或小夹角相交 若实在不能绕避 则应尽量使巷道的轴向与其走向间成45 60度角 8 2020 3 27 选择合理的巷道位置 3 尽量避免巷道在空间上重叠 密集交叉 硐室群的施工应视所处的工程地质等条件 考虑施工对巷道稳定性的影响 优选最佳施工顺序 4 应使主要巷道免受采动压力影响 最好把巷道布置在应力降低区或原岩应力区 9 2020 3 27 选择合理的巷道断面形状 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 有时周围都受到很大的膨胀压力 有时巷道的侧压比顶压大几倍 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 10 2020 3 27 断面形状主要应根据地压大小和方向来选择 地压较小 直墙半圆拱形 周围均受较大压力 圆形断面 垂直方向压力特别大而水平方向压力较小 直立椭圆形断面或近似椭圆形断面 水平方向压力特别大而垂直方向压力较小 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 11 2020 3 27 选择合理的破岩方法 以保持围岩的整体性 不破坏或小破坏巷道围岩为原则 如条件允许 优选全断面机械破岩 其次 风镐破岩 再次 爆破破岩 采用光面爆破 12 2020 3 27 采用合理的支护方案 强化围岩 整体承载 允许变形 适当让压 控制巷道断面 的原则 通过支护来加强巷道围岩的整体性 并提高巷道围岩的整体承载性能 通过支护来抵制压力 释放压力 控制巷道的整体变形 支护结构应有 先柔后刚 的特性 一般需要二次支护 13 2020 3 27 预防和治理底鼓 巷道底板向上隆起的现象称为底鼓 14 2020 3 27 巷道底鼓类型及机理 1 挤压流动性底鼓 2 挠曲褶皱性底鼓 3 遇水膨胀性底鼓 4 剪切错动性底鼓 15 2020 3 27 底鼓的防治 1 砌筑底拱 2 底板打锚杆 3 底板钻眼 松动爆破 然后注浆加固底板的方法防止底鼓 16 2020 3 27 加强水的治理 水对软弱巷道围岩的影响尤其重要 地下水的赋存与活动 既影响围岩的应力状态 又影响围岩的强度 进而影响巷道的稳定 17 2020 3 27 加强巷道施工监测 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 也是修改设计和确定二次支护时间的依据 18 2020 3 27 加强巷道施工监测 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 19 2020 3 27 加强巷道施工监测 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 根据测量结果 可以了解喷层的受力状态 有助于设计喷射混凝土的厚度 地应力特大的矿区 还应量测构造应力场 这对巷道合理布置 减轻地应力对巷道支护的破坏影响具有重要意义 理论和实践证明 巷道沿最大主应力的作用方向布置比较有利 如果巷道走向垂直最大主应力的作用方向 则巷道围岩中受力变形现象比较严重 易使巷道的稳定状态恶化 导致失稳破坏 20 2020 3 27 煤与瓦斯突出巷道施工 石门揭穿突出危险煤层的防突措施突出危险煤层巷道施工防突措施 21 2020 3 27 煤与瓦斯突出 煤与瓦斯突出是一种复杂的瓦斯动力现象 从瓦斯地质学角度看 地质条件对煤与瓦斯突出的分区分带起着明显的控制作用 影响煤与瓦斯突出的地质原因主要有煤层瓦斯含量与瓦斯压力 地质构造与地应力及煤层结构特征等 突出常发生在地质变化比较剧烈 地应力较大的地区 如褶曲向 背斜的轴部和断层破碎带 煤质松软干燥且瓦斯含量多 压力高就容易突出 开采深度愈大 煤层愈厚 倾角愈大 突出的次数就愈多 突出强度也愈大 煤体受到外力震动 冲击时 也容易发生突出 22 2020 3 27 石门揭穿突出危险煤层的防突措施 石门揭煤地点通常是新矿井 新水平 新采区还未被揭露的地点 其瓦斯压力 应力都处于原始状态 当揭穿煤层时 工作面由坚硬的岩层突然进入较松软的煤层 工作面前方的集中应力容易发生突然释放 这些都为发生突出提供了必要的有利条件 突出特点 强度大 瓦斯量大 波及面广 危害严重 23 2020 3 27 煤矿安全规程 规定 石门的位置应尽量避免选择在地质变化区 掘进工作面距煤层10m以外时 至少打两个穿透煤层全厚的钻孔 以便确切掌握煤层赋存条件和瓦斯情况 掘进工作面距煤层5m以外时 应测定煤层的瓦斯压力 掘进工作面与煤层之间必须保持一定的岩柱 急倾斜煤层为2m 缓倾斜及倾斜煤层为1 5m 24 2020 3 27 石门揭穿突出危险煤层防突措施 震动爆破或远距离爆破抽放瓦斯和钻孔排放水力冲孔和水力冲刷金属骨架地面钻井抽放 25 2020 3 27 震动爆破或远距离爆破 实质 通过在掘进工作面实施爆破来揭开煤层 并且利用爆破产生的强烈震动 来诱导煤和瓦斯突出 如果震动未能诱导突出 则强大的震动力也能使煤体破裂 瓦斯得以排放 围岩应力得以释放 从而达到预防突出的目的 26 2020 3 27 震动爆破或远距离爆破 震动爆破揭开煤层以前 瓦斯压力小于1MPa 否则采用钻孔排放瓦斯使压力降低 然后再实施爆破 27 2020 3 27 煤矿安全规程 对施工规定 1 所有炮眼必须一次起爆 炸开石门的全断面岩柱和煤层全厚 如果第一次震动爆破没有全断面揭开煤层 第二次爆破工作仍应按震动爆破的安全要求进行 2 只准使用带食盐被筒的煤矿许用炸药进行震动爆破 雷管事先要严格检查和分组 使用毫秒雷管时 其总延期时间不超过130ms 装药后全部炮眼必须填满炮泥 28 2020 3 27 煤矿安全规程 对施工规定 3 每次震动爆破都应对岩柱性质 厚度 眼数 眼位 装药量 联线方式 起爆顺序 爆破效果等作详细记录 以便总结经验和分析 4 石门揭开突出危险的煤层时 掘进工作面必须有独立的回风系统 在其进风侧的巷道中应设置两道坚固的反向风门 回风系统必须保持风流畅通无阻 29 2020 3 27 煤矿安全规程 对施工规定 5 为了限制突出规模 人为地降低突出强度 可在距工作面4 5m的地方构筑木垛或金属栅栏 6 当发现工作面的岩层特别破碎 地压加大 岩柱崩落和压出 瓦斯涌出量剧增 温度迅速下降 以及产生震动声响等异常现象时 应立即停止作业 人员撤离至安全地区 30 2020 3 27 煤矿安全规程 对施工规定 7 人员撤离范围 应根据突出的危险程度和通风系统而定 在有严重突出危险的石门揭穿时 爆破工作应在地面进行 爆破至少半小时后 由救护队员进入工作面检查 根据检查结果 确定是否恢复送电 通风等工作 31 2020 3 27 注意 当采用震动爆破而未能使石门工作面一次全断面揭穿或揭开煤层 即留有门槛时 要高度警惕 因为这时强大的爆破震动波打破了原有的应力平衡状态 在其向新的平衡状态转化过程中 煤层中的应力极不稳定 随时都会发生突变 危险性极大 32 2020 3 27 抽放瓦斯和钻孔排放 抽放瓦斯是借助于机械产生的小于大气压力的负压 加速突出危险煤层中的瓦斯排放 钻孔排放是在煤层打一定数量的排放瓦斯钻孔 靠突出煤层中的瓦斯压力 使瓦斯从钻孔周围深部煤层中不间断地流向钻孔 并通过钻孔向大气中扩散 从而达到在一定范围内形成卸压带 降低煤体中的瓦斯压力或缓和煤体压力 预防煤和瓦斯突出的目的 33 2020 3 27 抽放瓦斯和钻孔排放 适用条件 适用于煤层松软 透气性较大的中厚煤层 34 2020 3 27 水力冲孔和水力冲刷 水力冲孔是在石门岩柱未揭开之前 利用岩柱作安全屏障 向突出煤层打钻 并利用射入的高压水 诱导煤和瓦斯从排煤管中进行小突出 这样在煤体内部就引起剧烈的移动 在孔洞周围形成卸压带 解除了煤体应力紧张状态 从而消除了煤与瓦斯突出的危险 35 2020 3 27 水力冲孔工艺流程 36 2020 3 27 水力冲刷 借助高压细射流 在已成的钻孔内扩大钻孔的直径 以提高钻孔卸除应力的能力和提高钻孔的排放效果 37 2020 3 27 金属骨架 金属骨架防止突出的原因有二 一是由于骨架支承了部分地压及煤体本身的重力 使煤体稳定性增加 二是金属骨架钻孔起了排放瓦斯的作用 使瓦斯压力得到降低 38 2020 3 27 适用条件 适用于急倾斜 厚度不大 松软的突出煤层 煤层厚度大时 骨架容易发生强烈的弯曲 起不到支撑煤体的作用 其主要作用是增加石门揭穿煤层时巷道上方煤层的稳定性和排除煤体中的瓦斯 一般需要配合震动爆破一次揭开煤层 39 2020 3 27 地面钻井抽放 从地面向含瓦斯煤层施工瓦斯抽放钻井 适用于煤层裂隙发育较好 瓦斯含量高的煤层 40 2020 3 27 施工方法 用钻机从地面施工直径为200mm的钻井 根据地质条件 当钻孔深度达到煤层与顶板交接处时 停止施工 遇到煤层便立即停止钻进 把直径是100mm的钢管插入井中 用浆液进行浇注 将钢管固定 且保证封固的严密性 接高压水或二氧化氮泡沫对煤体进行压裂 为达到抽放效果 保证产气量 可在使用水压致裂法时充填石英砂 这样可以在直径400m的煤层范围内进行瓦斯预抽 有效地防止揭开石门时的瓦斯突出 41 2020 3 27 突出危险煤层巷道施工防突措施 急倾斜突出煤层上山掘进突出危险煤层中掘进平巷 42 2020 3 27 急倾斜突出煤层上山掘进 危险性极高 目前世界各国虽经努力但仍未找到满意的方法采用双上山掘进 采用直径在30mm以上钻头掘进 并加强支护 两上山间联络巷间距不要大于10m 并只准一个工作面工作 采用爆破作业时 炮眼深度不大于1m 并使用远距离全断面一次爆破 也可采用大直径钻孔先行穿透整个煤层 形成通风系统 再刷大断面 43 2020 3 27 突出危险煤层中掘进平巷 大直径超前钻孔震动爆破或深孔松动爆破前探支架煤层注水 44 2020 3 27 大直径超前钻孔 在工作面前方始终保持一定数量 3 5个 和一定深度 10 15m 的大直径 120 300mm 地质条件变化剧烈地带可采用42mm 超前钻孔 适用 煤层较厚 煤质较软 透气性较大的煤层 45 2020 3 27 大直径超前钻孔 46 2020 3 27 震动爆破或深孔松动爆破 震动爆破炮眼深度一般为2 5 3 0m 每米炮眼装药量不超过0 5kg 适用于 煤质较坚硬 透气性较差 顶板良好的煤层 深孔松动爆破孔深不得小于8米 孔径一般为42mm 适用于 煤质较硬 突出强度较小的煤层 47 2020 3 27 前探支架 防止因工作面顶部松软煤层的垮落诱导瓦斯突出 在工作面前方巷道顶部事先打