井巷工程特殊条件下的巷道施工

12022/10/24井巷工程第十章特特殊条件件下的巷道道施工22022/10/24第十章特特殊条件件下的巷道道施工第一节松松软岩岩层巷道施施工第二节揭揭开煤与与瓦斯突出出煤层的施施工方法32022/10/24第一节松松软岩岩层巷道施施工一、概述松软岩层本本身具有松松、散、软软、弱四种种不同属性性。所谓“松”，系指岩岩石结构疏疏松、密度度小，孔隙隙度大的岩岩层；“散”，则指岩岩石胶结程程度很差或或指未胶结结的颗粒状状岩层；“软”是指岩石石强度很低低，塑性大大或粘土矿矿物质易膨膨胀的岩层；“弱”，则指受受地质构造造的破坏，，形成许多多弱面，如如节理、片埋、、裂隙等破破坏了原有有的岩体强强度，易破破碎，易滑滑移冒落的不不稳定岩层层，但其岩岩石单轴抗抗压强度还还是较高的的。在松软岩层层中施工巷巷道，掘进较容易易，维护却极其其困难。42022/10/2452022/10/24二、、松松软软岩岩层层巷巷道道施施工工涉涉及及的的几几个个问问题题㈠松松软软巷巷道道围围岩岩变变形形和和压压力力特特征征1．软软岩岩巷巷道道围围岩岩变变形形特特征征⑴围围岩岩变变形形有有明明显显的的时时间间效效应应。。⑵围围岩岩变变形形具具有有明明显显的的空空间间效效应应。。⑶软软岩岩巷巷道道不不仅仅顶顶板板下下沉沉量量大大和和容容易易冒冒落落，，而而且且底底板板也也强强烈烈鼓鼓起起，，并并常常拌拌有有两两帮帮剧剧烈烈位位移移。。⑷围围岩岩变变形形对对应应力力扰扰动动和和环环境境变变化化非非常常敏敏感感。。此外外，，软软岩岩巷巷道道的的自自稳稳时时间间短短。。62022/10/2472022/10/242．巷道围岩变变形量的构成成

图10-1软岩巷道围岩变形量的组成其围岩变形量量主要有以下下三部分组成（图图10-1）：⑴掘巷引起的的围岩变形量量；⑵围岩流变引引起的变形量量；⑶巷道受各种种扰动引起的的变形量。U0—掘巷引起的变变形；v0t0—巷道流变量；；∑ui—扰动和浸水引引起的变形量量。82022/10/24㈡合理选择巷巷道位置1．岩石性质2．支承压力的的影响除了要避免支支承移动压力力的影响外，，还必须避开开采场上下固定支承承压力的影响响范围，应把把巷道布置在在应力降低区或原岩应力力区内为最好好。如图10-2所示。㈢巷道断面形形状的选择㈣破岩方式的的选择92022/10/24㈤支护护方式式和支支护结结构的的选择择对于这这种特特殊的的不良良地层层，其其支护护结构构应有有“先柔后后刚”的特特性，，一般般需要要二次支支护。初始支支护应按照照围岩与与支架架共同同作用用的原原理，选用用刚度度适宜、、具有有一定定柔性性或可可缩性性支架架。它它既允允许围围岩产产生一一定量的变变形移移动，，以发发挥围围岩自自承能能力，，同时时又能能限制制围岩岩发生过大大的变变形移移动。。可以以采用用锚喷喷支护护、U形金属属可缩缩性支支架等等。二次支支护的作用用在于于进一一步提提高巷巷道的的稳定定性和和安全全性，，应采用用刚度较较大的的支护护结构构。可采采用锚锚喷支支护，，砌碹碹。在在喷射射混凝土土中还还应增增加钢钢筋网网和金金属骨骨架，，即构构成锚锚喷网网金属属骨架架联合支支护结结构。。102022/10/24采用料料石或或混凝凝土块块砌碹碹作为为二次次支护护时，，应选选用异形料料石或或异形形混凝凝土块块作为为砌体体材料料，图10-3是舒兰兰设计计采用用的异异形混混凝土土块碹碹；图图10-4是前屯屯煤矿矿使用用的异异形料料石圆圆碹。。112022/10/24122022/10/24采用料石和和混凝上块块砌碹，只只要提高施施工质量，，调整砌块块的规格，，保证壁后后充填密实实，或在砌砌块之间加加入可缩性木板板，均能大大大提高碹体体的支护效效果。在苏联、比比利时等国国支护软岩岩巷道，尤尤其是采深深较大的巷巷道，常采采用预制混混凝土块支支护，并向向大型钢筋筋混凝土块块发展，用用吊装机械械安装。近近年来我国国少数煤矿矿，如沈阳阳矿务局大大桥煤矿也也已开始使使用这种钢钢筋混凝土土块来支护护软岩巷道道并取得了了一定的效效果。132022/10/24二次支护护应在围围岩地压压得到释释放、初初始支护护与围岩岩组成的的支护系系统基本本稳定之之后进行行。为了保证证二次支支护的效效果，最最好进行行围岩位位移速度度和位移移量的量量测，并并绘出相相应的变变化曲线线，如图图10-5所示。142022/10/24㈥软岩巷巷道的联联合支护护1．锚喷和和U形钢联合合支护2．锚喷和和砌碹联联合支护护3．锚喷和和弧板联联合支护护㈦巷道底底板的管管理1．巷道底底鼓的类类型和机机理⑴挤压流流动性底底鼓⑵挠曲褶褶皱性底底鼓⑶剪切错错动性底底鼓⑷遇水膨膨胀性底底鼓152022/10/24162022/10/242．底鼓的防治治㈧重视围岩的的量测监控在松软岩层巷巷道采用锚喷喷支护，一定定要配合进行行量测监控，，可用收敛计量测巷巷道的收敛变变形，亦可用水准仪测量顶顶板下沉量和和底鼓量；用各种多点点式位移计量测岩岩层内不同深深度的位移，从而可以算算出位移速度度。通过这些些量测数据，，有助于评价价围岩的稳定定程度，可以以论证各设计计参数是否合合理和锚喷效效果，也是修修改设计和确确定二次支护护时间的依据据，锚杆的锚固力力可用中空千千斤顶式的锚锚杆拉力计来来量测。锚杆杆的应力状态态，可用专门门设计的空心心“锚杆”(它的构造是聚聚氯乙烯塑料料管内壁用101号胶粘贴电阻阻片)来测定，以检检验锚杆不同同深度处的受受力状态，从从而能推知围围岩内应力重重新分布的情情况，进而可可调整锚杆的的设汁参数。。对于大断面的的重要工程还还要进行接触应力和喷喷层内切向应应力的量测，可采用电阻阻应变砖和钢钢弦压力盒等等测试元件。。根据测量结结果，可以了了解喷层的受受力状态，有有助于设计喷喷射混凝土的的厚度。地应力特别大大的矿区，还还应量测构造造应力场，这对巷道合合理布置，减减轻地应力对对巷道支护的的破坏影响具具有重要意义义。172022/10/24㈨借鉴新奥法法指导软岩巷巷道施工新奥法是隧道道施工科学方方法的总结，，主要针对软软岩隧道施工工，重点在支支护方面。新新奥法不是单单纯的支架结结构改革或支支护方法的改改进，而是一一套综合的隧隧道施工方法法，更确切地地说是一套适适用在断面50～150㎡的遂道及大断断面地下工程程设计、掘进进、衬砌、测测试相结合的的完整新概念念。新奥法的概念念是按岩石力力学围岩支架共同作用基本本原理制定的的，其主要意意图是调动围围岩自身的承承载能力，尽尽可能地控制制围岩变形，，防止围岩松松动，以达到到施工隧道的的最大安全度度和最好经济济效果。新奥法认为认认为喷射混凝凝土最能紧贴贴围岩，充分分利用围岩自自身强度。喷喷层开裂并非非坏事，而是是表现出一定定的让压性，，必要时第一一次支护加用用锚杆或少量量钢拱支架根根据实测资料料及理轮分析析，合理地选选用和设计第第二次支护的的材料，结构构型弍及规格格尺寸。182022/10/24三、松软岩层层巷道施工实实例㈠北皂煤矿软软岩巷道施工工方法北皂煤矿位于于山东龙口矿矿区黄县煤田田的西北部，，含煤地层属属于下第三纪纪，煤系地区区主要岩石有有：炭质泥岩岩、油页岩、、含油泥岩、、砂质页岩及及粘土岩等。。岩石的强度度都很低，普普氏系数f=0.6～2.8。其中煤1顶板炭质泥岩岩、煤2顶板含油泥岩岩及煤3底板粘土岩，，均含有粘土土质矿物——蒙脱石，开巷巷后易风化脱脱水，再遇水水就产生膨胀胀。尤其是煤煤2顶板含油泥泥岩，蒙脱脱石含量较较多，而且且层厚较大大，在其中中开巷后，，膨胀压力力也较为严严重。至于于煤1顶板炭质泥泥岩和煤2底板粘土岩岩虽业含有有蒙脱石，，但因强度度略大，厚厚度略小，，放膨胀压压力显现也也较小。192022/10/24锚喷网架联联合支架。。202022/10/24㈡舒兰矿区区松岩层巷巷道施工吉林舒兰矿矿区为第三三纪中新统统含煤地层层。构成含含煤地层的的岩石均为为松软岩石石，以未胶胶结的疏松松含水砂岩岩为主，其其次为半胶胶结的粉砂砂岩、半坚坚硬的砂页页岩以及粘粘土质页岩岩。其中半半胶结和未未胶结的砂砂岩，质地地疏松，开开挖后易溃溃散；未胶胶结的粉砂砂岩遇水后后呈片状崩崩解；粘土土质页岩具具有塑性膨膨胀的特点点。同时随随着开采深深度的增加加，地压有有明显的增增大。在遇遇水膨胀的的围岩中，，底鼓现象象也很严重重，一般巷巷道底鼓速速度为60～l00mm/月。。采采场场动动压压对对相相邻邻巷巷道道的的影影响响也也很很严严重重，，动动压压波波及及范范围围远远大大于于一一般般矿矿井井，，片片盘盘斜斜井井一一侧侧的的保保护护煤煤柱柱宽宽达达60～70m，仍仍能能受受到到采采动动压压力力的的影影响响。。212022/10/24⑴暗暗斜斜井井井井筒筒断断面面选选用用曲曲墙墙、、半半圆圆拱拱加加底底拱拱，，形形成成近近似似圆圆形形断断面面，，如如图图10-9所示示。。222022/10/24⑵“条带带碹”代代替常用用的料石石碹。232022/10/24㈢沈北前前屯煤矿矿软岩巷巷道施工工辽宁沈北北前屯煤煤矿煤层层顶板为为厚80的黑灰色色泥质页页岩，底底板为40～100m的粘土页页岩和亚亚粘土质质页岩，，含有蒙蒙脱石和和伊利石石，风干干脱水后后再遇到到水的作作用时，，均产生生膨胀和和崩解现现象，当当含水率率增大时时，其力力学强度度降低，，塑性增增大，最最后变为为流动状状态。巷巷道开掘掘后，围围岩向巷巷道空间间大量移移动，如如不采用用封闭支支架，巷巷道顶板板一直不不停的冒冒落，甚甚至波及及地表，，难以形形成较稳稳定的平平衡状态态。242022/10/24采用木木板砌砌缝的的花岗岗岩料料石碹碹，以以柔刚刚结合合的支支架结结构形式来来适应应较大大的变变形地地压；；采用用风镐镐法掘掘进，，防止止围岩岩受到震动动而失失稳；；及时时排除除巷道道中的的积水水，减减少岩岩石遇遇水膨膨胀的程度度，合合理选选择巷巷道位位置，，减少少支承承压力力的影影响。。252022/10/24㈣金川川二矿矿区松松散围围岩巷巷道施施工甘肃金金川矿矿区为为震旦旦系古古老结结晶变变质岩岩系，，历次次造造造运动动给本本区留留下了了以断断裂为为主的的构构造造形迹迹，大大小断断层裂裂隙纵纵横交交错，，整体体性差差，地地应力力大，，开掘掘后呈呈现严严重松松散和和内向向挤压压，围围岩变变形量量大，，具有有明显显的流流变性性，给给巷道道维护护带来来极大大的困困难，，严重重地影影响矿矿区建建设速速度。。巷道支支护由由初始始支护护和二二次支支护组组成。。初始始支护护采用用钢筋筋网喷喷射混混凝土土和锚锚杆，，初始支支护后后，巷巷道变变形仍仍处于于等速速发展展时，，应考考虑用用锚杆杆补补补墙，，调整整初始始支护护参数数。当当变形形速度度处于于明显显减小小或月月收敛敛量为为几毫毫米时时，再再进行行二次次支护护比较较合适适。在在金川川的地地质条条件下下，二二次支支护的的时间间大约约在120天以后后。262022/10/24272022/10/24第二节揭揭开煤与与瓦斯突出出煤层的施施工方法一、煤和瓦瓦斯突出概概述煤和瓦斯突突出是在煤煤矿井下采采掘过程中中发生的一一种煤和瓦瓦斯的突然然运动，它它是一种极极复杂的动动力现象，，即在极短短的时间内内，由煤体体向巷道中中突然喷出出大量的煤煤和瓦斯。。分析析大大量量的的实实验验资资料料可可以以得得出出，，煤煤和和瓦瓦斯斯突突出出的的原原因因主主要要是是由由地地压压构构造造应应力力和和矿矿山山压压力力，，瓦瓦斯斯含含量量及及瓦瓦斯斯压压力力、、岩岩石石及及煤煤的的物物理理机机械械性性质质这这三三方方面面因因素素作作用用的的结结果果。。我国国煤煤和和瓦瓦斯斯突突出出煤煤层层具具有有下下列列特特征征：：煤和和瓦瓦斯斯突突出出往往往往发发生生在在地地质质变变化化比比较较剧剧烈烈、、地地应应力力较较大大的的地地区区，，例例如如褶褶曲曲向向、、背背斜斜的的轴轴部部和和断断层层破破碎碎带带；煤煤质质松松软软，，干干燥燥且且瓦瓦斯斯含含量量多多、、压压力力高高就就容容易易突突出出：：开开采采深深度度愈愈大大，，煤煤层层愈愈厚厚，，倾倾角角愈愈大大，，突突出出的的次次数数就就愈愈多多，，强强度度愈愈大大，，煤煤体体受受到到外外力力震震动动，，冲冲击击时时，，也也容容易易发发生生突突出出。。282022/10/24二、石门揭开开突出煤层的的施工方法预防煤和瓦斯斯突出的措施施可分两大类类，即区域性性预防措施和和局部性预防防措施。区域域性预防措施施主要是开采采解放层。《煤矿安全规程程》规定：石门的位置应尽量量避免选择在在地质变化区区，掘进工作作面距煤层10m以外时，至少少打两个穿透透煤层全厚的的钻孔以便确确切掌握煤层层赋存条件和和瓦斯情况，，掘进工作面面距煤层5m以外，应测定定煤层的瓦斯斯压力；掘进进工作面距煤煤层之间必须须保持一定的的岩柱，急倾倾斜煤层为2m，缓倾斜及倾倾斜煤层为1.5m。这一规定，，不论我们采采用哪种方法法，都应该切切实遵守。292022/10/24㈠震动动放炮炮震动放放炮的的实质质就是是在掘掘进工工作面面上多多打眼眼、多多装药药，全断面面一次次爆破破，揭揭开煤煤层，，并且且利用用放炮炮所产产生的的强裂裂震动，在在人员员撤离离到安安全地地点的的条件件下，，来诱诱导煤煤和瓦瓦斯突突出，以以保证证作业业的安安全。。为了给给炸开开岩柱柱揭开开煤层层创造造条件件，在在石门门接近近安全全岩柱柱以后后，尽尽量把把工作作面刷刷成和和煤层层倾角角相近近的斜斜面或或台阶阶，如如图10-12所示。。302022/10/24石门揭揭煤震震动放放炮的的炮眼眼布置置方法法一般般是；；1．炮眼眼个数数较一一般爆爆破的的炮眼眼数约约多2倍。2．煤眼眼和岩岩眼要要交错错相间间排列列，顺顺序爆爆破。。3．总炮炮跟中中煤眼眼和岩岩眼的的比例例大致致为l：2。4．炮眼眼的密密度，，巷道道顶部部小于于底部部，周周边眼眼大于于中部部。5．透煤煤炮眼眼深度度应超超过岩岩柱，，如煤煤层相相当厚厚,可进入入煤层层2～3m。6．石门门周边边眼应应适当当密一一些，，以保保证爆爆破后后石门门周边边轮廓廓整齐齐，避避免在在修整整石门门周边边时发发生突突出。。7．岩眼眼眼底底应距距煤层层100～200mm，不应应透煤煤，如如已透透煤，则则应停停止钻钻进，，并在在眼底底填塞塞100～200mm长的炮炮泥。。312022/10/24图10-13为急急倾倾斜斜岩岩层层中中一一次次穿穿透透岩岩柱柱及及煤煤层层的的炮炮眼眼布布置置图图示示例例。。震动动放放炮炮的的炮炮眼眼数数目目，，可可根根据据经经验验确确定定，，也也可可按按北北票票矿矿务务局局总总结结的的经经验验公公式式进进行行估估算算：：0.2m0.2m0.2m0.2m322022/10/24采用用震震动动放放炮炮应应注注意意的的几几个个问问题题：：1．震震动动放放炮炮必必须须所所有有炮炮眼眼一一次次起起爆爆，，炸炸开开石石门门的的全全断断面面岩岩柱柱和和煤煤层层的的全全厚厚。。2．当当发发现现工工作作面面的的岩岩层层特特别别破破碎碎，，有有突突出出预预兆兆，，应应立立即即停停止止作作业业，，人人员员撤撤离离至至安安全全地地区区。。3．当当煤煤层层的的厚厚度度在在lm以下下时时，，必必须须全全部部随随岩岩柱柱一一次次崩崩开开；；当当煤煤层层水水平平厚厚度度在在lm以上上时时，，应应至至少少有有有有lm的煤煤层层随随岩岩柱柱揭揭出出。。4．在在缓缓斜斜，，倾倾斜斜煤煤层层中中沿沿底底板板或或顶顶板板揭揭煤煤时时，，可可能能岩岩柱一一次次没没有有全全部部揭揭开开，，留留有有““门门坎坎””或或““门门帘帘””，，时时，，要要特特别别小小心心，，332022/10/245．每次震震动放炮炮都应对对作详细细记录，，以便总总结经验验和分析析。6．震动放放炮只准准使用带带食盐被被筒的煤煤矿安全全炸药，，雷管事事先要严严格检查查和分组组。7．《煤矿安全全规程》规定：石石门揭开开突出危危险的煤煤层时，，掘进工工作面必必须有独独立的回回风系统统，8．为了限限制突出出规模，，人为地地降低突突出强度度，可在在距工作作面4～5m的地方构构筑木垛垛或金属属栅栏。。9．人员撤撤离范围围，应根根据突出出的危险险程度和和通风系系统给以以规定。。342022/10/24㈡金属骨骨架金属骨架架是用于于石门揭揭穿煤层层的一种种超前支支架，其其施工方法如图图10-14所示。当石门掘掘进距离离煤层2m时，停止止掘进，，在其顶顶部和两两帮上打打一排或或两排直直径为70～l00mm、彼此相相距200～300mm的钻孔。。钻孔钻钻透煤层层并穿入入顶板岩岩层300～500㎜㎜，孔内插插入直径径为50～70mm的钢管或钢钢轨。钢管或钢钢轨的尾尾部固定定在用锚锚杆支撑撑的钢轨轨环上，，也可固固定在其其它专门门支架上上，然后后一次揭揭开煤层层。用金属骨骨架时，，一般配配合震动动放炮，，一次揭揭开煤层层。金属骨架架应用于于地压和和瓦斯压压力不太太大的急急倾斜薄薄煤厚和中厚煤煤层，其其效果是是比较好好的；在在倾斜厚厚煤层中中，因骨骨架长度过大大，易于于挠曲，，不能有有效地阻阻止煤体体的位移移，所以以预防突出能能力较差差。352022/10/24362022/10/24㈢钻孔排放放钻孔排放就就是石门工工作面掘到到距煤层适适当距离停停止掘进，，向煤层打适适当数量的的排放瓦斯斯钻孔，在在一定范围围内形成卸卸压带，降低煤煤体中的瓦瓦斯压力，，缓和煤体体应力，以以防止煤和和瓦斯突出。这一一方法适用用于煤层松松软透气性性较大的中中厚煤层。。排放钻孔数数目可按下下式计算：：式中N——石门全断面面排放瓦斯斯钻孔的总总数，个；；K——系数，一般般取1.2；S1——应排放瓦斯斯的面积m２（石门周围围1.5m范围内）；；S2——一个钻孔可可排放瓦斯斯面积，m2。372022/10/24图10-15天府煤矿排放瓦斯钻孔布置图0号孔——测压孔；1～２５号孔——排放瓦斯孔382022/10/24㈣水力冲孔孔水力冲孔是是在石门岩岩柱未揭开开之前，利利用岩柱作安全屏障，向突出出煤层打钻钻，并利用用射入的高高压水，诱诱导煤和瓦瓦斯从排煤管中进行小突突出，这样样在煤体内内部就引起起强烈地移动，在孔孔洞周围形形成卸压带带，解除了了煤体压力力紧张状态，从而消消除了煤和和瓦斯突出出的危险。。这种方法法用于揭开开具有自喷现现象的软煤煤层，比较较安全可靠靠。水力冲冲孔工艺流流程见图10-16所示。392022/10/24402022/10/24三、沿突出煤煤层掘进平巷巷的技术措施施㈠震动放炮和和松动爆破对于煤质较坚坚硬、透气性性较差、顶板板良好的煤层层，其突出的原因主要要是地压的作作用，掘进时时，可以采用用震动放炮措措施。震动放炮炮眼眼深度一般为为2.5～3.0m，炮眼装药量量控制在每米炮眼不超超过0.5kg，为了提高爆爆破效果，应应采用延期总总时间不超过130ms的毫秒雷管起起爆。震动放炮在急急倾斜薄煤层层和缓倾斜中中厚煤层的炮炮眼布置见图10-17所示。412022/10/24422022/10/24煤层松松动爆爆破的做法法是在在震动动放炮炮的基基础上上，在在煤体体深部部的应应力集集中带带内，，布置置几个个长炮炮眼进进行爆爆破，，其目目的在在于利利用炸炸药爆爆炸能能量破破坏煤煤体前前方的的应力力集中中带，，以便便在工工作面面前方方造成成较长长的卸卸压带带，以以预防防突出出的发发生。。此外外深孔孔炸药药的爆爆破还还可以以在炮炮眼周周围形形成破破碎圈圈和松松动圈圈，如如图10-18所示，，这有有利于于缓和和煤体体应力力和排排放瓦瓦斯，，对防防止突突出也也是有有利的的。煤矿安安全规规程》规定，，采用用松动动爆破破时，，超前前于掘掘进工工作面面的距距离不不得小小于5m。432022/10/24㈡超前前支架架超前支支架多多用于于有突突出危危险的的急倾倾斜煤煤层和和缓倾倾斜厚厚煤层的煤煤巷掘掘进。。在工工作面面前方方巷道道顶部部事先先打上上一排排超前前支架，如如图10-19所示。。在掘掘进道道程中中使支支架的的最小小超前前距离离保持1.0～1.5m，掘进进工作作始终终在超超前支支架保保护下下进行行，从从而避免了了因巷巷道顶顶部煤煤体的的垮落落而引引起突突出。。442022/10/24㈢大直直径超超前钻钻孔在工作作面前前方始始终保保持一一定数数量和和一足足深度度的大大直径径超前钻孔孔，能能够引引起煤煤体应应力重重新分分布，，使巷巷道应应力集集中带带移至煤体体深部部，在在钻孔孔周围围造成成卸压带带，同时时，又又能排放钻钻孔周围煤煤体内内的瓦瓦斯，降低低瓦斯斯压力力，可可以消消除突突出的的危险险。大直直径径超超前前钻钻孔孔孔孔径径一一般般是是120～300mm，孔孔数数一一般般为为3～5个，，孔孔深深10～15m，超超前前距距离离5m。如如图10-20所示示。。由由于