井巷工程 第十章 特殊条件下的巷道施工

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二、松软岩层巷道施工涉及的几个问题
㈠松软巷道围岩变形和压力特征 1．软岩巷道围岩变形特征 ⑴围岩变形有明显的时间效应。 ⑵围岩变形具有明显的空间效应。 ⑶软岩巷道不仅顶板下沉量大和容易冒落，而且底板也 强烈鼓起，并常拌有两帮剧烈位移。 ⑷围岩变形对应力扰动和环境变化非常敏感。 此外，软岩巷道的自稳时间短。
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采用木板砌缝的花岗岩料石碹，以柔刚结合的支架结构 形式来适应较大的变形地压；采用风镐法掘进，防止围岩受 到震动而失稳；及时排除巷道中的积水，减少岩石遇水膨胀 的程度，合理选择巷道位置，减少支承压力的影响。
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㈣金川二矿区松散围岩巷道施工 甘肃金川矿区为震旦系古老结晶变质岩系，历次造造运动 给本区留下了以断裂为主的 构造形迹，大小断层裂隙纵横 交错，整体性差，地应力大，开掘后呈现严重松散和内向挤 压，围岩变形量大，具有明显的流变性，给巷道维护带来极 大的困难，严重地影响矿区建设速度。 巷道支护由初始支护和二次支护组成。初始支护采用 钢筋网喷射混凝土和锚杆， 初始支护后，巷道变形仍处于等速发展时，应考虑用锚 杆补补墙，调整初始支护参数。当变形速度处于明显减小 或月收敛量为几毫米时，再进行二次支护比较合适。在金 川的地质条件下，二次支护的时间大约在120天以后。
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⑴暗斜井井筒断面选用曲墙、半圆拱加底拱，形成近 似圆形断面，如图10-9所示。
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⑵“条带碹”代替常用的料石碹。
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㈢沈北前屯煤矿软岩巷道施工 辽宁沈北前屯煤矿煤层顶板为厚80的黑灰色泥 质页岩，底板为40～100m的粘土页岩和亚粘土质页 岩，含有蒙脱石和伊利石，风干脱水后再遇到水的 作用时，均产生膨胀和崩解现象，当含水率增大时， 其力学强度降低，塑性增大，最后变为流动状态。 巷道开掘后，围岩向巷道空间大量移动，如不采用 封闭支架，巷道顶板一直不停的冒落，甚至波及地 表，难以形成较稳定的平衡状态。
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采用料石或混凝土块砌碹作为二次支护时，应选用异形料石 或异形混凝土块作为砌体材料，图10-3是舒兰设计采用的异形 混凝土块碹；图10-4是前屯煤矿使用的异形料石圆碹。
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采用料石和混凝上块砌碹，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 可缩性木板，均能大大提高碹体的支护效果。 可缩性木板
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2．巷道围岩变形量的构成 ． 其围岩变形量主要有以下三 部分组成（图10-1）： ⑴掘巷引起的围岩变形量； ⑵围岩流变引起的变形量； ⑶巷道受各种扰动引起的变 形量。
图10-1 软岩巷道围岩变形量的组成
u = u 0 + v0 t 0 + ∑ u i
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预防煤和瓦斯突出的措施可分两大类，即区域性预防措 施和局部性预防措施。区域性预防措施主要是开采解放层。
二、石门揭开突出煤层的施工方法
《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，应测定煤层的瓦斯压力；掘进 工作面距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。这一规定，不论我们采用哪种 方法，都应该切实遵守。
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第十章 特殊条件下的巷道施工
第一节 松软岩层巷道施工 第二节 揭开煤与瓦斯突出煤层的施工方法
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第一节 松软岩层巷道施工 一、概述
松软岩层本身具有松、散、软、弱四种不同属性。所 谓“松”，系指岩石结构疏松、密度小，孔隙度大的岩层； 松 “散”，则指岩石胶结程度很差或指未胶结的颗粒状岩层； 散 “软”是指岩石强度很低，塑性大或粘土矿物质易膨胀的岩 软 层；“弱”，则指受地质构造的破坏，形成许多弱面，如节 弱 理、片埋、裂隙等破坏了原有的岩体强度，易破碎，易滑 移冒落的不稳定岩层，但其岩石单轴抗压强度还是较高的。 在松软岩层中施工巷道，掘进较容易，维护却极其困 难。
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第二节 揭开煤与瓦斯突出煤层的施工方法 一、煤和瓦斯突出概述
煤和瓦斯突出是在煤矿井下采掘过程中发生的一种煤和 瓦斯的突然运动，它是一种极复杂的动力现象， 瓦斯的突然运动，它是一种极复杂的动力现象，即在极短的 时间内，由煤体向巷道中突然喷出大量的煤和瓦斯。 时间内，由煤体向巷道中突然喷出大量的煤和瓦斯。 分析大量的实验资料可以得出， 分析大量的实验资料可以得出，煤和瓦斯突出的原因主要 是由地压构造应力和矿山压力，瓦斯含量及瓦斯压力、 是由地压构造应力和矿山压力，瓦斯含量及瓦斯压力、岩石 及煤的物理机械性质这三方面因素作用的结果。 及煤的物理机械性质这三方面因素作用的结果。 我国煤和瓦斯突出煤层具有下列特征： 我国煤和瓦斯突出煤层具有下列特征：煤和瓦斯突出往往 发生在地质变化比较剧烈、地应力较大的地区，例如褶曲向、 发生在地质变化比较剧烈、地应力较大的地区，例如褶曲向、 背斜的轴部和断层破碎带；煤质松软，干燥且瓦斯含量多、 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， 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，强度愈大，煤体受到外力震动，冲击时， 突出的次数就愈多，强度愈大，煤体受到外力震动，冲击时， 也容易发生突出。 也容易发生突出。
在松软岩层巷道采用锚喷支护，一定要配合进行量测监控，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汁参数。 对于大断面的重要工程还要进行接触应力和喷层内切向应力的量测， 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。地应力特别大的矿区，还 地应力特别大的矿区， 地应力特别大的矿区 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 应量测构造应力场 响具有重要意义。
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三、松软岩层巷道施工实例
㈠北皂煤矿软岩巷道施工方法 北皂煤矿位于山东龙口矿区黄县煤田的西北部，含煤 地层属于下第三纪，煤系地区主要岩石有：炭质泥岩、油 页岩、含油泥岩、砂质页岩及粘土岩等。岩石的强度都很 低，普氏系数f=0.6～2.8。其中煤1顶板炭质泥岩、煤2顶板 含油泥岩及煤3底板粘土岩，均含有粘土质矿物——蒙脱石， 开巷后易风化脱水，再遇水就产生膨胀。尤其是煤2顶板含 油泥岩，蒙脱石含量较多，而且层厚较大，在其中开巷后， 膨胀压力也较为严重。至于煤1顶板炭质泥岩和煤2底板粘 土岩虽业含有蒙脱石，但因强度略大，厚度略小，放膨胀 压力显现也较小。
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㈨借鉴新奥法指导软岩巷道施工
新奥法是隧道施工科学方法的总结，主要针对软岩隧道施 工，重点在支护方面。新奥法不是单纯的支架结构改革或支护 方法的改进，而是一套综合的隧道施工方法，更确切地说是一 套适用在断面50～150㎡的遂道及大断面地下工程设计、掘进、 衬砌、测试相结合的完整新概念。 新奥法的概念是按岩石力学围岩支架共同作用基本原理 新奥法的概念是按岩石力学围岩支架共同作用基本原理 围岩支架 制定的，其主要意图是调动围岩自身的承载能力， 制定的，其主要意图是调动围岩自身的承载能力，尽可能地 控制围岩变形，防止围岩松动， 控制围岩变形，防止围岩松动，以达到施工隧道的最大安全 度和最好经济效果。 度和最好经济效果。 新奥法认为认为喷射混凝土最能紧贴围岩，充分利用围岩 自身强度。喷层开裂并非坏事，而是表现出一定的让压性，必 要时第一次支护加用锚杆或少量钢拱支架根据实测资料及理轮 分析，合理地选用和设计第二次支护的材料，结构型弍及规格 尺寸。
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U0—掘巷引起的变形； v0t0—巷道流变量； ∑ui—扰动和水引起的变形量。
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㈡合理选择巷道位置 1．岩石性质 2．支承压力的影响 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 区或原岩应力区内为最好。如图10-2所示。
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㈠震动放炮 震动放炮的实质就是在掘进工作面上多打眼、多装药， 全断面一次爆破，揭开煤层，并且利用放炮所产生的强裂震 动，在人员撤离到安全地点的条件下，来诱导煤和瓦斯突 出，以保证作业的安全。 为了给炸开岩柱揭开煤层创造条件，在石门接近安全岩 柱以后，尽量把工作面刷成和煤层倾角相近的斜面或台阶， 如图10-12所示。
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