井巷工程课件11特殊条件下的巷道施工.ppt

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第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800井巷工程井巷工程第十章第十章特殊条件下的巷道施工特殊条件下的巷道施工2022/11/41第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800第十章第十章特殊条件下的巷道施工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2022/11/42第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800第一节第一节松软岩层巷道施工松软岩层巷道施工一、概述一、概述松软岩层本身具有松、散、软、弱四种不同属性。

所谓“松松”，系指岩石结构疏松、密度小，孔隙度大的岩层；“散散”，则指岩石胶结程度很差或指未胶结的颗粒状岩层；“软软”是指岩石强度很低，塑性大或粘土矿物质易膨胀的岩层；“弱弱”，则指受地质构造的破坏，形成许多弱面，如节理、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。

2022/11/43第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002022/11/44第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800二、松软岩层巷道施工涉及的几个问题二、松软岩层巷道施工涉及的几个问题松软巷道围岩变形和压力特征松软巷道围岩变形和压力特征1软岩巷道围岩变形特征围岩变形有明显的时间效应。

围岩变形具有明显的空间效应。

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。

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。

2022/11/45第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002022/11/46第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002巷道围岩变形量的构成巷道围岩变形量的构成图10-1软岩巷道围岩变形量的组成其围岩变形量主要有以下三部分组成（图10-1）：

掘巷引起的围岩变形量；围岩流变引起的变形量；巷道受各种扰动引起的变形量。

U0掘巷引起的变形；v0t0巷道流变量；ui扰动和浸水引起的变形量。

2022/11/47第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800合理选择巷道位置合理选择巷道位置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。

巷道断面形状的选择巷道断面形状的选择破岩方式的选择破岩方式的选择2022/11/48第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800支护方式和支护结构的选择支护方式和支护结构的选择对于这种特殊的不良地层，其支护结构应有“先柔后刚先柔后刚”的特性，一般需要二次支护二次支护。

初始支护初始支护应按照围岩与支架共同作用的原理围岩与支架共同作用的原理，选用刚度适宜、具有一定柔性或可缩性支架。

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。

可以采用锚喷支护、U形金属可缩性支架等。

二次支护二次支护的作用在于进一步提高巷道的稳定性和安全性，应采用刚度较大的支护结构刚度较大的支护结构。

可采用锚喷支护，砌碹。

在喷射混凝土中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。

2022/11/49第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800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。

2022/11/410第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002022/11/411第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800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。

在苏联、比利时等国支护软岩巷道，尤其是采深较大的巷道，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也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效果。

2022/11/412第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800二次支护应在围岩地压得到释放、初始支护与围岩组成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。

的支护系统基本稳定之后进行。

为了保证二次支护的效果，最好进行围岩位移速度和位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，如图移量的量测，并绘出相应的变化曲线，如图10-5所示。

所示。

2022/11/413第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800软岩巷道的联合支护1锚喷和U形钢联合支护2锚喷和砌碹联合支护3锚喷和弧板联合支护巷道底板的管理1巷道底鼓的类型和机理挤压流动性底鼓挠曲褶皱性底鼓剪切错动性底鼓遇水膨胀性底鼓2022/11/414第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002022/11/415第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002底鼓的防治重视围岩的量测监控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，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，还应量测构造应力场应量测构造应力场，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。

2022/11/416第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800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50150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新奥法的概念是按岩石力学围岩支架围岩支架共同作用基本原理制共同作用基本原理制定的，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，以达到施工隧道的最大安全度和最围岩变形，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。

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。

2022/11/417第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800三、松软岩层巷道施工实例三、松软岩层巷道施工实例北皂煤矿软岩巷道施工方法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=0.62.8。

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。

2022/11/418第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800锚喷网架联合支架。

锚喷网架联合支架。

2022/11/419第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800舒兰矿区松岩层巷道施工舒兰矿区松岩层巷道施工吉林舒兰矿区为第三纪中新统含煤地层。

构成含煤地层的岩石均为松软岩石，以未胶结的疏松含水砂岩为主，其次为半胶结的粉砂岩、半坚硬的砂页岩以及粘土质页岩。

其中半胶结和未胶结的砂岩，质地疏松，开挖后易溃散；未胶结的粉砂岩遇水后呈片状崩解；粘土质页岩具有塑性膨胀的特点。

同时随着开采深度的增加，地压有明显的增大。

在遇水膨胀的围岩中，底鼓现象也很严重，一般巷道底鼓速度为60l00mm/月。

采场动压对相邻巷道的影响也很严重，动压波及范围远大于一般矿井，片盘斜井一侧的保护煤柱宽达6070m，仍能受到采动压力的影响。

2022/11/420第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800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。

2022/11/421第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800“条带碹”代替常用的料石碹。

2022/11/422第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800沈北前屯煤矿软岩巷道施工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40100m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。

2022/11/423第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800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。

2022/11/424第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800金川二矿区松散围岩巷道施工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。

2022/11/425第页资环学院资环学院王猛王猛13841875800138418758002022/11/426第页资环学院资环学院王猛王猛1384187580013841875800第二节揭开煤与瓦斯突出煤层的施工方法一、煤和