第十章特殊條件下的巷道施工

井巷工程第十章特殊條件下的巷道施工

第十章特殊條件下的巷道施工第一節(jié)軟巖巷道施工第二節(jié)煤與沼氣突出巷道施工

§1軟巖巷道施工

松軟巖層本身具有松、散、軟、弱四種不同屬性?！八伞?，系指巖石結(jié)構(gòu)疏松、密度小，孔隙度大的巖層；“散”，則指巖石膠結(jié)程度很差或指未膠結(jié)的顆粒狀巖層；

“軟”是指巖石強度很低，塑性大或粘土礦物質(zhì)易膨脹的巖層；“弱”，則指受地質(zhì)構(gòu)造的破壞，形成許多弱面，如節(jié)理、片理、裂隙等破壞了原有的巖體強度，易破碎，易滑移冒落的不穩(wěn)定巖層，但其巖石單軸抗壓強度還是較高的。在松軟巖層中施工巷道，掘進較容易，維護卻極其困難。

一、軟巖巷道變形特征⑴圍巖變形有明顯的時間效應(yīng)。

⑵圍巖變形具有明顯的空間效應(yīng)。

⑶軟巖巷道不僅頂板下沉量大和容易冒落，而且底板也強烈鼓起，并常伴有兩幫劇烈位移。

⑷圍巖變形對應(yīng)力擾動和環(huán)境變化非常敏感。

二、軟巖巷道治理技術(shù)1.掌握詳盡的地質(zhì)資料2.選擇合理的巷道位置（1）應(yīng)盡量把巷道布置在強度大、遇水膨漲性小、地質(zhì)構(gòu)造和水文條件簡單、巖性比較堅硬的巖層內(nèi)。（2）主要巷道走向盡量與最大地應(yīng)力方向平行而不要垂直，一般應(yīng)繞避斷層。（3）盡量避免巷道在空間上重疊、密集交叉，硐室群的施工應(yīng)視所處的工程地質(zhì)等條件，考慮施工對巷道穩(wěn)定性的影響，優(yōu)選最佳施工順序。（4）應(yīng)使主要巷道免受采動壓力影響3．選擇合理的巷道斷面形狀主要根據(jù)地壓大小和方向選擇。地壓較小選用直墻半圓拱形合理；巷道周圍壓力大，選擇圓形巷道；垂直壓力大，水平壓力小，選直立橢圓形或近似橢圓形斷面合理；水平壓力大，垂直壓力小，選曲墻或矮墻半圓拱帶底拱、高跨比小于1的斷面，或平臥橢圓形斷面。5．采用合理的支護方案

對于高應(yīng)力軟巖來講，由于其巖體本身強度較高，只是圍巖本身所處的較高的應(yīng)力環(huán)境，使得其進入軟巖狀態(tài)，因此，應(yīng)在充分釋放其變形能的基礎(chǔ)上，充分利用圍巖本身強度，適時支護。對于節(jié)理、裂隙極為發(fā)育的松散型節(jié)理化軟巖，由于其滲透性較強，可以采用壓力注漿，將松散巖體固結(jié)，提高粘聚力，增大圍巖強度。水泥漿液、水玻璃—水泥砂漿混合液，化學藥漿都是十分有效的固結(jié)劑。對于節(jié)理、裂隙較為發(fā)育的破碎及低強度節(jié)理化軟巖，可以通過打注漿錨桿，以提高軟巖的凝聚力，增大抗剪、抗拉強度。對于節(jié)理化軟巖，應(yīng)適時支護，防止圍巖過度變形、流變而使圍巖遭受損傷，使殘余強度降低，造成破碎、塌落無法自持的局面。6．預防和治理底鼓7．加強水的治理

8．加強巷道施工監(jiān)測三、軟巖巷道支護

必須采用二次支護、多次支護。起到先柔后剛的作用。

初始支護：具一定柔性和可縮性支架，允許有一定位移，發(fā)揮圍巖自承能力，同時又能限制圍巖過大的移動。如：錨噴支護、U形金屬可縮性支架。二次支護：進一步提高巷道的穩(wěn)定性和安全性。采用剛度較大的支護結(jié)構(gòu)。二次支護的時間應(yīng)在地壓得到釋放，初始支護基本穩(wěn)定之后進行。

借鑒新奧法指導軟巖巷道施工

新奧法是隧道施工科學方法的總結(jié)，主要針對軟巖隧道施工，重點在支護方面。新奧法不是單純的支架結(jié)構(gòu)改革或支護方法的改進，而是一套綜合的隧道施工方法，更確切地說是一套適用在斷面50～150m2的隧道及大斷面地下工程設(shè)計、掘進、襯砌、測試相結(jié)合的完整新概念。

新奧法的概念是按巖石力學圍巖支架共同作用基本原理制定的，其主要意圖是調(diào)動圍巖自身的承載能力，盡可能地控制圍巖變形，防止圍巖松動，以達到施工隧道的最大安全度和最好經(jīng)濟效果。

新奧法認為認為噴射混凝土最能緊貼圍巖，充分利用圍巖自身強度。噴層開裂并非壞事，而是表現(xiàn)出一定的讓壓性，必要時第一次支護加用錨桿或少量鋼拱支架根據(jù)實測資料及理輪分析，合理地選用和設(shè)計第二次支護的材料，結(jié)構(gòu)型弍及規(guī)格尺寸。支護措施1．底板錨桿支護（1）向底板打垂直孔困難，可根據(jù)底板剪應(yīng)力分布情況，底板錨桿中間稀，兩側(cè)密，使兩側(cè)錨桿與底板呈60~75。（2）底板錨固前應(yīng)先將巷道頂和幫加固好，否則，兩幫鼓出或片幫會加劇底臌。

2．封閉式支護用圓碹、反拱、弧板和底梁等結(jié)構(gòu)均能治理底臌。3．注漿加固底臌嚴重的永久性主要巷道，可用注漿加固底板。4．加固巷道幫角支護為了控制巷道變形與底臌，開巷后應(yīng)盡早加固強度較弱的煤幫和角部部位，主要是底角。5．錨索調(diào)動深部圍巖強度利用錨索支護技術(shù)，將上覆不穩(wěn)定巖層懸吊到深部穩(wěn)定巖層，利用深部圍巖強度，減小傳遞到底板的上覆巖層壓力，從而避免或減輕底臌的發(fā)生。

§2煤與沼氣突出巷道施工煤與沼氣突出的原因主要：地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力及礦山壓力、沼氣含量及沼氣壓力、巖石與煤的物理力學性質(zhì)。預防煤和沼氣突出措施：1．區(qū)域性預防措施：開采解放層。2．局部預防措施。

㈠震動放炮

震動放炮的實質(zhì)就是在掘進工作面上多打眼、多裝藥，全斷面一次爆破，揭開煤層，并且利用放炮所產(chǎn)生的強裂震動，在人員撤離到安全地點的條件下，來誘導煤和瓦斯突出，以保證作業(yè)的安全。

為了給炸開巖柱揭開煤層創(chuàng)造條件，在石門接近安全巖柱以后，盡量把工作面刷成和煤層傾角相近的斜面或臺階，如圖10-12所示。

一、石門揭開突出煤層的防突措施

㈡金屬骨架金屬骨架是用于石門揭穿煤層的一種超前支架，其施工方法如圖10-14所示。

當石門掘進距離煤層2m時，停止掘進，在其頂部和兩幫上打一排或兩排直徑為70～l00mm、彼此相距200～300mm的鉆孔。鉆孔鉆透煤層并穿入頂板巖層300～500mm，孔內(nèi)插入直徑為50～70mm的鋼管或鋼軌。鋼管或鋼軌的尾部固定在用錨桿支撐的鋼軌環(huán)上，也可固定在其它專門支架上，然后一次揭開煤層。

用金屬骨架時，一般配合震動放炮，一次揭開煤層。

㈢鉆孔排放鉆孔排放就是石門工作面掘到距煤層適當距離停止掘進，向煤層打適當數(shù)量的排放瓦斯鉆孔，在一定范圍內(nèi)形成卸壓帶，降低煤體中的瓦斯壓力，緩和煤體應(yīng)力，以防止煤和瓦斯突出。這一方法適用于煤層松軟透氣性較大的中厚煤層。

排放鉆孔數(shù)目可按下式計算：

式中N—石門全斷面排放瓦斯鉆孔的總數(shù)，個；

K—系數(shù)，一般取1.2；

S1—應(yīng)排放瓦斯的面積m2（石門周圍1.5m范圍內(nèi)）；S2—一個鉆孔可排放瓦斯面積，m2。圖10-15天府煤礦排放瓦斯鉆孔布置圖0號孔－測壓孔；1～25號孔－排放瓦斯孔

㈣水力沖孔水力沖孔是在石門巖柱未揭開之前，利用巖柱作安全屏障，向突出煤層打鉆，并利用射入的高壓水，誘導煤和瓦斯從排煤管中進行小突出，這樣在煤體內(nèi)部就引起強烈地移動，在孔洞周圍形成卸壓帶，解除了煤體壓力緊張狀態(tài)，從而消除了煤和瓦斯突出的危險。這種方法用于揭開具有自噴現(xiàn)象的軟煤層，比較安全可靠。水力沖孔工藝流程見圖10-16所示。㈤地面鉆井抽放二、突出危險煤層巷道施工的防突措施（一）急傾斜突出煤層上山掘進采用直徑在30mm以上鉆頭的掘進方式，并加強支護。兩條上山間的聯(lián)絡(luò)巷間距不要大于10m，并只準1個工作面工作。其目的是由于受煤體自重的影響，急傾斜突出煤層上山工作面極易發(fā)生突出，當發(fā)現(xiàn)突出預兆或突出時，工作人員可得以逃脫。突出煤層的上山掘進工作面采用爆破作業(yè)時，炮眼深度應(yīng)不大于1m，并使用遠距離全斷面一次爆破。掘進急傾斜突出煤層上山也可采用大直徑鉆孔先行打穿突出煤層的整個階段高度，形成通風系統(tǒng)后，再刷大到所需要的斷面。在第一次執(zhí)行上述措施時，必須采用淺孔排放或其他防治突出措施，在工作面前方形成5m的安全范圍后，才可按正常的防突措施施工，確保安全。（二）突出危險煤層中掘進平巷1.震動放炮和松動爆破

對于煤質(zhì)較堅硬、透氣性較差、頂板良好的煤層，其突出的原因主要是地壓的作用，掘進時，可以采用震動放炮措施。震動放炮炮眼深度一般為2.5～3.0m，炮眼裝藥量控制在每米炮眼不超過0.5kg，為了提高爆破效果，應(yīng)采用延期總時間不超過130ms的毫秒雷管起爆。震動放炮在急傾斜薄煤層和緩傾斜中厚煤層的炮眼布置見圖10-17所示。

煤層松動爆破的做法是在震動放炮的基礎(chǔ)上，在煤體深部的應(yīng)力集中帶內(nèi)，布置幾個長炮眼進行爆破，其目的在于利用炸藥爆炸能量破壞煤體前方的應(yīng)力集中帶，以便在工作面前方造成較長的卸壓帶，以預防突出的發(fā)生。此外深孔炸藥的爆破還可以在炮眼周圍形成破碎圈和松動圈，如圖10-18所示，這有利于緩和煤體應(yīng)力和排放瓦斯，對防止突出也是有利的?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，采用松動爆破時，超前于掘進工作面的距離不得小于5m。

2.超前支架

超前支架多用于有突出危險的急傾斜煤層和緩傾斜厚煤層的煤巷掘進。在工作面前方巷道頂部事先打上一排超前支架，如圖10-19所示。在掘進道程中使支架的最小超前距離保持1.0～1.5m，掘進工作始終在超前支架保護下進行，從而避免了因巷道頂部煤體的垮落而引起突出。3.大直徑超前鉆孔在工作面前方始終保持一定數(shù)量和一足深度的大直徑超前鉆孔，能夠引起煤體應(yīng)力重新分布，使巷道應(yīng)力集中帶移至煤體深部，在鉆孔周圍造成卸壓帶，同時，又能排放鉆孔周圍煤體內(nèi)的瓦斯，降低瓦斯壓力，可以消除突出的危險。大直徑超前鉆孔孔徑一般是120～300mm，孔數(shù)一般為3～5個，孔深10～15m，超前距離5m。如圖10-20所示。由于煤的物理力學性質(zhì)不同，其排放半徑也有差異，一般為0.5～1.0m。大直徑超前鉆孔適用于煤層較厚、煤質(zhì)較軟、透氣性較大的突出煤層，而瓦斯排放半徑小于0.5m的煤層，不宜使用。

4.水力沖孔

在突出煤層中掘進煤