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1、1*井巷工程第十章 特殊条件下的巷道施工 2*第十章 特殊条件下的巷道施工1 . 松软岩层巷道施工2. 揭开煤与瓦斯突出煤层的施工方法3. 突出煤层掘进 3*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；“散”，则指岩石胶结程度很差或指未胶结的颗粒状岩层；“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”，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。 4
2、*5*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，并常伴有两帮剧烈位移。 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。 6*二、软岩巷道治理技术u 掌握详尽的地质资料掌握详尽的地质资料在矿井建设初期，要深入细致地进行工程地质勘察，查清基本地质、地形情况和岩体的基本工程特性，特别是工程地质和水文地质条件、地质构造情况、应力场状态以及主要岩性条件。7*8*uu 合理选择巷道位置合理选择巷道位置 应尽量把巷道布置在强度大、遇水膨胀性小、地质构造 和水文地
3、质条件简单、岩性比较坚硬的岩层内；尽量与最大地应力方向平行，尽量绕避断层，或使巷道的 轴向与其走向方向间成4565夹角；尽量避免巷道在空间上重叠、密集较差；尽量避免受采动压力影响。uu选择合适的断面形状选择合适的断面形状 松软岩层地质情况非常复杂，巷道不单纯受岩层重力作用，有时周围会受到很大的膨胀压力，有时巷道的侧压比顶压大几倍。若采用常规的直墙或三心拱形断面难以适应，往往造成巷道的破坏和变形； 巷道的断面形状主要应根据地压的大小和方向确定：9*顶压和侧压都比较大10*垂直应力特别大，水平应力较小时 ：直立椭圆水平应力特别大，垂直应力较小时： 平卧椭圆形断面uu选择合适的破岩方式选择合适的破岩
4、方式在松软岩层中掘进巷道，破岩方法的选择应以保持围岩的整体性、不破坏或少破坏巷道围岩为原则；全断面机械破岩方式最好；风镐破岩对围岩破坏较少；若采用爆破破岩，则尽量采用光面爆破技术。11*12*uu采用合理的支护方案采用合理的支护方案对于这种特殊的不良地层，其支护结构应有“先柔后刚”的特性，一般需要二次支护。 初始支护 应按照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。
5、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。 软岩支护的原则： “强化围岩、整体承载、允许变形、适当让压、控制巷道断面”13*uu预防和治理底板预防和治理底板底臌是软岩巷道的普遍现象，是造成巷道破坏的重要原因；在软岩巷道中若不治理底板就实施支护，其结果往往是底板先行鼓起，然后两帮失稳，最后顶板冒落，直至巷道全部破坏；底臌治理要对症下药，详查底臌原因，因地制宜的确定治理方案。底臌影响因素：岩性状态、岩石强度底、围岩应力状态、矿井水侵蚀、采动压力影响、地质构造、巷道围岩暴露时间等14*15*uu加强巷道施工监测加强巷道施工监测监测和测试是软岩巷
6、道施工过程中的重要组成部分；施工监测目的：巷道支护设计提供依据；监测巷道围岩状态，控制围岩变形；监测支护效果，确定二次支护时间。施工监测的内容：围岩表面及深部位移、应力变化、围岩与衬砌之间的接触力、衬砌内部的应力、顶板离层、锚杆受力等。施工监测设备：收敛计监测巷道变形；水准仪测量顶板下沉量和底臌量；多点位移计监测深部位移。以位移监测为主：位移监测容易测量、直观，容易实现反馈。16*17*uu二次支护时机的确定二次支护时机的确定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。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10-
7、5所示。三、松软岩层巷道施工实例u1) 淮南潘三煤矿西二采区运输石门软岩锚喷网支护锚喷网支护;18*19*u 峰峰矿务局九龙口煤矿南部运输大巷锚网翻修工程锚网翻修工程20*21*uu锚索支护实例锚索支护实例22*23*第二节 煤与瓦斯突出巷道施工 一、煤和瓦斯突出概述定义：在很短时间内（数分钟），从煤（岩）壁内部向采掘工作面空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。特点：伴有声响和猛烈的力能效应（摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃烧和爆炸。机理：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、岩石及煤的物理机械性质这三方面因素作用的结果。24*第二节
8、 煤与瓦斯突出巷道施工 一、煤和瓦斯突出概述定义：在很短时间内（数分钟），从煤（岩）壁内部向采掘工作面空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。特点：伴有声响和猛烈的力能效应（摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统），窒息、煤流埋人，可能引起瓦斯燃烧和爆炸。机理：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、岩石及煤的物理机械性质这三方面因素作用的结果。26*危害：1、产生的高压瓦斯流，能摧毁巷道，造成风流逆转、破坏矿井通风系统。2、井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。3、喷出的煤岩，造成煤流埋人。4、猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。治理措施： 预防煤和瓦斯突出
9、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。 区域性措施：瓦斯排放（抽采）、改变煤体结构、转移应力27*开采保护层保护层：在突出矿井中，预先开采的、能使其它相邻有突出危险的煤层受到采动影响而减少或丧失突出危险的煤层称为保护层。被保护层：后开采的煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护层，位于下方的叫下保护层。保护层 被保护层被保护层28*二、石门揭开突出煤层的施工方法 我国，70多次大型突出中，80%发生在岩巷揭煤过程中。一、概述1）在10m ，进入顶（底）板2m范围内，全部作业中，都必须采取防突措施。2）揭开突出煤层前，应进行专门设计。3）
10、岩石井巷揭穿突出煤层前应遵守以下规定：A) 进行探测孔和测压孔的设计；B）打至少两个穿透煤层全厚的探测孔；（10m以外）C）测定煤层瓦斯压力；（5m以外）D）进行煤层突出危险预测；E）有突出危险时，应采取防突措施；F）进行煤层突出危险性检验；G）揭开突出危险煤层。29*10m5m石门被揭煤层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1.5m30*震动放炮或远距离爆破揭煤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
11、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。 煤矿安全规定，厚度小于0.3m的突出煤层，可直接采用 振动爆破或远距离爆破揭穿。震动爆破揭开煤层以前，煤层瓦斯压力小于1MPa;石门揭煤震动放炮的炮眼布置方法一般是；1炮眼个数较一般爆破的炮眼数约多2倍。2煤眼和岩眼要交错相间排列，顺序爆破。3总炮跟中煤眼和岩眼的比例大致为l：2。4炮眼的密度，巷道顶部小于底部，周边眼大于中部。 5透煤炮眼深度应超过岩柱，如煤层相当厚,可进入煤层23m。6石门周边眼应适当密一些，以保证爆破后石门周边轮廓整齐，避免在修整石门周边时发生突出。7岩眼眼底应距煤
12、层100200mm，不应透煤，如已透煤，则应停止钻进，并在眼底填塞100200mm长的炮泥。31*32*图10-13为急倾斜岩层中一次穿透岩柱及煤层的炮眼布置图示例。 震动放炮的炮眼数目，可根据经验确定，也可按北 票矿务局总结的经验公式进行估算： 0.2m0.2m0.2m0.2m33*采用震动放炮应注意的几个问题：1震动放炮必须所有炮眼一次起爆，炸开石门的全断面 岩柱和煤层的全厚。2当发现工作面的岩层特别破碎，有突出预兆，应立即 停止作业，人员撤离至安全地区。3当煤层的厚度在lm以下时，必须全部随岩柱一次崩开 ；当煤层水平厚度在lm以上时，应至少有有lm的煤层随岩柱 揭出。4在缓斜，倾斜煤层中
13、沿底板或顶板揭煤时，可能岩柱一次没有全部揭开，留有“门坎”或“门帘”，时，要特别 小心，34*5每次震动放炮都应对作详细记录，以便总结经验 和分析。6震动放炮只准使用带食盐被筒的煤矿安全炸药， 雷管事先要严格检查和分组。7煤矿安全规程规定：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，8为了限制突出规模，人为地降低突出强度，可在 距工作面45m的地方构筑木垛或金属栅栏。9人员撤离范围，应根据突出的危险程度和通风系 统给以规定。 二、水力冲孔可控地、缓慢地排放突出煤层瓦斯。1、防突机理以岩柱为安全屏障，利用打钻和高压水射流冲击煤体，激发煤体发生可控的喷煤和喷瓦斯，这样在煤体内部就引
14、起强烈地移动，在孔洞周围形成卸压带，解除了煤体压力紧张状态，从而消除了煤和瓦斯突出 的危险。 35*5m石门被揭煤层36*2、适用条件有自喷能力的突出危险煤层。3、施工工艺4、参数水压 3 5 Mpa，水流量 40 50 m3/h。 37*三、排放钻孔预定揭穿煤层的断面轮廓外布置多排扇形穿层钻孔，钻取煤炭与排放 瓦斯。 1、防突机理石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打一定数量呈网格排列的钻孔，钻取煤炭，并将煤层中的瓦斯经过钻孔长时间自然排放，使石门周围一定范围内煤体瓦斯含量和瓦斯压力降低，煤体发生收缩变形，煤的弹性能和瓦斯潜能得到释放，从而消除石门揭煤的突出危险。 2、基本要求岩柱厚度5m
15、，范围 轮廓线外 7 8 m。孔距：决定于煤层透气性。 要求：煤层瓦斯压力降低到 1.0 MPa 以下38*5m石门被揭煤层3、适用条件煤层透气性较高，有足够的排放时间。 特别适用于急斜煤层。39*四、金属骨架1、工艺巷道顶、两帮上部打75100mm钻孔，进入岩层 0.5m，孔距0.2m，插入钢管或钢轨。40*(23)m石门被揭煤层 石门煤层金属骨架2、作用机理预先加固煤体，增加煤的稳定性；骨架孔排放一定量的瓦斯，钻取煤炭。从而降低了煤层的应力状态，增加了 煤的坚固性，揭煤过程中金属骨架支承上方煤体重量，阻 止煤体突然破坏与离层，抑制突出的发动。3、要求岩柱厚度：2.0m（硬岩），3.0m（松
16、软岩层）范围：巷道上部和两侧外 0.5 1.0 m孔距：0.2 m（单排） 0.3m（双排）4、适用条件45的薄及中厚煤层。41*42*三、突出煤层掘进技术u超前排放钻孔措施 孔径：89mm。 孔深：10.511 m。 排放半径：横向0.9m，纵向0.63m。控制范围：排放钻孔终孔位置落到巷 道两帮轮廓线以外4.2米位置，实际 控制巷道两帮轮廓线以外5.1m。 措施孔的超前距5m。43*44*45*u高压磨射流割缝措施在排放孔打完后，分别对上排的1、3、5、7号孔，第2排 的10、12、14、16号孔，第3排的17、19、21、23号孔， 第4排的26、28、30、32号孔共计16个钻孔进行割缝。要求割缝时，相临钻孔之间尽量割穿，以确保卸压效果。保留5m的超前距。割缝完毕后进行效果检验。46*u 边掘边抽措施在巷道两帮交替做钻
