国内外复杂地质条件下井巷掘进与支护技术修改 - 图文

国内外复杂地质条件下井巷掘进与支护技术

§1.1 概述

随着施工技术和施工设备的发展，地下工程中针对软、破、富水岩层中的井巷掘进工艺有了很大的进展。

三门峡铝土矿将遇到砂卵石强含水层、松散松软层、风化带碎裂层、构造破碎带、节理裂隙强发育带和强含水层等复杂岩层中的井巷工程建设问题。

§1.2 平巷施工掘进技术 §1.2.1松软岩层中的巷道施工

金属矿山的岩层地质条件一般是较好的，但在一些矿山的巷道施工过程中，也常碰到一些断层破碎带、溶洞和含水流沙层等复杂地质条件，对巷道施工影响很大。在这样的地段，如果仍采用一般的掘进施工是难以通过的。

1）松软岩层的物理特征

松软岩层一般是指岩体破碎和岩性软弱的岩层，具有松、散、软、弱等属性。 (1)“松”系指岩石结构疏松、密度小、孔隙度大的岩层。 (2)“散”指岩石胶结程度很差或指未胶结的颗粒状岩层。

(3)“软”是指岩石强度低、塑性大或较土矿物质易膨胀的岩层。

(4)“弱”指受地质构造的破坏，形成许多弱面；如节理、片理、裂隙等破坏了原有岩体的强度，极易破碎，易滑移冒落的不稳定岩层，但其单轴抗压强度还是较高的。

2） 松软岩层类型

(1)受构造运动强烈影响和强风化的地带，如接触破碎带、断层破碎带、层间错动带、挤压破碎带、风化带等，基本呈散体结构；表现特征为总体强度低，稳定性差；其破坏形态表现为片帮、掉块或塌陷。

(2)软弱流变岩体，是指围岩塑性大，且延续时间长的岩体，如第三纪以来的沉积岩和其他一些岩体。在地压较大或埋藏较深时，常常表现出明显的流变特性，变形量大而且有较长的蠕变时间；破坏状态一般表现为顶板下沉、底板鼓起、两帮内挤等。

(3)以含黏土矿物为主的某些岩体，从成分上看主要含有蒙脱石、绿泥石、高岭土等。其主要特点是对水敏感，一般是脱水风干后爆裂或崩解，遇水膨胀或软化。

在施工实践中，有时会发生以上几种岩层同时出现的情况，这时其破坏性状态就更为复杂。

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3） 松软岩层的主要力学特征

(1)岩层胶结程度差，怕风、怕水、怕震是它的共同特点。 (2)强度低：松软岩层强度低，凝聚力小，内摩擦角小。

(3)具有明显的流变性，表现为在初期变形速度快，变形量大，蠕变持续时间长。

(4)遇水崩解或膨胀。 (5)易受爆破震动的影响。

4） 松软岩层巷道的维护

在松软岩层中巷道施工，掘进较容易，维护却极其困难，采用常规的施工方法和支护形式、支护结构，往往不能奏效。因此，研究在松软岩层中巷道的维护问题便成为井巷施工的关键问题。

(1) 基本原则

巷道维护问题不能只看作是支护结构和材料的选择问题，而应把支护和巷道周围岩体当作互相作用的力学体系来考虑。应首先分清地压的类型，摸清围岩压力活动规律，采用不同的支护原则和维护方法，采取综合措施使巷道在服务年限内保持稳定。

(2) 主要技术措施

a 采用喷锚支护或注浆法加固围岩

在来压快的软岩中宜推广管缝式或楔管式摩擦锚杆、水泥卷锚杆；在动压软岩巷道中钢纤维喷射混凝土支护有广阔的前途。在破碎、裂隙发育或含水岩层中采用注浆加固，使水泥浆或化学浆注满裂隙，提高整体性，并可封水堵水。

b 选择合理的巷道断面形状和高宽尺寸比例

在这种岩层中巷道断面形状以采用曲线形全封闭支护为宜。应根据原岩应力与巷道断面形状和高宽尺寸比的关系确定，如当水平应力为主时，应采用宽度大于高度的横椭圆形，反之为竖椭圆形。

c 分次支护，合理选择二次支护时间

选择巷道支护时间关系到支架的强度和可缩量大小。对变形大的岩体一般要分两次支护。一次支护要紧跟工作面掘进及时施作，通常喷锚支护最有效。等围岩位移趋于稳定时，再上二次支护。二次支护刚度要较大的，故总的支护原则是先柔后刚。围岩位移趋于稳定的时间，不仅取决于岩体本身的物理力学性质，而且与一次支护的刚度密切相关，因此它的变动范围很大。为了保证二次支护的效果，最好是根据围岩位移速度和位移量的测量数据来确定二次支护的时间。如金川二矿区，一般在第一次支护后120d实施第二次支护；张家洼铁矿则为30d。

d 设置回填层

在一次支护与二次支护之间充填一层泡沫混凝土或低标号混凝土或砂子，可产生两种作用：

(1)提供径向应力以稳定巷道周边岩石，使支护的应力重新分布。 (2)起衬垫作用，避免在最终(二次)支护上产生集中载荷。 e 加强巷道底板管理

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在软岩巷道，特别是在具有膨胀性围岩中掘进巷道，多数是要发生底鼓的。防止底鼓的措施一般是用砌块砌筑底拱，也有用锚杆加固的。

f 重视涌水的处理

采取排水、疏干措施，使巷道不积水，防止对围岩溶蚀、软化、膨胀作用。 总之，要解决松软岩层巷道维护问题，一般都采用综合治理的办法，全面考虑上述技术措施，但是在保证巷道稳定的条件下，也可只采用其中一些措施。

5） 松软岩层巷道的施工方法

岩石由于受到地质构造变动的影响，如断层、褶曲等，节理、裂隙发育，形成松散破碎带。极易造成片帮、冒顶事故。应根据具体情况，选择合理的支护形式和施工方法。常用的施工方法有锚喷法和短段掘砌法，在大断面硐室中常用导硐法；在岩层松软破碎，随掘随冒的情况下，常用撞楔法，在有大量涌水的破碎带，需要先注浆堵水，再用普通施工法通过。

一、锚喷法 (一)适用条件

在无水或有少量涌水的松散破碎带，不论巷道断面大小，均可采用。 （二）施工要点

1.采用浅眼作业方式，循环进尺不超过800～1000毫米为宜。

2.采用底部掏槽，少打眼，少装药，以及光面爆破或预裂爆破等措施，减少对围岩的震动。

3.放炮后立即初喷一层20～30毫米掺有速凝剂的水泥砂浆，直至迎头，即锚喷紧跟迎头。严重破碎地带在喷浆后，还应补设锚杆或金属网。

4.根据设计，在工作面后方，按一次成巷要求进行永久支护。

5.在松散破碎带应采用锚固性能好，锚固力大的锚杆，如树脂锚杆或钢丝绳砂浆锚杆等。

二、短段掘砌法

在仍采用整体式石材或混凝土支护的巷道，穿过松散破碎带时常采用该法。施工时，随掘随砌将支架尽量跟到迎头，工作面取消临时支护，掘砌段距一般1～2米，不宜过长。

§1.2.2巷道通过断层及岩石破碎带的施工方法 1）超前导硐边刷边支法

这个方法可用于石门穿过松软的煤层，或稳定性很差的岩层和断层破碎带等处。其施工顺序如图1所示。

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0.3m2.5m1315324420.5m(a)(b)(c)66(d)(e)(f)

图1 超前导硐边刷边支施工法

1-导硐；2-小木支架；3-纵梁；4-撑柱；5-旋顶；6-岩柱

为了尽量减少岩石暴露面，永久支护(料石碹)要紧跟掘进工作面，同时，在巷道掘进时先掘进小断面导硐，并及时架设小水棚。待导硐掘离旋头2.5m时即停止掘进，随即以长2.8m的纵梁二、三根，托于导硐顶梁之下，其一端搭于已砌好的碹顶上。另一端(紧靠工作面)用撑柱打紧，此时即可将木支架的棚腿拆除(图1-a)。然后分别依次刷大导硐两帮的拱部，随刷大随架设纵梁护顶，纵梁的架设方法同前(图l-b、c)。待拱部刷完并用支架控制住后，再开始沿底板由巷道两帮同时掘进，掘完后随即砌墙(图1d)。待墙砌至拱基线时，即在岩柱上稳立碹胎、安放模板，进行砌碹工作，随砌随拆除护顶纵梁(图1e)。待拱顶合拢后；再除去岩柱(图1f)，此时便完成了一个掘砌循环。

采用这种掘进方法，由于围岩很不稳定，只能放小炮或用风镐掘进。此外，砌拱顶时，如遇拆除纵梁即可能发生顶岩冒落，那么纵梁就只好不拆除，砌入碹后。

这种施工方法工序繁多，进度较慢。但如工人技术熟练，能严格按照技术操作规程进行控顶，仍不失为一种较可靠的施工方法。

2）撞楔法

1．适用条件

严重塌冒，且被破碎岩石所充满的巷道，冒落物以小块、细碎岩石为主，特大块岩石较少。

2．施工方法(图2)

(1)撞楔长度视棚子间距而定，一般为1.5～2.5米，前端削尖，便于插入岩堆。使用材料多为直径100～120毫米的圆木或半圆木，也可以用厚50毫米以上的木板，也可以用废旧钢轨或其它型钢做掩楔。为避免木材在撞击中劈裂，应当用铁皮包裹前端，用铁丝缠紧尾部。

(2)加固工作面尚完好的支架，如打顶桩、上拉条、与后面支架用钢丝绳或大绳剃紧、架设顺抬棚等措施。

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(3)从最前端的支架顶梁的一角开始，依次打入排掩楔，撞楔捅入岩堆的深度，应稍大于设计棚间距。打完撞楔后，先清两帮矸石，并立柱腿、掏顶、上梁，再划背板和荆条。最后，清理中问岩堆，至此一循环结束。如此进行，直至穿过冒落区。

(4)在施工中，一般不用爆破。

(5)当冒落物呈松散细粒状态时（如煤、页岩)，必须用荆条将支架顶帮划严背紧，以免泄漏矸石，形成空帮、空顶，造成二次冒落，压垮支架。

1213图2 撞楔法施工 1-撞楔；2-木支架

3）穿梁护顶法

1．适用条件

巷道虽塌冒严重，但冒落区项板在一定时间内尚能保持平衡状态。 2．施工方法(图3)

(1)加固工作面尚完好的支架，并做好材料的准备工作。冒落区附近的堆积物要清理干净，安全出口必须畅通无阻。

(2)在原有支架的最前方并排架设一对棚子，用拉条拉紧，打上顶桩，使其稳固不动。

(3)利用冒落区顶板暂时稳定的时机，顺巷道方向架设两根以上过梁。过梁后端搭在支架上，搭接长度应大于200毫米；前端搭在岩堆上，应垫有方木或荆笆。然后用拉条将过梁与支架固定之，以防过梁滚动。

(4)在过梁上迅速搭设木垛接顶。若顶板冒落过高，木垛难以接顶时，可在木垛上堆以成捆的荆条，其厚度不得少于3～5层。

(5)在超前支架的掩护下，架设木支架，直至穿过塌冒区。 (6)在超前支架上搭设木剁时，要设专人观测顶板变化情况，发现顶帮来压时，人员要迅速撤到安全地点。工作面应保持肃静，以保证工作安全。

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