运输巷和轨道巷的围岩应力分布形式与回风巷比较相似,如巷道帮部均具有较大的纵向压力带,巷道的顶部和底部也出现了一个波及范围较大的垂直应力削减带,甚至可能出现拉应力区;应力等值线从正常岩体的橄榄球状变化为断
运输巷和轨道巷的围岩应力分布形式与回风巷比较相似,如巷道帮部均具有较大的纵向压力带,巷道的顶部和底部也出现了一个波及范围较大的垂直应力削减带,甚至可能出现拉应力区;应力等值线从正常岩体的“橄榄球“状变化为断层破碎带岩体的”柱状”;在巷道帮部具有较大的水平压力降低带,巷道的圆弧顶的斜上方和巷道的墙角处,各有一对水平应力集中带,巷道的顶部和底部各出现了一个水平应力削减带等。
回风巷周围的塑性区特征如图6所示。
a 正常岩体巷道塑性区b 断层带岩体巷道塑性区
图6 运输巷和轨道巷的塑性区分布
由图6可以看出,围岩塑性区的形状与回风巷的情形是相似的,无论从塑性区形状和大小上均反映了该规律。但值得提出的是,巷道塑性区是相互独立的,没有出现“交会”现象。
3 大巷组过断层的工程实践
根据袁店二矿巷道围岩的工程地质条件和巷道布置情况,参考断层带应力场的预测和巷道围岩应力和变形场的分析比较成果,提出断层带巷道支护与施工的基本思路为:稳、准、快。
稳——即稳扎稳打,步步为营,各工序间环环相扣,协调统一;
准——即施工方法得当,安全优质;
快——即速度快,快挖、快护、快封闭。
为此,根据支护动态控制原理[3],提出断层带支护与施工的“早预测、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测、防突水”围岩控制原则。
(1) 早预测 根据具体的工程地质条件,采用了并行直流电法、瞬变电磁法和地震等方法,对巷道前方断层的赋存状态和富含水等情况适时进行了综合超前探测,得到了大量的前方断层构造准确位置及裂隙发育情况的资料,为巷道掘进的施工安全提供了可靠的地质资料和有效的技术参数。
(2) 短进尺 为减少开挖对围岩的扰动,避免坍塌,巷道每次开挖进尺控制在避免坍塌范围内(每循环进尺控制为2棚支架间距以内)。在软弱围岩及断层破碎带施工时,若条件许可,尽量采用全断面方法施工;结合断层实际情况,不宜采用全断面开挖时,灵活地采用了半断面微台阶或上下断面顺序开挖法,有效地保证了巷道迎头的施工安全。
(3) 弱爆破 遇断层地段时,为防止塌方,尽量采用风镐掘进。若必须采用爆破掘进时,采用微震爆破放小炮掘进,每循环进尺控制为2棚支架;并且超前支护施工完毕并出完矸石后,再打下部眼,放炮采取分次放炮,先放拱基线以下各眼,然后放上部眼。严格控制炮眼的数量、深度及装南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)药量,以尽量减少爆破对围岩的震动。
(4) 强支护 强支护主要包括超前支护、及时支护、组合支护等三个方面。
① 由于断层破碎带开挖后围岩的自稳时间较短,没有超前支护就无法进行全断面开挖。在断层破碎带施工时采用了超前撞楔和超前导管注浆的施工方法。超前管棚施工,即选用较大直径的钢管制作成长度4~6 m的撞楔,利用最靠近掌子面的两棚型钢支架作为支点,管棚钢管横向间距0.3~0.5 m,纵向间距一般不超过2 m,与洞轴线成100~150倾角打入拱部围岩,在拱顶形成棚架,以保证施工安全和稳定拱部围岩;超前导管注浆即注浆前用喷混凝土封闭,厚度60 mm,以免注浆时渗漏浆液,然后进行锚注支护,轴向护顶深度根据实际注浆效果和循环步长确定。当采用单循环时,超前护顶注浆为爆破深度的1.2~1.4倍;当预注浆效果好时,采用双循环作业方式,超前护顶为爆破深度的2.2~2.4倍。
② 由于断层带岩层自稳时间短,必须做到随掘随支。
③ 由于断层带围岩压力大,断层泥持续流变时间长,采用了锚喷、锚索、锚注和架棚等组合支护方式(见图7)。
图7 锚杆与锚索补强结构图
(5) 紧封闭 为各施工工序之间的距离应尽量缩短,初期支护应尽量靠近迎头,以减少岩层的暴露时间,并尽快使全断面封闭成环(见图8)。
图8 U型钢全封闭式支架设计
(6) 勤量测 施工过程中应加大监控观察力度, 随时注意观察洞内围岩的受力及变形情况, 检查支护结构是否发生了较大的变形, 混凝土喷层有无剥落等; 同时, 要加强对塌方地段的监控量测, 及时处理现场量测数据, 并将信息及时反馈到施工现场, 必要时对支护参数作相应调整, 以保证施工安全。
(7) 防突水 在施工前,要采用钻孔勘探或物探等方法对断层的富水性和导水性等水文地质特征做出全面评价。若导水性差,应对局部出水的可能性做出预案。准备好排水泵、管,并预先施工好排水沟;如出水严重,可以进一步考虑采取注浆堵水措施。
采用了以上综合技术措施,大巷组安全、顺利地通过了断层,没有出现大范围冒顶。
4 主要结论
(1) 通过数值模拟,断层带岩体内巷道与正常岩体巷道比较,有以下特点:顶部和底部也各存在一个垂直应力削减带,应力等值线为”柱状”,呈现出破碎围岩松散体的四周来压特征;巷道帮部出现了较大范围的0压力带或可能出现拉应力;顶板下沉是正常岩体的10倍以上,巷道底鼓是正常岩体的3倍以上;两帮移近量是正常岩体的4倍以上;塑性区是正常岩体的5~6倍。这些应力和位移特征给支护方式的选择造成了不利的影响,必须深入做好巷道支护设计工作,并同时合理选择支护结构与参数。
(2) 在施工工艺创新上,提出并形成了断层破碎带巷道施工的“早预测、短进尺、弱南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)爆破、强支护、紧封闭、勤量测、防突水”的断层带施工技术和综合保障体系,形成超前物探、超前加固、微震开挖、分步动态支护等综合配套技术。
参考文献:
[1] 邓仁清.高压富水隧道注浆堵水施工技术及应用[J]. 地下空间与工程学,2006,2(2):263-266.
[2] 郭军杰,韩春晓,涂兴子. 煤巷掘进过断层方法[J]. 矿山压力与顶板管理,2004,21(2):39-40
[3] 许兴亮,张 农,徐基根,等. 高地应力破碎软岩巷道过程控制原理与实践[J].采矿与安全工程学报,2007,24(1):51-55.(责任编辑：南欧)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
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