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松软破碎围岩巷道支护及快速掘进研究
作者：常学峰
来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第11期
摘 要：本文以xx矿为例，xx矿二水平轨道大巷顶板地质构成为松软破碎泥岩，在松软破碎泥岩中进行掘进，非常容易有顶板事故问题的发生。针对这一情况，本文有针对性的提出了加固措施，另外对于掘进施工工艺进行了相关的改进。 关键词：松软破碎；快速掘进；施工工艺 1 工程概况
xx煤矿主采16#煤层，16#煤层的厚度为4.33m～7.98m，其平均厚度为5.93m，另外倾角平均度数为2.1°～5.1°。二水平轨道大巷的总长度为1450m，其中顶板的结构质地大多数为黑色的泥岩，部分地方是砂质泥岩或者粉砂岩，其底板的主要组成为泥岩或者粉砂质泥岩。该煤矿这一煤层的结构十分简单，大多数情况下含有1～2个夹矸，其中单层夹矸的厚度大约为0.4m左右。二水平轨道大巷的巷道断面尺寸为高3970mm，宽为4620mm。采用的断面是直墙弧形拱巷道断面，直墙段的高度为1920mm，所采用的支护是U25型钢架棚支护，该支护对于棚距以及混凝喷浆层的厚度都是有要求的，不同的情况，数据会有些许差异。该煤层的棚距为800mm，喷浆厚度为150mm。
二水平轨道大巷在进行掘进施工的时候，由于其地质的特殊性和施工工艺的原因，比较容易发生顶板事故。主要体现在进行综掘机割岩之后，空顶地区容易冒顶，将冒顶情况进行统计之后，我们发现其最大的高度已经超过5米。不仅如此，施工巷道以及棚架都有冒顶事故发生，即使掘巷施工结束之后一段时间，依然存在缓慢变形的情况。 2 造成稳定性不足的原因
前面提到了巷道支护采用的是U型钢，但是由于受到施工技术条件以及水平的干扰，以及围岩地质条件的特殊性，会让7U型钢架的受力均匀性受到影响，从而让U型钢受到破坏而变形，下面将对其进行具体分析：
首先是岩石的原因，该地区岩石质地松软，容易破碎，并且一遇到水就会发生膨胀，再加上顶板主要构成就是松软7的破碎泥岩，吸收水分之后会以很快的速度膨胀，从而发生变形。随之而来的是强度发生变化，大多数情况下，遇到水之后的强度会降低将近一半，体积膨胀也会超过一半。这就使得岩石的承载力大打折扣而发生崩解现象，U型钢受到压力而变形，最后偏心荷载力的作用让U型钢遭到破坏，最终导致腿柱产生位移。
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然后是掘进工艺以及支护结构的影响。由于巷道周边的围岩与U型支架之间存在间隙，这就使得巷道周边的围岩与U型钢之间的接触和作用变小，从而导致支架的承载时间受到推迟，再加上围岩变形对支架所产生的偏心荷载导致U型钢支架朝巷道内偏。 3 支护优化设计及快速掘进技术
围岩变形会对支护结构造成破坏，而为了有效的让这一影响得到改善，就必须将围岩和U型钢支架之间的间隙进行填充，让围岩和支架之间的接触更加紧密。然后就是对水源进行控制，采用科学的排水措施，将巷道受水的影响降到最低，以此让围岩的承受能力得到提升。最后是对围岩的物理学性质进行改善，提升稳定性和自身的承载力。下面将进行详细介绍： 首先是超前支护方案设计，该设计采用的是管棚法，主要是在巷道的轮廓线上按照固定距离钻孔，然后将其中一端在支护体上进行固定，另一端在未开挖的岩体上进行固定。管棚的主要作用是对空顶区域上覆盖的岩层进行荷载。管棚搭接所形成的支护，由于其结构构成，可以对巷道掘进施工的安全性进行保障。如果有冒顶事故的发生，所掉落的岩石也是掉落在管棚的上方，不会直接向下掉落，起到了一定的缓冲作用。采用管棚支护，还可以对水流进行疏导，对顶板淋水问题的缓解也有一定作用。
其次是注浆加固。注浆加固的作用是通过对围岩内部的裂隙进行密闭，让围岩的强度进行提升。与此同时还可以将涌水通道进行封堵，避免岩石因为受到水流的影响降低强度。利用喷浆和注浆，可以提升巷道围岩与U型棚之间的贴合程度，使得整体的受力情况得到改善。注浆加固采用水泥水玻璃双液注浆，一般情况下注浆加固所用的水灰比均为1：1，而水玻璃体积与水泥的比例需要根据实际情况进行调整，本次所用比例为0.04：1.通过实验表明，在这个配比条件之下，可以达到最大强度。
然后是喷浆加固。该设计对二水平轨道大巷的围岩特点进行了分析，所采用的方式是滞后复喷和及时初喷的方式。初喷的工作量比较小，在掘巷之后及时进行，此举有利于防止悬露的岩石掉落，以及受到淋水的侵蚀，初喷的厚度为50mm。复喷与注浆是平行施工的，不过需将其设置在掘进机后方，与注浆间隔一定的距离进行施工，复喷之前需要加压对初喷面进行冲洗，复喷的厚度为100mm。
最后是快速掘进技术。在掘进的过程中，时常会因为设备性能或者地质条件以及施工管理等存在不足之处而对施工进度造成影响。加快掘进速度需要对这些问题进行解决。首先是对掘进机的截割方式进行优化，在此项施工环节中，需要根据围岩的具体情况对截割的方式进行选择，例如岩石的硬度小，可采用S型截割，先在左下角掏角然后进行施工。不同硬度的岩石，所采用的截割方式不一样，可以先在比较软的位置掏槽，之后再截割质地较硬的。也可先确定裂隙的发育情况，然后制定截割计划。
如果巷道底板硬度不够可以在履带下垫模板，如果有积水，可以先对上部进行截割，然后截割下部。若是存在较多的积水区，可以建立蓄水池，利用泥浆泵对其进行排出。
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对支护以及掘进技术进行改进之后，对巷道围岩变形问题的解决以及巷道的快速掘进都有了一定的提升，希望通过技术的优化，为施工带来更多的便利，和更高的安全性。 参考文献：
[1]焦东杰.煤矿井巷工程快速掘进技术的应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2018（01）.