超前支架法在通过软岩层巷道的应用

【摘要】本文主要围绕着软岩巷道施工和支护工作展开分析，结合具体的工程实例探讨了软岩巷道施工和支护的要点，分析了软岩巷道施工和支护的具体方法，以期可以为软岩巷道施工和支护工作提供参考。

【关键词】软岩巷道；施工；支护

中图分类号：O434文献标识码： A

一、前言

潞安华润煤业属山西煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室批准的单独保留矿井，主体为山西潞安矿业集团有限责任公司，是一个有30年开采的老矿，近年来经申请增扩资源，由原来的2.4475km2增扩到11.5361km2，相应的进行技改工程。新增主副斜井、回风立井三个井筒，该工程为主斜井井筒，井口设计标高为+944.000m，井底标高为+612.508m，倾角-22°；下行施工掘进里程约884.907m；施工至基岩风化段与基岩段分界处设沉降缝，沉降缝用厚70mm沥青煮过的木板填充。在主斜井施工完明槽段后钻入岩层20米处，发现顶板岩层属易分化潮解剥落而且破碎不稳定的松软岩层，给施工造成了很大难度。采用了超前支架法施工后，由于组织有序，措施得力，加快了施工进度，保证了安全施工。

二、软岩分类及特性

软岩仅是地质岩体中一部分,但却是地质介质中极为复杂的部分。按照软岩自然特征、物理化学特性,以及在工程力的作用下产生显著变形的机理作为分类的主要依据,软岩分为五类:即低强度软岩、膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。软岩有别于硬岩而独具的特性有以下几点:

1、可塑性。由于软岩胶结程度差,结构疏松,孔隙率高,强度低,粘土矿物亲水性强,在工程力和水的作用下矿物分子结构发生变化,吸附水分子形成水化膜,从而使岩石具有极大的可塑性,岩石强度极剧降低,在无控制条件下失去自身支承能力。

2、膨胀性。软岩在水作用下产生体积膨胀现象。

3、崩解性。软岩在物理、化学、力学因素等作用下发生鳞片状解体。

4、流变性。有韧性的软岩受力发生流变,其过程与时间密切相关的特性。

5、易扰动性。由于软岩的内部结构特点,软岩对抗外界环境扰动的能力极差,对施工震动、吸水膨胀、软化泥化、暴露风化等影响极为敏感。

三、支护方式设计与实施

1、支护方式的设计依据

围岩变形位移与全部上覆地层相关联，依靠支架整体或构件的刚性硬行阻挡围岩变形，往往需要相当大的构件截面尺寸，极不经济，但构件截面尺寸不够，又极易大量拆损。柔性支护是在不丧失支架整体承载能力的前提下，对于超过一定限度的围岩变形位移，支架整体或某些构件依靠其产生刚移或较大塑性变形，而对围岩变形进行退让，以减轻、缓和及匀布围岩对支架的作用力，从而可用较小的构件截面，取得良好的支护效果。

主斜井担负着人员提升、煤炭运输、进风等任务，所以对支护要求比较严格。

在软岩施工中，仅使用某种单一的支护方法往往不能达到预期的效果，往往采用联合支护，联合支护应先施柔性支护。虽然联合支护的工艺复杂，成本高，成巷速度较慢，但使用这类支护的巷道能长期保持稳定，减少翻修和保证正常生产。

2、临时支护采用超前支架法

在施工中采用超前导管（Ф38钢管）+U30型拱形可缩支架+喷砼的联合支护方式。这种支护方式的工艺及施工顺序为：1、采用光面爆破掘进，使围岩周边规整，减少超挖，循环进尺保持在1m左右；2、放炮掘进后立即喷射一层厚度为30―50mm的混凝土，封闭围岩；3、及早打设超前导管，导管长度为5m，间距根据情况从500―800mm；4、安装U型钢可缩支架、帮部打设两根Ф18钢筋作为连接拉杆固定支架，支架间距为0.8m，使其成为整体；5、进行壁后充填。

3、永久支护采用钢筋混凝土砌碹

为进一步支护稳固主斜井软岩不稳定巷道，永久支护采用和表土段施工一致的钢筋混凝土作为永久支护形式，这种支护形式对地质条件适应性强，易于按照需要成型，服务年限长，而且可以适合多种施工方法。其缺点是施工成本高，劳动强度大，施工速度慢，不能机械化施工等。

主要施工工艺为：

敲帮问顶钢筋绑扎支设墙部模板架设拱部碹胎铺设拱部模板相对称浇筑拆除上一循环模板下一循环。

（1）钢筋绑扎

结合本工程施工场地的实际情况，在井口附近设临时钢筋加工房，钢筋均在现场临时钢筋加工房内加工好，运到施工现场进行绑扎。每批钢筋在使用前，都应按要求进行钢筋机械性能试验。钢筋表面应洁净无损伤，油漆污染和铁锈等应在使用前清除干净，带有颗粒状或片状老锈的钢筋不得使用。钢筋加工尺寸应符合施工图纸要求，偏差必须在允许范围之内。钢筋的绑扎方式及搭接长度按规范执行。钢筋保护层厚度为50mm。

（2）支模板

①采用20#槽钢制作碹胎，拱部加横梁进行加固，碹胎之间用拉杆连接，并固定牢固。拱基线以下使用300mm宽的钢模板，拱基线以上使用10#槽钢作为模板， 模板长度一致，以保证整体性。模板用撑杆固定牢固，以防跑模。拆模时间：一般情况下气温20°左右，拆模时间为2～3天。

②拆模及养护：设专职人员进行砼的养护工作，浇筑后12h内进行洒水养护，墙部拆模后，洒水养护3天，拱部初凝2h后洒水养护，养护时间不少于7天

③拆模时人员要站在安全地点，先墙后拱依次进行。模板复用前必须清理干净并刷油。

（3）混凝土配合比：

按照图纸要求和混凝土试验规程首先送现场材料到有资质的实验室进行配合比试配，所有配合比只有在经过监理工程师批准后才可使用。复合硅酸盐水泥，混凝土配合比按照C30配比，水泥：水：黄砂：石子=1:0.42:1.21:2.83。

（4）混凝土的浇筑与振捣：

浇筑时两边同时浇筑相同的高度，保证两边受力均匀，以免跑模。混凝土采用电动软轴振捣棒振捣密实。为保证浇注砼质量，要保证砼均匀下料，分层对称浇筑，每层厚度为500mm,并随浇随捣，消灭蜂窝、麻面。

（5）养护：

①混凝土浇筑后10～20h开始洒水养护，并持续7～14天。

②混凝土浇筑底角时，因巷道以-22°下坡，底角浇筑时不易上模板施工，为此我方施工时，首先垫一部分混凝土将底角施工平整，然后在利用模板继续施工。

③浇注质量

砼浇注前应仔细检查模板支设是否严密，砼捣固要均匀，拆模后无蜂窝、麻面。

四、软岩巷道施工中需要注意的几个问题及总结

1.合理控制施工时间

考虑到软岩巷道围岩变形的时间效应，软岩围岩自稳时间通常很短，有些顶板稍一暴露就立即冒落，这主要取决于围岩暴露面的形状和范围、岩体的残余强度和和原岩应力。因此，在确定巷道掘进方式和支护措施时必须要考虑到巷道围岩自稳的时间这一因素。

2、重视围岩的量测监控

在松软岩层巷道掘进，一定要配合进行量测监控，以便及时调整支护参数，尤其对巷道围岩的收敛变形应该特别重视。量测包括巷道变形量量测（用带钢尺和测杆），围岩位移量测（用机械式多点位移计），喷层径向和切向应变量测（用压磁元件和电感应力计），顶板下沉量和底鼓量（用水准仪）等方法。

3、巷道断面形状的选择

合理确定断面形状对维护松软岩层巷道稳定很重要。巷道断面形状主要根据地压的大小和方向进行选择。若地压较小，选用直墙半圆拱形巷道是合理的；若巷道周围均受到很大的压力，则以选择圆形巷道断面为宜；若铅直方向压力特别大而水平压力较小时，则选用直立椭圆形断面或近似椭圆形断面是合理的；若水平方向压力特别大而铅直方向压力较小时，则应选择曲墙或矮墙半圆拱带底拱、高跨比小于1的断面，或者平卧椭圆断面。

4、破岩方法的选择

在松软岩层中掘进巷道，破岩方法最好以不破坏或少破坏巷道围岩为原则。若采用钻眼放炮破岩，应采用光面爆破技术，以保持围岩的自承载能力。一般综合机械化破岩对巷道围岩破坏较小，应提倡推广应用。

五、结束语

综上所述，实践证明在相对比较稳定的软岩巷道，在不需采用特殊地层凿井技术的时候，使用超前支架法、钢筋混凝土砌碹法，有效提高了巷道的稳定性，为掘进施工奠定了良好的基础，在支护以及施工过程中，保证了工程进度和质量并兼顾了安全，避免软岩巷道施工出现坍塌等问题，确保施工能够顺利进行。

【参考文献】

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