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《地下工程施工》课程设计说明书课程名称：地下工程施工设计题目：巷道掘进施工及锚喷支护设计年级专业：姓名学号：指导教师：于洋徐州工程学院土木工程学院年月日目录1工程地质条件1.1工程概况吉林省某矿井+65皮带大巷基本处于单斜构造、岩层倾角在2～5°之间，区域内对开拓巷道布置有影响的较大断层有3条，即F13、F20、F37，均为正断层。受其断层应力牵引作用，层面将会出现破碎带。+65皮带大巷所在区域内赋存两层煤，即12层煤和13层煤。其中13层煤厚度在1.0～5.0m之间，夹石层较多，不可采。12层煤分层可采，夹石层厚度不超过0.15m，煤质较好，煤层层理较发育，煤质坚硬，硬度f=2、煤层厚度在2.0m～7.0m之间。+65皮带大巷采掘工程平面图如图1.1所示。图1.1采掘工程平面图1.2巷道变形特征+65皮带大巷的变形主要以巷道整体收敛为主，且巷道顶底板和两帮移近量均较大。通过对+65皮带大巷的围岩地质情况、变形特征和破坏程度进行分析，发现该巷道在不同地段的变形特征具有一定的共性，其原因主要有以下三方面：（1）巷道围岩的岩性较差。通过钻孔柱状图可以看出，巷道顶底板均为泥岩或者砂岩，部分地段岩层含水，围岩的力学性能较差，且遇水易膨胀，所以巷道极易发生较大变形。（2）巷道断面形状选择不合理。巷道断面形状对围岩的稳定性有重要影响，对于抗压强度低、流变性大、膨胀性强、地应力大的软岩巷道优先选用圆形或椭圆形较好，因为圆形或椭圆形巷道受力状况好，便于封闭围岩，收敛值小，并能充分发挥支护材料的抗压性能，较有效防止围岩原始应力恶化，底鼓受到抑制。折返皮带道环形车场去主副井65皮带大巷240大巷联络风道西异运输上山西异轨道上山变电所道路架子道文煤仓疏水川二石门空煤仓65皮带道通路原有的马蹄形断面对于巷道两帮的和底板的控制极为不利。（3）支护方案不合理。通过现场调研发现，支护方案不合理也是+65皮带大巷发生大变形的重要原因。锚杆支护技术是一种先进的支护技术，通过对锚杆、锚索施加高预紧力可以实现对巷道的及时、主动支护。但是，现场出现锚杆支护材料和参数选择不合理、施工质量不达标等问题，极大的限制了锚杆支护作用的发挥，最终影响到巷道的稳定性。1.3设计思路软岩巷道工程本身所具有的大变形、大地压、难支护等特性，决定了软岩巷道支护技术的复杂性，单一的支护形式难以满足软岩巷道工程支护的需要。因此，在软岩巷道工程支护技术方面，由过去单一的支护形式逐步发展为各种多次支护、联合支护形式、并形成了各种系列支护技术，如锚喷、锚网喷、锚喷网架、锚喷网架支护系列技术、钢架支护系列技术、钢筋混凝土支护系列、料石碹支护系列技术、注浆加固系列技术和预应力锚索支护技术。工程实践证明，上述支护形式都在软岩巷道支护中有成功应用。特别是锚网、锚索支护形式，由于施工方便、劳动强度低等优点，在生产现场中得到越来越多的应用。特别是近年来锚索技术的发展十分迅速，已成为矿井软岩巷道支护的重要技术，它能把深部围岩强度调动起来，和浅部支护岩体共同作用，控制巷道稳定性，这将是以后中国软岩巷道支护的主流方向。吉林省某煤矿+65西翼皮带大巷埋深约300m，且顶底板主要为泥岩和砂岩，岩石力学强度不高，遇水容易膨胀，属于典型的软岩巷道，巷道围岩具有变形大、持续时间长、底鼓严重等特点。该巷道以前虽然采用锚网、锚索支护，但是现场存在支护参数不合理、支护材料质量差、施工工序复杂、支护效果差等问题，使得锚网、锚索支护形式在软岩巷道支护中的作用大大降低。本设计以某煤矿生产地质资料和现有支护条件下巷道维护效果为依据，采用理论计算和工程实践研究确定最优的巷道支护形式和支护参数。设计中还规范了锚杆施工工艺、明确了锚杆施工的质量要求。最后针对试验巷道制定了相应的矿压观测方案，通过观测和分析现场矿压数据，及时对支护参数做出相应调整，不断优化支护方案，保证巷道的支护效果。2巷道掘进施工+65皮带大巷穿越地区大部分围岩等级相对较高，为了加快施工速度，保证开拓巷道的早日完工，同时也考虑到巷道本身断面较大，可以为机械化施工提供足够的空间。因此，本次设计巷道采用全断面光面爆破的施工方法。2.1光面爆破2.1.1光面爆破作用机理光面爆破是上世纪50年代才发展起来的一种控制爆破技术，由于它具有明显的优越性，所以得到快速推广应用。但岩石爆破过的程极为复杂，目前的理论研究很不成熟，所以对光面爆破的作用机理也存在不同的观点。（1）杜瓦儿和佩固等人提出的理论。该理论认为相邻炮孔爆炸应力波叠加导致岩石受拉破坏而形成裂缝。（2）尹藤一郎等人提出的理论。该理论认为裂缝的形成主要是爆炸高压气体的作用，他们的铝块爆破实验表明，不耦合系数为2.5时，空壁上的压力值约为不耦合系数为1.1时的压力值的，所以他们认为裂缝的形成主要是爆生气体的高压准静态作用。（3）国内理论认为裂缝面的形成是应力波和爆炸气体共同作用的结果。认为应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂缝，在爆炸气体的准静态应力的作用下，使径向裂缝进一步扩展。这种解释比较符合实际情况，与现场工程相对吻合2.1.2光面爆破的特点下面将现场总结光面爆破的特点分述如下：（1）爆破后岩壁平整，减少了超挖、欠挖带来的许多麻烦，节省了挖掘回填支护的工程量；（2）围岩不受明显的破坏，为巷道洞室的开挖和维护创造了良好的条件；（3）可以提高施工的安全性，工作面上几乎不出现松石，在围岩地质条件不良的地带施工，能保证工作正常的进行，不易触发冒顶、滑坡等事故；（4）减少岩壁上的应力集中现象，这对地下工程防止岩爆危害起重要作用。2.1.3光面爆破参数确定由于光面爆破的作用机理还没有完全研究透彻，再加上岩石本身性质的复杂性，目前还很难用理论计算的方法确定合理的爆破参数，所以常用的方法是工程类比法。常见的光面爆破参数见表2-1。表2-1国内地下工程常用光爆参数围岩情况洞室宽度/m光面爆破参数炮眼直径爆眼间距光爆层厚线装药密度稳定性好的中硬和坚硬岩石拱部535-45600-700500-7000.20-0.30535-45700-800700-9000.20-0.25侧墙35-45600-700600-7000.20-0.25稳定性较差或一般中硬岩到硬岩拱部535-45600-700600-8000.20-0.25535-45700-800800-10000.15-0.20侧墙35-45600-700700-8000.20-0.25稳定性差裂隙发育的松软岩石拱部535-45400-600700-9000.10-0.18535-45500-700800-10000.12-0.18侧墙35-45500-700700-9000.15-0.20说明：炮眼直径、爆眼间距、光爆层厚的单位是毫米，线装药密度的单位是千克/米。表2-2锚喷支护规范中所给的光爆参数岩石类型单轴饱和抗压强度装药不偶合系数周边眼间距/mm光爆层厚度/mm硬岩60MPa1.20~1.50550~700700~850中硬岩30~60MPa1.50~2.00450~650600~750软岩30MPa2.00~2.50350~600400~600根据上述两表中所列的光面爆破参数，结合+65皮带大巷的围岩条件，光面爆破参数的选定见表2-3。表2-3某巷道光面爆破参数表炮眼直径爆眼间距光爆层厚度线装药密度----此处附巷道光面爆破炮眼布置图。图2.1巷道光面爆破炮眼布置图2.2巷道支护新奥法施工2.2.1新奥法概述新奥法是由希腊布希维兹教授创建的，于1963年正式命名的，目前已广泛运用于欧美各个国家。所谓“新奥法”即为是在充分考虑围岩自身承载能力的基础上，对开挖巷道采用的支护工作，“新奥法”的“三大支柱”是锚杆支护、喷射混凝土支护和现场量测。新奥法不是一种纯粹的理论，也不是一种施工方法，而是一种设计和施工融为一体的技术方法。新奥法施工的基本原则（1）合理利用和充分发挥岩体强度。①地下的地质条件相当复杂，甚至在同一岩层中，岩性的好坏也会相差很大，岩石质量的好坏是影响稳定的最根本、最重要的因素。因而，应充分比较施工和维护稳定两方面经济合理的基础上，尽量将工程位置设计在岩性好的岩层中；②避免岩石强度的损坏；③充分发挥岩体的承载能力；④加固岩体。岩体的结构面，破碎带等结构破坏是岩体破坏的主要因素，采用加固岩体的锚喷支护、注浆等经济的方法效果非常好。（2）改善围岩的应力条件。①选择合理的隧道断面形状和尺寸；②选择合理的隧道位置和方向。（3）合理支护。合理的支护包括支护形式、支护刚度、支护时间、支护受力的合理性以及支护的经济性。支护是隧道围岩稳定的加强性措施。因而，支护参数的选泽应着眼于充分改善围岩应力状态，调动围岩的自承能力和效率。（4）强调监测和信息反馈。由于隧道的地质条件复杂并且难以完全预知，因此岩石地下工程施工所引起的岩体效应就不能像“白箱”那样操作，容易获得一个确定性的结果。所以用围岩再施工中的反响，来判断围岩变化规律，成为控制隧道围岩稳定最现实的方法。综上所述，新奥法的基本原则可概括为“少扰动，早喷护，勤量测，紧封闭”。2.2.2施工工序全断面光面爆破的施工工序为：（1）用钻孔台车钻眼，然后装药，连接导火线；（2）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出隧道断面；（3）排除危石，在拱部设置锚杆位置钻孔，钻孔直径为40mm，孔深为2.1m，灌强度为M25的水泥沙浆并安设锚杆，喷射10cm厚的C30混凝土；（4）用装渣机将石渣装入矿车，运出洞外；（5）在边墙设置锚杆位置钻孔，钻孔直径为40mm，孔深为2.1m，灌强度为M25的水泥沙浆并安设锚杆，喷射10cm厚的C30混凝土；（6）开始下一轮的循环；（7）构筑防水面，防水层为1.5mm厚的PVC板。防水层中的水可通集水排水管排出；（8）二次衬砌，完成锚喷支护后约3～6个月后开始支模浇筑混凝土构成二次衬砌。二次衬砌应等到围岩变位稳定后才进行，二次衬砌的作用在于改善铁路隧道的运营条件和作为一定的安全储备。2.2.3施工注意事项（1）钻孔施工①钻孔前，应根据设计要求和围岩情况，定出孔位，作出标记；②锚杆孔距的允许偏差值不能超过150mm；③孔内的积水和岩粉应吹干净。（2）锚杆施工①锚杆施工前，应检查材料型号、规格、品种，以及锚杆各部位质量和技术性能符合要求；②锚杆杆体使用前应平直、除锈、除油；③水泥沙浆拌制时，应用中细砂，粒径不超过2.5mm，使用前应过筛，沙浆配合比宜为：水泥比砂为1:1（重量比），水灰比为0.40；④注浆时，注浆管应插至距孔底50mm处，随沙浆的注入缓慢拔出，杆体插入后，若无沙浆溢出，则补注；⑤杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%，锚杆安装后，不得随意敲击。（3）喷射混凝土①用高压风冲洗受喷面；②埋设控制喷射混凝土厚度的标志；③作业区应有良好的通风和足够的照明装置；④喷射作业应分段进行，喷射顺序应自上而下：⑤一次喷射厚度不应超过70mm；⑥混凝土终凝时间到下一循环放炮时间，不应少于3小时；⑦喷射混凝土终凝2小时后，喷水养护，养护时间不得少于14天。3巷道支护设计3.1巷道支护形式的确定3.1.1确定原则（1）技术先进。对于支护技术的选择，应当采用目前最为先进、最为有效，施工最为快捷、方便的支护技术，例如，采用钢纤维喷射混凝土、预应力锚索、自钻式锚杆、高强预拉力锚杆、小孔径高强预应力锚索、高强让压锚杆等先进的支护构构件与技术。（2）安全可靠。在支护施工中，安全始终要放在最高位置，必须高度重视，在施工中要做到一丝不苟，将每一个支护构件准时安装到位，通风安全、施工安全、支护施工顺序、支护时间确定、排水防水、瓦斯的排出与爆炸预防措施，均要在确定时严格遵照规范，确保安全可靠。（3）经济合理。巷道每米的支护成本随着支护方法的变化有较大浮动，每米支护成本的变化对支护成本的节省有重要意义。在安全可靠合理的前提下，必须使支护成本达到最低，以提高经济效益，提高煤矿整体利润，具体做法是在锚杆锚索的选用、混凝土的使用量、喷射层厚度的确定组合等许多方面达到最佳组合，并且加快施工进程，使支护成本达到最低。（4）操作简便。在支