超前支護(hù)

隧道超前支護(hù)的方式主要有管棚、小導(dǎo)管、水平旋噴樁等，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其控制效果進(jìn)行了充分的研究。賈金青等對(duì)管棚的加固機(jī)制及加固效果進(jìn)行了研究，表明采用管棚注漿法能有效抑制軟弱破碎圍巖的變形，改善隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力，避免施工過(guò)程中產(chǎn)生塌方。張蓓等對(duì)超前小導(dǎo)管的加固參數(shù)與加固效果進(jìn)行了研究，研究表明超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)能夠提高圍巖的穩(wěn)定性，減少洞室的變形和塑性區(qū)，其環(huán)向分布范圍、管徑等是主要的加固參數(shù)。J. C. Anon 等歸納、總結(jié)水平旋噴樁的施工要點(diǎn)，對(duì)其工程應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，水平旋噴技術(shù)在軟弱砂層隧道預(yù)支護(hù)中具有良好的效果，對(duì)富水地層隔水效果良好，也可以避免隧洞水力破壞。因此，超前支護(hù)已經(jīng)成為隧道穿越軟弱破碎圍巖的關(guān)鍵措施，其設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 已有的關(guān)于超前支護(hù)設(shè)計(jì)的研究一般集中于對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化分析或者單一參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)如何選擇合適的隧道超前支護(hù)方式及合理參數(shù)范圍的研究較少。隧道超前支護(hù)設(shè)計(jì)在某些條件下過(guò)于保守，造成浪費(fèi)，然而在有些條件下又由于隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于薄弱而存在較大的安全隱患，給隧道工程的建設(shè)和后期的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要對(duì)如何選擇合適的隧道超前支護(hù)方式及合理參數(shù)范圍進(jìn)行深入的研究。

相較工作面支架，超前液壓支架成熟度不夠，還處于探索發(fā)展中，各種架型層出不窮，煤炭生產(chǎn)單位、支架生產(chǎn)制造廠家、設(shè)計(jì)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究創(chuàng)新，如天地科技開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部、兗礦集團(tuán)、太原分院、鄭州四維以及三一集團(tuán)等，開(kāi)發(fā)了從履帶壓頂端頭超前支架、可縮性巷道支架、氣墊液壓自移支架到目前的車(chē)載移動(dòng)支架等各種原理型式，但從近年的推廣應(yīng)用效果來(lái)看，仍以綜采工作面所用液壓支架演變出來(lái)的四連桿型式的超前液壓支架為主。 2100433B

隧道穿越軟弱破碎圍巖時(shí)，開(kāi)挖擾動(dòng)會(huì)引起較大的圍巖變形。如果初期支護(hù)施做不及時(shí)，圍巖變形可能超過(guò)其容許范圍，嚴(yán)重時(shí)引起掌子面失穩(wěn)、隧道塌方，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。此時(shí)，需采用隧道超前支護(hù)措施來(lái)控制圍巖的變形，從而達(dá)到保證隧道施工安全的目的。

超前支護(hù)超前距離測(cè)定方法

無(wú)論是單體支護(hù)，還是采用超前液壓支架，支護(hù)距離一般按照《煤礦安全規(guī)程》不小于 20 m 布置，對(duì)于壓力顯現(xiàn)較大或特殊開(kāi)采條件的煤層，研究方法主要有理論分析和礦壓觀測(cè)。巷道超前支護(hù)距離的確定主要依據(jù)超前壓支承壓力和巷道變形情況。

陳軼平對(duì)某礦井 8406 綜采工作面超前支承壓力進(jìn)行了觀測(cè)分析，采用煤幫安設(shè)鉆孔油壓枕的方式?；仫L(fēng)超前支承壓力從原巖應(yīng)力開(kāi)始增加，隨工作面的逐步推進(jìn)，其增幅也逐步增加，當(dāng)工作面推進(jìn)到距離煤壁 6 m 左右時(shí)，達(dá)到了增值的峰值，隨后又逐漸減小趨向于原巖應(yīng)力，工作面超前支承壓力影響范圍大約在工作面前方 30 m 的位置。工作面兩順槽超前 50 m 范圍內(nèi)，使用 DZ-40 單體液壓支柱配合 1.2 m 的鋼梁進(jìn)行支護(hù)。

大采高綜采工作面的采動(dòng)影響范圍大，對(duì)巷道布置、斷面選擇和超前支護(hù)方式都提出了新的要求。寺河礦 33014 工作面礦壓觀測(cè)得知，超前支承壓力影響范圍為 20～35 m，平均 28 m，在此范圍內(nèi)對(duì)巷道高 5 m 以上的斷面，單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)是十分困難的，對(duì)超前支架需求迫切。

華亭煤礦是典型的沖擊地壓礦井，隨著開(kāi)采深度的增加，沖擊地壓頻發(fā)，在超前段采用超前液壓支架。250103 工作面采用小煤柱長(zhǎng)壁后退式低位放頂煤開(kāi)采，工作面運(yùn)輸巷超前支護(hù)采用超前支架和 Π 型鋼梁進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)長(zhǎng)度不小于 80 m。從端頭支架算起 16 m 采用巷道支架支護(hù)，其余 64 m 采用 Π 型梁配合單體液壓支柱架設(shè)抬棚支護(hù)。工作面回風(fēng)巷支護(hù)長(zhǎng)度則達(dá) 150 m 。

許廠礦 1309 孤島工作面和 4307 沿空掘巷工作面，超前支護(hù)采用“單體支柱 頂梁”方式，規(guī)定軌道順槽支護(hù)距離不小于 100 m，并在巷道特殊區(qū)段、壓力劇烈時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

兗礦集團(tuán) 5318 綜放工作面巷道斷面為 3.0 m ×4.2 m ，采用錨網(wǎng)加鋼帶支護(hù)。通過(guò)圍巖巷道變形量觀測(cè)表明：① 超前支護(hù)距離的增大，巷道變形量及變形速度始動(dòng)點(diǎn)增大；② 超前支護(hù)距離的加大，可明顯減少巷道頂板的下沉速度、底鼓量、底鼓速度和兩幫移近量及移近速度。超前支護(hù)方式、距離及支護(hù)強(qiáng)度的改變不能影響超前支承壓力峰值的位置，僅影響巷道的圍巖變形量值。

河南神火集團(tuán)梁北礦 11151 工作面為極軟工作面煤層賦存條件，鐘新春等人采用 FLAC 5.0 數(shù)值計(jì)算軟件，模擬分析了煤層采高和煤體強(qiáng)度對(duì)工作面超前支承壓力和圍巖變形的影響規(guī)律，11151 極軟雙突厚煤層大采高工作面超前支承壓力實(shí)測(cè)影響范圍為 44.3 m，塑性區(qū)寬 8.7 m，破碎區(qū)寬 4.15 m，應(yīng)力峰值為 16.785 MPa。

超前支護(hù)超前支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)確定

普氏免壓拱理論是支護(hù)受力常用的模型之一，超前支架受力可以按照普氏免壓拱理論進(jìn)行分析。如華亭煤礦按照上述模型指導(dǎo)超前支架強(qiáng)度選取，取得了較好的支護(hù)效果。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)殷建生等人在確定董莊礦超前支護(hù)參數(shù)的原則時(shí)，分巷道外幫為實(shí)體煤和采空區(qū)2種情況。前者工作面前方的應(yīng)力高峰值可達(dá)到非應(yīng)力集中區(qū)的 2～3 倍，但由于兩幫實(shí)體煤的支撐作用，工作面前方基本頂巖層自身結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，并以其自身的規(guī)律彎曲下沉，因此支架阻力只要能夠在承載直接頂巖層質(zhì)量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，使直接頂巖層保持一定的自撐能力即可。支架設(shè)計(jì)為定變形工作狀態(tài)，以上臨界點(diǎn)開(kāi)始超前支護(hù)，到下臨界點(diǎn)前必須達(dá)到恒阻狀態(tài)，而其總可縮量應(yīng)與基本頂自上臨界點(diǎn)到工作面的累積下沉量相對(duì)應(yīng)。巷道外幫為采空區(qū)時(shí)。巷道圍巖變形運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原因是在基本頂斷裂前主要是采動(dòng)超前支承壓力的作用，在基本頂斷裂后主要是受基本頂破斷結(jié)構(gòu)失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的影響，因此要保證超前支架在最困難和最危險(xiǎn)時(shí)期能夠正常工作，必須使其適應(yīng)變形和定載荷的雙重極限工作狀態(tài)。所以應(yīng)以定變形原則來(lái)確定支架的可縮量，而以基本頂破斷結(jié)構(gòu)發(fā)生滑落失穩(wěn)來(lái)確定支架的工作阻力。

卞景強(qiáng)等人在東灘煤礦 143 上 14 工作面運(yùn)輸巷超前支護(hù)參數(shù)選擇上，按照“支護(hù)準(zhǔn)則”和“防滑準(zhǔn)則”計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度，并取其最大值作為合理支護(hù)強(qiáng)度。結(jié)合礦壓觀測(cè)成果，分別按直接頂初次垮落步距、基本頂初次來(lái)壓步距、正常推進(jìn)階段、防止直接頂滑動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，綜合比較取最大值。新巨龍礦 1302 工作面超前液壓支架選型過(guò)程中，采用基本頂位態(tài)方程對(duì)沿空順槽圍巖變形進(jìn)行預(yù)計(jì)，運(yùn)用彈性力學(xué)理論計(jì)算煤柱及沿空順槽實(shí)體幫的承載力，并以不發(fā)生“擠架”為原則，確定沿空順槽超前支護(hù)的臨界強(qiáng)度。

2019年8月30日，《綜采綜放工作面超前支護(hù)系統(tǒng)技術(shù)條件》發(fā)布。

2020年3月1日，《綜采綜放工作面超前支護(hù)系統(tǒng)技術(shù)條件》實(shí)施。