巷道支護巷道支護監(jiān)測

在井巷支護過程中和支護后，對巷道圍巖穩(wěn)定性、支護工作狀況進行的監(jiān)控和測試工作。支護監(jiān)測的任務(wù)是預(yù)報支護的安全程度，及時調(diào)整支護參數(shù)，修改支護設(shè)計，有效地維護好井巷工程。

以噴錨支護為例，支護監(jiān)測有下列幾方面的應(yīng)用：(1)按測得的圍巖允許的最大變形量，設(shè)計支護結(jié)構(gòu)的合理的柔性。(2)按測得的圍巖松動圈尺寸設(shè)計錨桿的合理長度。(3)按測得的圍巖變形時間效應(yīng)，確定兩種支護合理間隔時間。(4)按一次支護噴層應(yīng)力大小設(shè)計二次噴層厚度。(5)按測得的錨桿受力情況，調(diào)整其參數(shù)。

監(jiān)測方法：包括測試位移量和收斂量兩種方法。位移量測試包括測試巷道周邊收斂值和圍巖內(nèi)部位移值。

常用支架的破壞形式

埋深小于400m的煤巷，支護沒有問題：可采用木支架、工字鋼支架和U型鋼可縮性支架；

埋深超過600m，傳統(tǒng)支護不能適應(yīng)：木支架和金屬剛性支架徹底毀壞、U型鋼可縮性支架嚴重變形、低強度錨桿支護不能滿足巷道維護要求。

巷道支護木支架

優(yōu)點：重量輕、加工 容易、架設(shè)方便、有破壞信號。

缺點：強度低、易破壞、不防火、易腐蝕、風(fēng)阻大。

適用條件：巷道服務(wù)期較短、壓力小、斷面積不大。

巷道支護工字鋼支架

全名工字鋼可縮性梯形支架，適用于圍巖比較穩(wěn)定，受動壓影響，變形200—500mm的巷道。

巷道支護U型鋼支架

1、U型鋼可縮性拱形支架，適用于服務(wù)時間長，圍巖不穩(wěn)定，受動壓影響大，變形大于400mm，無底鼓的巷道。

2、U型鋼可縮性圓形支架，適用于服務(wù)時間長，圍巖不穩(wěn)定，受動壓影響大，變形大于800mm，有底鼓的巷道。

3、U型鋼方環(huán)形可縮性環(huán)形支架，適用于服務(wù)時間長，圍巖不穩(wěn)定，受動壓影響大，變形大于1000mm，有底鼓的巷道。

巷道支護錨桿支護

有錨桿支護梯形巷道，錨桿支護拱形巷道等類型。錨桿支護已經(jīng)成為我國煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護方式，顯著提高了巷道支護效果，保證了采煤工作面的安全、快速推進，促進了煤炭產(chǎn)量的大幅度增長。

我國煤礦錨桿支護技術(shù)經(jīng)歷了從低強度、高強度到高預(yù)應(yīng)力、強力支護的發(fā)展過程。早期采用的錨桿支護 強 度剛度低，支護原理上仍屬于被動支護。1996—1997年我國引進澳大利亞錨桿支護技術(shù)，高強度錨桿支護技術(shù)得到廣泛認可。2005 年以來，為解決深部高地應(yīng)力、受強烈采動影響、沿空留巷等復(fù)雜困難巷道支護難題，又開發(fā)出高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿與錨索支護技術(shù)，真正實現(xiàn)了錨桿的主動、及時支護，大幅度減少了巷道圍巖變形與破壞，支護狀況發(fā)生了本質(zhì)改變。2009 年，煤炭行業(yè)標準“煤巷錨桿支護技術(shù)規(guī)范”( MT/T1104 － 2009) 發(fā)布，標志著煤巷錨桿支護技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。我國很多礦區(qū)煤巷錨桿支護率達到 60% ，有些礦區(qū)超過了 90% ，甚至達到 100% 。我國煤礦已經(jīng)形成了有中國特色的煤巷錨桿支護成套技術(shù)體系，錨桿支護已經(jīng)成為煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護方式。

錨桿支護理論歸納起來有3種模式：① 被動地懸吊破壞或潛在破壞范圍的煤巖體；② 在錨固區(qū)內(nèi)形成某種結(jié)構(gòu)( 梁、層、拱、殼等) ；③ 改善錨固區(qū)圍巖力學(xué)性能與應(yīng)力狀態(tài)，控制圍巖變形與破壞。

采用不同材料支撐井巷空間，使巖層處于穩(wěn)定狀態(tài)的作業(yè)。井巷支護按工程項目分為豎井支護，平、斜巷支護和硐室支護三類。

巷道支護豎井支護

豎井?dāng)嗝嬉话愣疾捎脠A形，小型豎井也有采用矩形斷面。在穩(wěn)定巖層中施工豎井一般采用永久支護;當(dāng)豎井穿過表土層、破碎不穩(wěn)定巖層時，還必須在掘進過程中進行臨時支護。使用的支護材料有木材、鋼材、石材、混凝土和鋼筋混凝土、錨噴混凝土等。

木材支護：用于小型豎井或淺井的支護。也可用作圓形空豎井的背板。支護用木材一般采用直徑20cm以下的松原木，背板采用厚度為5cm的松木板。支護形式有懸吊井框和間隔井框兩種。間隔井框之間可用木柱分隔，井框支承在下部基框上，其段高視地層條件而定;懸吊井框設(shè)鋼筋吊鉤，支承在上部基框上，其段長根據(jù)井框重量和配用鋼筋數(shù)量經(jīng)計算確定。

鋼材支護：用于小型豎井或淺井的永久支護和圓形豎井的臨時支護，有井圈背板支護和金屬掩護筒支護兩種。

(1)井圈背板支護。用井圈背板作臨時支護，先往下掘進一段，隨即架設(shè)背板，直至達到所定的施工段高，然后再由下而上一邊拆除井圈背板，一邊進行永久支護。其施工方式有長段單行作業(yè)和平行作業(yè)，適用于磚石、混凝土與鋼筋混凝土永久支護的井筒。支護形式有倒魚鱗式、對頭式、花背板式。倒魚鱗式用于表土層、松軟巖層和淋水較大巖層，具有防止片幫，安全可靠和背板可作模板用等優(yōu)點;對頭式用于一般基巖，具有封閉巖幫嚴密，背板可作模板等優(yōu)點;花背板式用于穩(wěn)定巖層。

(2)金屬掩護筒支護。采用型鋼和鋼絲網(wǎng)或鋼板制成筒形結(jié)構(gòu)物，吊掛在掘進工作面上方，并隨下掘而下放的支護方法，適用于穩(wěn)定圍巖和采用平行作業(yè)方式的井筒支護，金屬掩護筒按構(gòu)造分柔性掩護筒和剛性掩護筒兩種。柔性掩護筒采用型鋼制成比掘進直徑小200mm的多層圓形骨架，其間距為1m，用鋼絲繩相連，在骨架外圍敷設(shè)三層鍍鋅鋼絲網(wǎng)，構(gòu)成一個柔性圓筒;剛性掩護筒由采用型鋼、鋼板制成的外、內(nèi)兩層掩護筒和懸吊裝置組成。金屬掩護筒懸掛在吊盤的下層盤，隨吊盤下降而下降。

石材支護：用料石砌筑豎井井壁的支護方法。僅用于小型豎井、涌水量小的巖層支護。它具有就地取材、施工簡單、節(jié)約投資、不用木材和鋼材等優(yōu)點，但存在施工效率低、機械化程度低、勞動強度大、封水性能差等缺點，適用于長段單行作業(yè)的井筒支護。支護方法是：當(dāng)豎井掘進至所要求的段高后，澆筑混凝土壁座或壁圈，并由下而上一邊砌筑一邊進行壁后充填混凝土，直至上段井壁底部。

混凝土支護：由于井筒斷面和井深的不斷加大，越來越多的豎井采用整體澆灌混凝土井壁作為永久支護的方法。表土井頸段井壁、穿過破碎巖層和地耐力較大地層的豎井段井壁應(yīng)配置鋼筋。混凝土井壁支護包括模板支設(shè)、混凝土攪拌、混凝土輸送、井壁施工和井壁淋水綜合處理措施。

(1)模板支設(shè)。按材料分有繩捆式木模板、裝配式木模板和金屬模板。這些模板在地面加工而在井下組裝，并按設(shè)計規(guī)格進行測量固定，由下往上邊支模邊澆灌混凝土，直至上段混凝土井壁底部。這種模板作業(yè)簡單，但施工效率低、勞動強度大、材料用量多，僅適用于單行作業(yè)的豎井施工。按構(gòu)造形式，模板又分為活動金屬模板和滑動模板?；顒咏饘倌０宥嘤糜诿旱V豎井，由模板、脫模裝置、刃腳、接碴模板構(gòu)成，可懸掛在吊盤上或由地面穩(wěn)車直接懸吊，隨井筒下掘進行支護。這種模板適用于混合作業(yè)施工方式的豎井混凝土澆灌?；瑒幽０逵姓w上行滑動模板和液壓滑升模板兩種，利用絲杠、絞車或液壓千斤頂模板，進行自下而上邊提拉模板邊澆灌混凝土。這種模板適用于單行作業(yè)和異段平行作業(yè)的井壁混凝土澆灌，特別適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的井頸段和凍結(jié)段井壁的二次復(fù)壁混凝土施工。

(2)混凝土攪拌。整體澆灌混凝土井壁時，混凝土采用機械攪拌。攪拌站可設(shè)置在井口棚內(nèi)或井口棚外。設(shè)在井口棚內(nèi)的攪拌站有低于井口式、高于井口式和兩井共用式三種。

(3)混凝土輸送。有吊桶和輸送管(溜灰管)兩種輸送方式。吊桶輸送方式可利用矸石吊桶或采用專用的底卸式吊桶或翻轉(zhuǎn)式吊桶。用吊桶將混凝土下至吊盤，經(jīng)受料斗、分灰器再把混凝土送至井壁模板內(nèi)。輸送管(溜灰管)輸送方式包括受料斗、伸縮管、溜灰管、緩沖器、活節(jié)管等部分。輸送管采用直徑169mm、厚6mm無縫鋼管，隨工作面前進用法蘭盤接長。輸送管上部配置有伸縮管和受料斗，下部裝有緩沖器和活節(jié)管。緩沖器起減緩混凝土流速的作用，常用的為圓筒式緩沖器?；罟?jié)管由15～35個用薄鋼板制成的錐形短管組成，總長度為8～20m，在工作面內(nèi)可以自由擺動并隨模板加高而逐節(jié)拆除。輸送管運輸方式可用于井深，大于600m的井筒施工。

(4)井壁施工。按不同作業(yè)方式進行現(xiàn)澆混凝土井壁施工。單行作業(yè)方式時，在工作面松碴上立底模，自下而上立模澆灌混凝土，直至上段井壁;平行作業(yè)方式時，利用吊盤或穩(wěn)繩盤進行高空立模澆灌混凝土;混合作業(yè)方式時，采用活動金屬模板隨工作面下掘進行混凝土澆灌。若上下兩段井壁接碴后仍有滲水，可用快干水泥處理;若有淋水，則應(yīng)先導(dǎo)水，再進行壁后注漿堵水。當(dāng)井壁設(shè)有梁窩時，可采用預(yù)梁窩或現(xiàn)鑿梁窩的方法，也可采用螺栓固定鋼梁，在安裝時進行施工。

(5)井壁淋水綜合處理措施。井壁淋水主要是上段井筒淋水、砌壁井段含水巖層涌水以及井口和管路漏水。上段井筒淋水可采取設(shè)置截水槽截水措施，將水集中后導(dǎo)入井底。當(dāng)水量較大又集中出水時，應(yīng)作注漿處理。對砌壁井段幫淋水，采取的措施之一是，將集中出水點包以卵石濾水層，外面以黃泥或磚石作擋水墻或采用雙層模板、快凝混凝土作隔水層，再插入導(dǎo)水管使涌水集中流出模板后進行砌壁或澆灌混凝土，再進行壁后注漿封水。措施之二是，在砌壁段井幫淋水的工作面上方架設(shè)木質(zhì)或鋼質(zhì)擋水板、防水圈、防水槽或在吊盤上層盤進行擋水，使淋水不流入模板內(nèi)。措施之三是，模板內(nèi)的積水可在模板上直接鉆孔放出或用集水盒、穿孔鋼管集水導(dǎo)出，或以虹吸管導(dǎo)水等辦法排出。井壁淋水需要采取多種綜合處理措施。

(6)錨噴支護。一般用于f>5，而裂隙小、涌水少的圍巖支護。錨噴支護的金屬網(wǎng)用16號鍍鋅鐵絲編成，支護時相互搭接，用楔縫式錨桿固定在井幫上，與噴射混凝土結(jié)合。在豎井支護中，噴射混凝土一般被用作永久支護。由于它分次施工，第一次先噴的一層厚度較小的混凝土可作為臨時支護。因而錨噴支護既適用于臨時支護，也可用于永久支護。

巷道支護平斜巷支護

巷道支護包括安設(shè)支架和維護巷道雙重含義。巷道支護有棚式支架、石材支護、錨桿支護和噴射混凝土支護。棚式支架和石材支護屬剛性支護，錨桿支護和噴射混凝土支護具有一定的柔性。

棚式支架：按材料不同有木支架、金屬支架、預(yù)制鋼筋混凝土支架。支架可在制作廠加工，也可在現(xiàn)場加工，采取邊掘進邊架設(shè)。棚式支架的架設(shè)順序為：挖棚腿窩一立棚腿一上頂梁一打角楔一背頂梁一背幫一加撐柱或架設(shè)支架縱向拉桿。木支架、金屬支架既可用作石材支護的臨時支架，又可作為永久支架。在斜巷支護中，當(dāng)斜巷的傾角小于10°時，棚式支架應(yīng)有3°～5°迎山角;傾角為10°～20°時，棚間應(yīng)加頂撐;傾角為20°～30°時，棚間應(yīng)加頂、底撐;傾角大于30°時，應(yīng)加頂、底撐和底梁，并在每段下部設(shè)置基框或承木，并由下往上進行架棚。

石材支護：用于巖石松軟破碎和節(jié)理裂隙比較發(fā)育及滲水的基巖支護。按結(jié)構(gòu)形式不同分為砌碹支護和整體式支護兩種。

(1)砌碹支護。支護材料有磚、料石、混凝土塊三種。砌碹支護具有堅固、耐久、防火、阻水、通風(fēng)阻力小和就地取材等優(yōu)點，但勞動強度大、機械化程度低、速度慢、阻水效果和整體性能差。石材支護與掘進工作面之間的距離一般為20～40m，可采取單元作業(yè)或平行作業(yè)施工。當(dāng)巖石較松軟時，常采用由型鋼制成的拱形構(gòu)件作臨時支護，并隨掘進而架設(shè)，達到要求的段長后再進行永久支護施工。臨時金屬支架按圍巖性質(zhì)不同有無腿支架和帶腿支架兩種。石材支護的砌筑順序為：拆除臨時支架—掘砌基礎(chǔ)—砌筑側(cè)墻—立碹胎模板—砌拱—充填—養(yǎng)護—拆模清理。當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較差時，采用先墻后拱的分段抬拱梁。支護材料采用材料車按需用量供應(yīng)，砌筑用的砂漿和充填用的混凝土可在現(xiàn)場拌制。

(2)整體式支護。有現(xiàn)澆混凝土支護和鋼筋混凝土支護兩種，整體式支護的施工順序與砌碹支護相似。

錨桿支護：將錨桿錨入圍巖內(nèi)，使巷道周圍形成一個整體而穩(wěn)定的巖石帶，以達到支架和圍巖共同工作目的的巷道支護。錨桿種類較多，按其結(jié)構(gòu)形式有4類22種，礦山常用的錨桿有楔縫式、脹殼式 倒楔式以及樹脂和水泥等點錨式錨桿;全長粘結(jié)式水泥砂漿錨桿(包括鋼絲繩錨桿);管縫式、脹管式等摩擦式全長錨固錨桿;楔管式、砂漿楔縫式和砂漿楔管式等綜合式錨桿。錨桿材料可采用金屬材料或者竹、木。

錨桿安設(shè)包括打眼、安裝、注眼三個工序。(1)打眼。用鑿巖機打眼或用專用的錨桿鉆機。錨桿打眼安裝機打眼。(2)安裝。按錨桿種類和材料不同采用不同的安裝方法。竹、木錨桿用風(fēng)錘或手錘打緊、錨固;楔縫式金屬錨桿用風(fēng)錘、扭力扳手、普通扳手或手錘錨固;管縫式錨桿安裝用鑿巖，推入孔眼中預(yù)定位置;脹管式錨桿可用高壓水脹管安裝。(3)注眼?？刹捎孟儒^后注或先注后錨兩種方式。竹、木、金屬錨桿安裝后，用注眼器、注漿器將水泥砂漿注入。對于樹脂錨桿與快硬水泥錨桿，先將水泥藥卷或樹脂藥卷用錨桿體送至孔底，再用配有特殊鉆頭的普通電鉆、扭力扳手或普通扳手將錨桿一次安裝。

噴射混凝土支護：用壓縮空氣將混凝土拌合料經(jīng)噴槍高速噴射于巖壁表面。并與巖壁緊密粘結(jié)，構(gòu)成支承結(jié)構(gòu)的井壁支護。它與錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼纖維相結(jié)合，能提高噴射混凝土的整體性，可用作臨時支護和永久支護。噴射混凝土支護具有許多優(yōu)點：能使混凝土與圍巖緊密粘結(jié)，在巷道周壁形成巖石拱，充分發(fā)揮圍巖的支承作用;巷道開挖后能及時支護圍巖;噴層可以薄層支護巷道，具有良好的柔性，對初次地壓大的巖層支護效果好;能填補巷道表面的凹穴，緩和應(yīng)力集中;能及時封閉巖面，減少巖石的風(fēng)化變形。

根據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定程度，可分別采用素噴射混凝土、鋼纖維噴射混凝土、錨噴混凝土、錨網(wǎng)噴混凝土進行支護。噴射混凝土施工包括備料、拌料、噴射機輸送、噴射、養(yǎng)護等工序。

(1)備料。噴射混凝土的原材料有水泥、砂、石、外加劑和水。所用材料除滿足普通混凝土的要求外，應(yīng)采用標號為425以上的普通硅酸鹽水泥、中粗砂和最大粒徑不超過25mm的石子。砂石應(yīng)進行篩洗，并設(shè)擋雨棚晾干，嚴格控制含水率。

(2)拌料。采用容積為375L的蝸槳式攪拌機或螺旋強制式攪拌機拌料。先按設(shè)計配合比將砂、石、水泥經(jīng)計量后送入攪拌機攪拌，然后再將通過振動篩的合格拌合料送入貯料斗待用。

(3)噴射機輸送。專用噴射機有干式、濕式、干濕兩用和噴射機組四類。干式噴射機有罐式、轉(zhuǎn)體式和螺旋式;干濕兩用噴射機有JP型;噴射機組由上料機、混凝土噴射機和噴霧加水系統(tǒng)組成，有適用于巷道支護的PS-JP型噴射機組和適用于豎井支護的噴射機組。噴射機一般設(shè)置在支護工作面附近的井口或吊盤上。拌合料可以用礦車、專用材料車或管道運送，速凝劑可在拌料時一齊加入或在噴射機上料時加入。輸料管以采用鋼管為主，并用軟管分別連接噴射機與噴頭。輸送距離取決于噴射機的性能，水平輸送距離一般都在500m以內(nèi)，向上垂直輸送為50m以內(nèi)，若輸送距離較遠可在輸料管上加設(shè)壓氣噴嘴進行增壓。

(4)噴射。利用壓縮空氣將拌合料通過輸料軟管送至噴頭，在噴頭處加水混合后，噴射至支護工作面。噴頭有單水環(huán)式、雙水環(huán)式及異徑葫蘆管與預(yù)加水環(huán)式三種。噴射混凝土作業(yè)分區(qū)進行。巷道施噴按先墻后拱順序進行，當(dāng)遇到松軟不穩(wěn)定巖層時，初噴為先拱后墻，復(fù)噴為先墻后拱，局部不穩(wěn)定部分應(yīng)先期處理。豎井施噴由下而上分段噴射。噴槍應(yīng)按螺旋狀軌跡一圈壓半圈的橫向運動，噴頭離工作面的距離為0.5～1.0m，噴槍與受噴面垂線的夾角為10°～15°。噴層較厚時，應(yīng)分層噴射。

(5)養(yǎng)護。為使水泥充分水化，減少或防止噴射混凝土收縮開裂，混凝土應(yīng)灑水養(yǎng)護。養(yǎng)護時間和灑水次數(shù)視作業(yè)面條件而定。

巷道支護硐室支護

硐室具有斷面大、長度短、形狀復(fù)雜、與周圍井巷工程聯(lián)接多等特點。大多硐室還要求具有隔水、防潮等性能。硐室支護常與井筒支護、車場巷道支護同時進行，使之成為一個整體。硐室支護可采用現(xiàn)澆混凝土和錨噴混凝土支護。其順序有先拱后墻和先墻后拱。在不穩(wěn)定巖層中施工硐室時，要進行臨時支護，常用的有木支架、鋼支架、錨噴臨時支護等。

1、新奧法支護理論：采用光面爆破; 采用早強噴射混凝土及時封閉巷道周邊，實施密貼支護; 采用錨噴支護，主動加固圍巖，提高其自承能力，在圍巖內(nèi)形成承載圈; 實施二次支護; 對破碎圍巖實施注漿加固; 實施動態(tài)設(shè)計和動態(tài)施工等。

2、聯(lián)合支護理論：對于復(fù)雜困難巷道，只提高支護體剛度難以有效控制圍巖變形，要先柔后剛，先讓后抗，柔讓適度，穩(wěn)定支護。

3、松動圈支護理論：道開挖后一般會出現(xiàn)松動圈，圍巖最大變形載荷是松動圈產(chǎn)生過程中的碎脹變形，圍巖破裂過程中巖石碎脹變形是支護對象。松動圈越大，碎脹變形越大，圍巖變形量越大，巷道支護也越困難。

4、圍巖強度強化理論：強化圍巖應(yīng)力狀態(tài)，增加圍壓，提高圍巖承載能力。

煤礦巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。 多年來國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗表明，錨桿支護是經(jīng)濟、有效的支護技術(shù)，與棚式支架支護相比，錨桿支護顯著提高了巷道支護效果，降低了巷道支護成本，減輕了工人勞動強度。更重要的是錨桿支護大大簡化了采煤工作面端頭支護和超前支護工藝，保證了安全生產(chǎn)，為采煤工作面的快速推進和煤炭產(chǎn)量的大幅度提高創(chuàng)造了良好條件。

水平巷道支護分臨時支架和永久支架。臨時支架比較簡單，現(xiàn)將幾種永久支架介紹如下：

木材支架

在礦山支護中使用的最早，也最廣泛，其優(yōu)點之一是架設(shè)簡便。在使用年限不長的中，小斷面巷道中，多用木材支架。支架的形式很多，有普通棚子（斷面為矩形、梯形）和多角形棚子。多角形棚子用在斷面較大的巷道中。

圖普通木材支架結(jié)構(gòu)形式

木材棚子之間一般要有一定的距離，如果巷道圍巖壓力較大，也可以采用沒有間隔的密集棚。棚子結(jié)口處與巷道壁之間要用木楔楔緊，并且把有孔隙的地方用木背板插嚴。棚子的立柱是承受巷道地壓的主體，一般要與水平面成的夾角，并且放在柱窩內(nèi)以避免滑倒。 2100433B

第1章 緒 論

第2章 專家系統(tǒng)及煤礦巷道支護智能設(shè)計系統(tǒng)概述

第3章 煤礦巷道支護設(shè)計方法

第4章 煤礦巷道圍巖穩(wěn)定性智能分類

第5章 基于工程類比煤礦巷道支護參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

第6章 基于FLAC3D煤礦巷道支護設(shè)計智能優(yōu)化

第7章 煤礦巷道支護礦圖輔助繪制系統(tǒng)

第8章 煤礦巷道支護智能設(shè)計系統(tǒng)知識庫與推理機建立

第9章 煤礦巷道支護智能設(shè)計系統(tǒng)工程應(yīng)用

參考文獻 2100433B