浅谈软岩巷道支护结构的选择Word格式文档下载.docx

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第3章软岩巷道支护结构的选择...............................8

第3.1节砌碹封闭式支护.................................8

第3.2节圆碹加砌木砖封闭式支护.........................8

第3.3节条带碹支护.....................................8

第3.4节离壁碹支护.....................................9

第3.5节可缩性U型钢支护...............................9

第3.6节置换支护......................................10

第3.7节锚喷网支护....................................10

第3.8节锚喷与U型钢可缩支架的联合支护................10

第3.9节锚喷锚注式支护................................10

第3.10节缓冲锚喷砌碹支护.............................11

第3.11节锚索—锚网梁支护.............................11

结论......................................................13

参考文献....................................................14

致谢......................................................15

前言

随着国民经济的发展，煤炭的需求量逐年增长，开采的范围也不断扩大。

无论新老矿井，在开掘巷道时都遇到了大量的软岩层，特别是随着开采深度的不断增加，深部地压明显增大。

加之开采条件愈趋复杂，给巷道的掘进和维护带来了很多的困难。

在开掘过程中，由于围岩的变形、位移膨胀，使巷道掘进速度减慢，每天仅能完成几米。

巷道竣工不久，支护受到严重破坏，某些矿的掘砌成本高达每米几千元，甚至上万元，是稳定围岩中同类巷道的3~4倍，而且维修困难。

在软岩层中施工巷道，掘进容易，但维护极其困难，采用常规的施工方法和传统的支护结构，往往不能凑效。

因此研究软岩支护问题便成为巷道施工的关键问题。

第一章软岩巷道支护的特点

从理论分析和工程实践可知，软岩巷道的支护必须遵循“以柔克刚、刚柔结合、缓冲让压、稳定支护”的基本准则，即“先柔后刚”才能收到效果。

第1.1节控制爆破维护围岩

由于软岩自稳能力差，怕震动，故掘进时必须采用打浅眼、少装药、放松动炮、光爆等控制爆破，多采用预留光面层的光面爆破，力求减少爆破震动对岩体的破坏，必要时采用手镐或风镐掘进。

有条件的使用掘进机钻岩更好。

特别松软破碎的围岩，可以采用临时超前锚杆前探支护手段或者采取注浆等技术措施，并尽量减少水的影响。

以确保围岩强度和稳定，减少爆震波的影响及开掘后重新分布应力的扰动影响范围。

第1.2节采用柔性或可缩性的一次支护

软岩开掘后应及时喷射薄层混泥土封闭围岩，以防止吸水、潮解风化，进一步保护围岩的稳定，然后打锚杆或锚杆加金属网、复喷、架设可缩性金属支架，构成即具有足够支护抗力又具有足够的柔性或可缩性的一次支护。

支架要有相应的较大可缩性，喷层则可通过薄喷与复喷、加金属等来提高其柔性。

锚杆须用全长锚固而且具有滑移、伸展等大位移的让压锚杆，如管缝式、弹簧式等锚杆。

第1.3节及时补充加强一次支护

一次支护后应加强对围岩与支护变形的监测。

若发现位移速度较大，不足以使围岩由急剧变形转化为缓慢变形时，表明一次支护的抗力不足，应及时采取补打锚杆、加密支架等相应的补充加强措施。

喷层发生开裂，采取复喷和薄喷即可。

第1.4节围岩趋于稳定时采用二次支护

对于蠕变、膨胀变形大、持续时间长的软岩，待围岩趋于稳定（一般是巷道开掘3—6米以后），采取二次支护。

二次支护不宜采用刚性大的支护结构，否则将导致过大的压力而遭破坏，造成支护代价过大。

二次支护应采用具有缓冲、可缩、让压特性又有足够支护抗力的支护结构。

第1.5节适时封底

封底是软岩支护的重要环节。

封底的时机既要避开巷道掘进初期的急剧变形影响，又不能因延时封底导致整个支护失利。

因此封底分两步进行，一是在围岩初期急剧变形期后（大约15天左右），采用柔性的锚喷封底结构；

二是待围岩趋于稳定时，及时作永久性封底处理，常用有较高强度与封闭性能好的底拱结构。

第2章软岩巷道中常用的断面形状

由于松软岩层地质情况非常复杂，若采用常规的断面形状显然难以适应，往往造成巷道的破坏和失稳。

因此合理选择巷道断面形状，对软岩的维护有着重要的意义。

巷道断面不只是满足使用上的要求，更重要的是还必须与围岩所处原岩应力或巷道开掘后附加应力相适应，充分发挥利用围岩与支护自身的强度，提高其自承能力与稳定性，收到更好的维护效果。

软岩巷道一般常用断面如下：

（1）当巷道全部位于厚层软岩中时，一般属各向等压，应采用圆形断面。

（2）当巷道顶板和底板软岩层不是很厚时，应采用高顶的椭圆或马蹄形拱断面。

（3）当巷道的两侧为软岩时，应采用低顶椭圆拱断面。

（4）当巷道与软岩斜交或通过原岩主应力方向既不是垂直又不是水平方向时，宜采用斜交椭圆形断面，也就是长轴与斜交最大主应力方向一致的椭圆断面或马蹄形断面。

第3章软岩巷道支护结构的选择

根据软岩的不同类型、位移、压力及使用条件等情况，软岩支护结构有传统支护、锚喷支护以及两者组合的混合支护、缓冲支护、让压支护等多种支护结构。

由于各矿区松软岩层的地质条件及围岩条件的复杂性和随机性，目前尚无公认的理论计算方法。

所以必须从软岩巷道支护工程的实际情况出发，应因地制宜选择使用，使其在技术上、经济上更加合理。

第3.1节砌碹封闭式支护

采用圆形、椭圆形、马蹄形等合理断面形状与其相应的料石和混凝土块砌碹封闭支护。

此种传统的刚性支护结构，适用于浅部、位移及压力不大的膨胀性软岩巷道。

碹的壁后充填软矸或砂。

第3.2节圆碹加砌木砖封闭式支护

这种支护结构与企鹅寻封闭式支护的区别是在料石和混凝土之间均匀地加一定数量的木砖，使砌碹刚性支护形成一定的可缩量，增加适应围岩变形的可缩性能，每块木砖厚一般为20—50mm，当围岩的压力越大、变形量越大时，所需木砖的块数就越多，木砖的厚度也就越大。

由于木砖受压收缩，当围岩反力作用在圆碹上，碹体作用在木砖上，碹体压力超过木砖的抗压极限强度时，木砖收缩，圆碹与围岩一起内移。

显然，加木砖的圆碹支护改善了砌碹刚性支护的刚度，增加了软岩的适应范围，但木砖防腐耐久性差，只适用于服务年限不长，且不重要的软岩巷

道。

第3.3节条带碹支护

在松软、膨胀软岩中，采用圆碹加砌木砖任不能满足释放较大能量的要求时，就可采用条带碹，这也是解决软岩支护问题的途径之一。

条带碹就是用料石或混凝土砌筑成一定长度的支护碹体，称之为“条带”，条带与条带之间留有一定宽度的空隙，称之为“卸压通道”，通道让顶、帮围岩暴露，允许围岩巷道空间方向挤出，起到能量或应力释放的作用，为围岩变形提供机会，以减轻对碹体的压力。

条带碹除了适用于塑性流变大，有粘土膨胀性矿物成分的软岩平巷或坡度较小的斜巷外，对受采动影响的巷道也有较大的适应性。

而且条带碹还具有成本低、施工速度快、便于维修等优点。

第3.4节离壁碹支护

离壁碹支护就是碹体和支架离开围岩顶板及两帮有一定距离的一种支护形式。

离壁尺寸取决于围岩释放能量的大小，围岩释放能量大，比昂性量也大，离壁的尺寸也大。

离壁碹之所以能支护软岩巷道并稳定下来，就是它留出释放能量的变形空间，让围岩变形。

离壁碹支护适应于围岩释放能量较大的软岩巷道。

第3.5节可缩性U型钢支护

U型钢支护有多种结构形式，根据巷道断面尺寸的不同分为4节、5节、6节等不同类型。

一般常用18#—36#U型钢制作，节与节之间搭接长度30—40mm，用卡箍、螺栓或钢楔锁紧装置来获得摩擦接头阻力。

当围岩变形压力超过U型钢接头摩擦阻力时，U型钢接头发生收缩，围岩释放能量，巷道断面收敛减小，形变压力降低，U型钢支架停止收缩。

当围岩变形压力再次超过接头阻力时，支架将再次重复上述过程，直到围岩和支架达到稳定时为止。

因此，U型钢支架有两个功能：

一是有一定的承载能力，吸收一部分能量；

二是有可缩性，能释放支架吸收不完的能量，而且其关系是自动的，可以控制的。

U型钢支架适用性较强，它不仅能适用软岩巷道支护，而且能适用于位移及压力大的动压巷道支护，且便于安装和多次重复使用。

同时，U型钢支架之间的空隙，也是释放围岩应力的良好卸压缺口。

其缺点是钢材消耗量大、加工要求高，对围岩的封闭、防水及防风化性能差。

所以在易风化、崩解性差的巷道中采用这类支架，最好是先喷一层混凝土将围岩封闭后再架设支架。

第3.6节置换支架

这种支护的实质是将软岩多挖出一定深度，用高强度材料（混凝土、碎石、矿渣和砂子等）置换，然后再进行支护，使软岩的位移压力得到控制，获得较好的支护效果。

置换支护有两种基本形式：

当软岩只占巷道断面的一部分时，采用局部置换支护；

当全断面位于软岩之中时，采用全部置换支护。

第3.7节锚网喷支护

在流变、膨胀性不很大的软岩中，锚网支护是有效的支护结构。

其支护特点要求是：

（1）巷道掘进后及时喷一层薄混凝土，以封闭围岩、防水防风化、保护围岩强度及自承能力。

（2）以锚为主，软岩锚杆要选用全长锚固具有滑移让压特性适应大位移量的锚杆，锚杆密度要大，一般小于400—600mm，最好是长锚杆与短锚杆并用。

（3）加铺金属网并用锚杆将网与岩壁锚固紧。

（4）复喷混凝土，形成锚喷网一次支护。

（5）观察围岩与支护的变形位移，并适时复喷补强；

到围岩趋于稳定时，复喷混凝土到设计厚度，形成永久性二次支护。

第3.8节锚喷与U型钢可缩性支架的联合支护

在流变、膨胀性较大的软岩中，仅采用锚网喷支护还不足以适应围岩的位移和压力，需要在锚网喷支护的基础上，再架U型钢可缩支架构成联合支护结构，可发挥两者的特长，支护效果更好。

联合支护已在很多煤矿取得成功，此种支护方式能解决松软膨胀地层的软岩巷道的支护问题。

第3.9节锚喷锚注式支护

在煤层顶板较松软，且松软岩层较厚的软岩中，采用其他支护易发生漏冒顶及兜顶的，宜采用锚喷锚注的支护方式。

这种支护是软岩层中注入一种粘合剂，使软岩层粘结成整体岩层后进行锚网喷支护，并根据实际情

况每隔一定距离打上锚索支护。

此支护方式已在一些矿井的使用中取得了不错的效果。

第3.10节缓冲锚喷砌碹支护

在流度、膨胀性很大的软岩中，采用缓冲锚喷砌碹支护是十分有效的。

在这种结构中，先采用上述锚网支护，它具有良好的及时性、封闭性、柔性和较大的支护抗力。

它既是一次并代替临时支护，又是永久支护的重要组成部分。

在对一次支护监测补强的基础上，待围岩趋于平缓稳定变形阶段时，再及时进行内层砌碹支护。

砌体要具有较好的防水封闭性，并与锚网支护共同作用成为永久性支护结构。

同时在外层锚网喷支护与内层砌碹支护之间，必须留有一定的缓冲间隙，用以吸收围岩在长时期内继续产生的缓慢变形位移与压力。

当缓冲间隙最终消失时，围岩与支护达到稳定，确保围岩与支护的长期稳定正常安全使用。

缓冲间隙一般应充填系数大的疏松物质，如炉灰、锯末等。

因外层有可靠的锚网喷支护，围岩不会产生松脱失稳，故缓冲间隙不充填，即空气缓冲，则可收到更好的效果。

第3.11节锚索—锚网梁支护

在“三软”煤层煤巷中，采用“锚索—锚网梁”支护是很有效的。

其支护特点有：

（1）锚索—锚网梁支护属于主动支护。

锚杆、锚索施工时可以施加较大的预紧力，对围岩提供轴向及横向的支护阻力。

随着围岩变形，支护阻力迅速增加。

（2）围岩强度降低不多就得到加固。

充分发挥围岩的自承能力，将载荷体变为承载体，有效地控制变形。

（3）锚索支护深度大。

可以对顶板施加15t的预紧力，使顶板较大范围内的岩体相互挤压形成组合梁。

同时，锚索作用下在顶板形成的应力拱向煤帮的深处发展，降低了煤帮浅处与底板中的应力，减小了煤帮塑性区深度，达到最终控制巷道两帮位移与底鼓的效果。

（4）如果用锚索—锚网梁支护回采工作面端头则不需要替棚，简化了工作面端头管理，有利于工作面的高产高效。

此支护方式已在淮南矿业集团部分矿进行了支护实践，且取得了不错的效果。

目前该矿业集团已在内部推广使用该支护方式。

结论

软岩巷道支护问题是很复杂的，不能不分时间、不分地点、不分围岩、不分深浅一样看待，必须全面、系统地从多方面改善支护状况。

一是尽可能将服务年限长的巷道布置在比较稳定的围岩中，应尽量避免采动压力的影响；

二是提高施工质量，优化施工工艺，禁令缩短掘与支之间的间隔时间，避免用水和湿气通风，采用减震光面爆破快速施工；

三十要全面考虑围岩构造的膨胀特性、抗压强度、泊桑系数、赋存深度、采动压力等因数，合理选择最经济的支护结构。

对于强膨胀的软岩巷道，特别是受构造应力与膨胀力综合影响的巷道，选用一般联合支护、U型钢可缩性支架是不能使巷道保持稳定的，因此必须考虑二次支护。

软岩具有四周来压的特征，不仅有顶压和侧压，还有底鼓。

维护软岩巷道的关键问题之一是治理底鼓问题。

治理底鼓要搞清楚机理，找准主要矛盾，对症下药，把底板加固放在巷道整体加固中通盘考虑。

对于极不稳定的“三软”煤层巷道，采用“锚索—锚网梁”支护配以相关仪器进行观测，收集和处理这些数据并不断优化其支护参数，不仅能提高巷道支护的可靠性，还能减轻工人的劳动强度、简化采煤工作面出口管理、为工作面的高产高效奠定基础。

可伸长锚杆能适应于软岩巷道开掘后初期变形量大的特点，应是今后软岩巷道锚喷支护的一个新的发展方向。

第九届全国软岩工程学术讨论会对“在软岩巷道中选用可伸长锚杆的必要性”展开了讨论，与会者一致认为在软岩中可选用特别的可伸长锚杆。

根据目前我国煤矿的情况，锚网喷支护是合理的软岩支护形式，它结合了内加固和外支撑方法的特点，所以能有效地发挥支护作用。

除流变岩体中可用条带碹和高地应力碎胀岩体中可用U型钢可缩性支架外，其他各类地压所引起的巷道围岩膨胀、位移、变形均可选用以锚杆为主体的扩大断面联合支护，配合二次支护的方式去处理。

大量的支护实践证明：

此种支护结构在软岩巷道中完全能进行有效的支护。

只要我们在设计时注意支架形式及参数的选择，在施工中注意质量及时补上二次支护，软岩巷道的支护问题不仅可以解决，而且能进一步优化，使支护体系更加经济合理。

参考文献：

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[7]次全军.巷道支护分析[J].煤炭技术,2005,（5）.

致谢

感谢我的班主任胡能老师、蒋学勤教授和欧阳老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；

他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

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