巷道支护工艺.docx

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巷道支护工艺

巷道支护

支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动的发展速度，以维护安全的工作空间。

新奥法强调围岩是承受地压的主要结构，设置人工支护只是为了改善和提高围岩自身支持能力。

围岩不仅是施载物体，又是承载结构体，围岩承载圈和支护体是组构巷道的统一体，是一个力学体系，是同时承受铅垂与水平作用力的厚壁圆筒，巷道的开掘与支护都要为保持与改善围岩的自持能力服务。

巷道支护方式有木支架、金属支架、锚杆支护、锚喷支护和料石混凝土砌碹等。

支架、砌碹等支护方式，是着重改善围岩运动状况，锚杆支护侧重于提高围岩本身强度，锚杆喷浆等支护方式，是将提高围岩本身强度和改善围岩运动状况这二者结合起来。

支护方式的选择，决定于围岩稳定状况。

对受工作面采动影响小得巷道，可采用沉缩量小的刚性支护。

对受工作面采动影响大的不稳定巷道，应选用可缩性支护。

一《煤矿安全规程》有关巷道支护的规定

1）挤架工作面严禁空顶作业。

靠近掘进工作面10m内的支护，在爆破前必须加固。

爆破崩倒、崩坏的支架必须先行修复，之后方可进入工作面作业。

修复支架时必须先检查顶、帮，并由外向里逐架进行。

在松软的煤、岩层或流砂性地层中及地质破碎带掘进巷道时，必须采取前探支护或其他措施。

在坚硬和稳定的煤、岩层中，确定巷道不设支护时，必须制定安全措施。

2）支架间应设牢固的撑木或拉杆。

可缩性金属支架应用金属支拉杆，并用机械或力矩扳手拧紧卡缆。

支架与顶帮之间的空隙必须塞紧、背实。

巷道砌碹时，碹体与顶帮之间必须有不燃物充满填实；巷道冒顶空顶部分，可用支护材料接顶，但在碹拱上部必须充填不燃物垫层，其厚度不得小于0.5m。

3）更换巷道支护时，在拆除原有支护前，应先加固临近支护，拆除原有支护后，必须及时除掉顶帮活矸和架设永久支护，必要时还应采取临时支护措施。

在倾斜巷道中，必须有防止矸石、物料滚落和支架歪倒的安全措施。

4）采用锚杆、锚喷等支护形式时，应遵守下列规定：

（1）锚杆、锚喷等支护的端头与掘进工作面的距离，锚杆的形式、规格、安装角度，混凝土标号、喷体厚度，挂网所采用金属网的规格以及围岩涌水的处理等，必须在施工组织或作业规程中规定。

（2）采用钻爆法掘进的岩石巷道，必须采用光面爆破。

（3）打锚杆眼前，必须首先敲帮问顶，将活矸处理掉，在确保条件下，方可作业。

（4）使用锚固剂固定锚杆时，应将孔壁冲洗干净，砂浆锚杆必须灌满填实。

（5）软岩使用锚杆支护时，必须全长锚固。

（6）采用人工上料喷射机喷射混凝土、砂浆时，必须采用潮料，并使用除尘风机对上料口、余气口除尘。

喷射前，必须冲洗岩帮。

喷射后应有养护措施。

作业人员必须佩戴劳动保护用品。

（7）锚杆必须按规定做拉力试验。

媒巷还必须进行顶板离层监测，并用记录牌板显示。

对喷体必须做厚度和强度检查。

并有检查和试验记录。

在井下做锚固力试验时，必须有安全措施。

（8）锚杆必须有机械或力矩扳手拧紧，确保锚杆的托板紧贴巷壁。

（9）岩帮的涌水地点，必须处理。

（10）处理堵塞的喷射管路时，喷枪口的前方及其附近严谨有其他人员。

金属支架

金属支架主要有梯形、拱形、封闭曲线形支架。

1.金属梯形支架

主要有梯形刚性和梯形可缩性支架两种，其力学特征和适用条件见表1—6

2.拱形金属支架

主要有半圆拱可缩性支架、三心拱直腿可缩性支架、三心拱曲腿可缩性支架三种，其力学特性和适用条件见表1-2

3.封闭曲线形可缩性金属支架

主要有圆形金属可缩性支架和方环形可缩性金属支架两种，其力学特性和适用条件见1-3.

锚杆支护

锚杆是快速、安全、经济的巷道支护方式，是当今世界巷道支护技术的主要发展方向。

（一）锚杆支护理论

1.悬吊理论

悬吊理论认为：

锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱的岩层悬吊在上部坚硬稳定岩层上。

这样就能控制和减弱岩层的下沉和离层，保持顶板的稳定。

见图1-4。

顶板锚固的总体强度：

应大于软弱岩层的重量，并能保持1.5~3.0的安全系数。

2.组合梁理论

组合梁理论认为：

当顶板岩层中存在没有稳定岩层的若干薄层状时，通过锚杆的支护作用将这些岩层锁紧成一个较厚的岩层锁紧成一个较厚的岩层，由叠合粱变成组合梁，显著提高了岩粱的抗弯曲能力并减小挠度。

见图1-5

3.紧固理论

紧固理论认为：

在块状围岩中，锚杆可将巷道周围的危岩彼此挤紧，从而加固成能承受载荷的整体结构。

见图1-6

压缩（组合）拱理论

压缩（组合）拱理论人为：

在松软围岩中，各个锚杆形成的压应力圆锥体交错重叠，形成一个连续的均匀压缩（组合）拱。

这个压缩（组合）拱可承受其外部破碎岩石施加的径向载荷。

见图1-7

锚杆支护类型

锚杆支护类型很多，按锚杆材料分类，有木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、树脂锚杆、快硬水泥锚杆。

按锚杆作用方式分类，有端部锚固型锚杆、全长胶结型锚杆、摩擦型锚杆、长锚索法。

常见的两种主要锚杆支护如下：

1顶板锚杆—超高强度螺纹钢锚杆

（1）锚杆杆体。

锚杆杆体

采用φ22mm无纵筋左旋螺纹钢杆体，材质为20MnSi经中频调质处理，其强度提高到：

屈服强度平均610MPa，屈服载荷平均231.8kN，极限强度平均820MPa，极限载荷平均311.6kN，伸长率平均19%。

（2）锚固形式：

全长锚固

（3）锚杆托盘等附件：

锚杆托盘为压制蝶形托盘，其承载能力大，消耗材料少，强度与锚杆杆体相适应。

为了提高锚杆的预紧力，配有减摩擦尼龙垫；为了适应锚杆安装角度和防止树脂锚固剂外流，还附有球形垫。

锚杆螺母的强度与锚杆杆体等相匹配。

超高强度锚杆结构见图1-8。

（4）巷道顶板采用金属网和W型钢带护顶。

见图1-9。

2.煤帮锚杆主要有三种:

1）竹木锚杆。

因为煤帮锚杆主要承受重复拉伸，而竹木锚杆本身强度较低，所以不宜在围岩变形较大的巷道中使用。

但由于其成本较低、操作方便，也常应用在压力不大大巷道两帮。

2）金属锚杆。

金属锚杆有全长树脂锚杆、端锚金属锚杆和管缝式锚杆。

其中以φ22mm左螺纹钢锚杆全长锚固为普遍，配有托盘，同时采用塑料网和梯子粱护帮。

3）化学锚杆。

（1）复合玻璃钢锚杆。

锚杆杆体以高强度玻璃钢为原料，内端头做成左旋麻花结构，层部是把M16的圆钢螺旋高压压入玻璃钢杆体内。

目前我国设计的该锚杆杆体外部最大尺寸不超过φ26mm，适用于钻孔直径φ28~φ32mm。

（2）双楔胀壳式可回收锚杆。

锚杆杆体为普通圆钢。

将高强度塑料加工成的两组楔锥体。

在钻孔内部的楔锥体中锒钳上一个螺母，用以固定锚杆杆体，锚杆的锚固方式是靠两个楔锥楔紧后外壳与钻孔壁之间摩擦力来实现的。

锚杆杆体与锚固端是靠螺纹连接的，所以拆卸十分方便，便于杆体回收。

（三）锚杆不置主要技术参数

1.“三径”的合理匹配

在使用树脂锚杆时，“三径”即锚杆直径、钻孔直径及锚固卷直径的合理匹配是锚杆能否获得最大锚固力和最佳技术经济效益的关键。

1）钻孔直径

媒巷锚杆钻孔直径应采用φ28mm，不宜大于φ33mm的。

2）锚杆直径

使用无纵筋左旋螺纹钢锚杆时，钻孔直径与锚杆直径之差应为4~10mm之间，最佳值为5~6mm。

3）树脂卷直径

当使用φ28mm钻孔直径和φ16~22mm带纵筋螺纹钢锚杆时，树脂卷直径应为φ23~φ25mm；当使用φ26mm和φ43mm的钻孔时，应分别使用φ23mm和φ28mm的树脂卷。

2.锚杆长度

当顶板有坚硬岩层或者有塑性区，锚杆的端部应该插入坚硬岩层中或超出塑性区，如没有坚硬岩石或塑性区过大，则宜使用全长锚固式锚杆。

3.锚杆强度

按锚杆屈眼强度（σs）将锚杆分为三大类：

一是普通锚杆，σs<340MPa;二是高强锚杆，σs=340~600MPa；三是超高强锚杆，σs>600MPa。

其延伸率均应大于15%。

近年来，我国正大力发展高强、超高强锚杆。

4.锚杆间排距

锚杆间距一般应小于所选锚杆长度之半。

锚杆排距根据设计锚杆锚固力，考虑安全系数（一般取2~3）计算。

5.锚杆插入方向

锚杆应与岩石的层面成正交，最小角度不低于75º，在非层状岩石中，在拱形巷道锚杆与岩石结构面成最大角度布置，层面不清时与周边轮廓线相垂直。

6.锚杆排列方式

锚杆的排列方式，通常使用方形、矩形和五花形。

当岩石比较坚硬，可布置方形和矩形。

岩层松软时，布置成前后左右相互交错的五花形。

7.锚固形式

锚固形式有全长锚固和端头锚固两种，可根据巷道围岩稳定性进行选择。

在巷道顶板较破碎的情况下，全锚后顶板层间的相互错动得到控制，可以提高顶板的整体性和稳定性。

此外，端锚极易引起孔口岩层的破坏，使锚固力进一步降低，而全锚时锚固力在锚杆中部最大，孔口较小，围岩的受力较为均匀。

（四）使用锚杆钻机安全注意事项

（1）不准让风管对准人员。

（2）保持管路和接头处处于正常工作状态，防松卡必须卡牢，防止滑出伤人。

（3）气腿顶尖落地以后方可升腿。

（4）在钻进过程中适当调节气腿上升速度。

（5）钻机停止使用后，扳机、手把都要处于关闭状态，每班作业前，要做空载试验。

（6）钻孔作业时，两人要互相配合，扶牢钻机，防止钻机倾斜砸人。

（五）锚杆支护质量要求

1.一般要求

（1）锚杆的长度、间距、排距、插入方向及排列方式等必须符合作业规程施工要求。

（2）首先点好钻孔孔位，找好孔中开钻后调正方向。

（3）锚杆钻完后，要按锚杆设计和安装说明要求，及时进行锚杆安装工作。

（4）安装锚杆前，必须检查锚孔的孔位、孔深、孔径及锚杆部件等，这些都必须符合规定。

（5）锚杆的外露长度必须符合设计要求。

（6）安装方向要与托板顺纹垂直。

托板要与巷道围岩表面接触严实，不得在托板上垫木料、石块或多加托板。

（7）使用的树脂药卷必须符合锚杆支护设计要求。

钻孔中装入双速树脂锚固剂时，必须注意孔底为快速，其余为慢速。

（8）安装中严禁撬弯锚杆杆体。

（9）要做好锚杆支护施工质量的检查和检测工作。

2.各种锚杆的安装质量要求

（1）快硬水泥锚杆要在安装前，将硬水泥锚固剂放在清水中浸泡10~15s，浸透药卷后，立即用炮棍将药包送入孔底，然后及时用安装机械将锚杆打入孔内（注意别将螺纹打坏），用专用搅拌工具边旋转，边推进，约1min后锚杆头接近孔底时结束搅拌，经15min左右后达到终凝时再上托板，用手拧紧螺母，使托板与岩壁面紧贴，不得松动。

（2）树脂锚杆安装时，若用电钻安装要准备好街头。

用锚杆杆体将药包送至孔底开钻破药包。

搅拌时间根据锚固剂型号而定。

一般金属锚杆为30s，木锚杆为20s。

用木楔挤住杆体，待树脂固化后取下连接头。

安装时要一锚到底，不能中断，然后才能取下电钻。

树脂固化所需要等待的时间也因锚固剂型号不同而有差别，一般情况下树脂固化时间大约为15min。

最后安装托板，并用扳手拧紧螺母固定。

注意过期的药包不能使用，同时树脂锚药包固化剂为有毒药物，要避免和皮肤接触，损坏的药包要及时处理，禁止接触火源。

（3）废钢丝绳锚杆安装时，要事先清除钢丝绳的油渍，砂浆配合比和水灰比要符合规定。

注浆时注浆管要插至孔底100mm处，随着砂浆的均匀注入，注浆管要缓缓拔出，严禁拔管太快，造成砂浆脱节、注浆不饱满。

注浆结束后应及时将注浆设备、管路清洗干净。

（4）金属倒楔式锚杆的安装，应将楔子打紧，按规定灌满砂浆，最后上紧托板，保证一定的锚固力。

（5）使用楔子式锚固安装竹、木锚杆时，要严格检查锚杆材料的质量、失效的禁止使用。

在媒巷或半媒巷中使用竹、木锚杆支护，要加荆笆或金属（塑料）网和大托板，防止煤壁片帮而使锚杆失效。

（6）其他类型的锚杆，应按其锚杆设计和安装说明以及作业规程的规定执行。

《煤矿安全规程》

掘进工作面严禁空顶作业，靠近掘进工作面10m内的支