巷道支护

第七章 巷道支护

第一节 巷道围岩压力的概念

一、巷道围岩压力

矿山压力、 矿山压力显现

二、影响巷道围岩压力的地质因素

影响围岩压力的因素很多，通常可分为地质、开采和支护等类，影响围岩压力的地质因素有：原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构、膨胀压力的影响因素等。

三、巷道矿压控制原理

目前所采用的各种矿压控制方法，从其对付矿压的原理来看不外“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压”等几种，现将根据四种原理所采取的控制巷道矿压的基本途径及其主要优缺点归纳如表7-1所示。

表7-1 巷道矿压控制基本原理及途径

控制方法 基本原理 提高支架的支撑能力或支护1.增大型钢重量，提密度，用加强支护的手段去抑抵抗矿压制或减少围岩移动，增强巷道（抗压） 抗变形能力以对付矿压的作3.充填支架背后空间 用 高 可在一定程度上利用1.采用有一定工作阻在采用适当支护措施和保持力的大可缩支架 支架本身不遭受严重破前提忍让矿压 下，容忍围岩产生一定变形，（让压） 以释放掉一些能量（也称应力3.容忍巷道底鼓然后释放） 进行机械化起底 性或多支出掘进与起底费用 增加支架结构的复杂留备用断面 生产极为有利，但会2.为巷道受压收缩预实现无维修护巷，对架受载，应用得当可围岩自承力，减轻支使开采费用大幅度提2.增加支护密度 材料，支护劳动量大，高支架承载能力 为此要消耗大量支护时间可不受限制，但具体措施举例 主要优缺点 巷道布置地点及掘进可在不同程度上减轻1.在煤体边缘或煤体巷道受压，有利于支将巷道布置在应力经重新分躲避矿压 （躲压） 布后岩体已处于卸载状态的天然低应力区，从时间上和空间上躲开高压力的作用 下放的低压区内布置 护工作，但有时要多巷道 开一些辅助巷道（如2.错过高压作用的时联络眼等），或要求延间，等压力充分稳定迟掘进时间，不利于后再掘巷 采掘接替工作 1.在巷道或底板中形通过人为方法使巷道围岩受成卸载槽孔 到松动，形成卸载槽孔或其他转移矿压 形式的卸载空间，迫使载荷转（移压） 移到离巷道较远的地点，达到3.用跨采工作面使巷减轻巷道受压的目的 道得到卸载 施有关的额外费用 故意留出卸载空间 要增加与采用卸载措2.宽面掘进或在巷旁时间可不受限制，但巷道布置地点及掘进第二节 巷道支护及其材料

支护形式及支护材料的选择取决于巷道围岩性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素。

传统的巷道支护有木支护、料石及混凝土砌碹、矿工钢支护、U型钢支护。目前，广泛采用的有锚杆支护以及喷射混凝土支护。

一、木材支架

木支架常用的结构主要是梯形棚子，棚子间距通常在0.5～1.0m之间，在少数坚硬的巷道中，也常采用带帽点柱。

二、料石和混凝土砌碹

石材支护是以天然石材及人工石材为主要原料，并以水泥砂浆胶结而成的支护。它和混凝土砌碹支护，主要用在服务时间较长，且地压较大的井筒及主要巷道中作为永久支护。

天然石材是从花岗岩、正长岩、玄武岩、石灰岩、砂岩等经加工而成的石料，

通常称为料石。其外形尺寸大致为长250～300mm，宽200～250mm，厚150～200mm，重20～40kg。其使用寿命可达20～30a。我国竖井井筒中使用较广。

混凝土是由水泥、砂子和碎石按一定比例混合加水制成的，常用的按体积的比例为水泥：砂子：碎石=l：2：4到l：2：6。水泥加水把砂子和碎石胶结在一起，成为坚固的整体。

图7-1 料石支护的基本形状

三、金属支架

金属支架的优点是具有承载能力大，可多次复用，储运方便，安装容易及

迅速等优点，是采准巷道中使用时间最长的一种支护形式，采区巷道中常用的有以下几种。

①矿用工字钢刚性支架 ②微拱形刚性金属支架

微拱形刚性金属支架是矿工钢梯形支架的一种改进形式，当巷道顶压较大时，为了提高顶梁的承载能力，将平梁改为弧形顶梁，梁腿交接处使用工字形铸钢接榫。

③矿用工字钢梯形可缩性支架

国内研制矿工钢梯形可缩性支架的单位很多，根据可缩结构的类型可分为三类：螺栓连接式、楔紧连接式和插底式。

平顶型可缩金属支架的加工制造容易，巷道掘进无需挑顶，有利于保持顶板完整性，其断面利用率比拱形支架高，支架的安装和回收较方便，可简化巷道与工作面连接处的支护工艺，且工字钢来源较广，支护费用较U型钢低，在某些条件下取得了较好的技术经济效果，故在采准巷道中仍有一定的推广应用价值。 ④U型钢拱形可缩性支架

U型钢拱形可缩性支架一般由顶梁、柱腿、连接件、架间拉杆、背衬材料等5部分组成，按支架节数分为三节、四节、五节，一般讲，巷道断面较小、侧压

不大时用三节，断面较大、侧压较大或围岩条件和外载变化较大时用四节，断面较大时用5节。按柱腿曲直情况分为直腿式和曲腿式两种；按拱的形状分为三心拱和半圆拱两类。按支架对称与否可分为对称性和非对称性支架。

U型钢拱形可缩性支架结构比较简单、承载能力较矿工钢大、可缩性能较好、可用于大断面等优点，但其使用的技术难度较大，初期投资高，此外支架的运输、架设和回收不便，变形后修复困难，复用率低，每架成本比梯形工字钢支架高约1/2。一般只应在原来已使用拱形支架经验和技术基础较好的大中型矿井中应用。 ⑤U型钢梯形可缩性支架

U型钢梯形可缩性支架由垂直可缩、水平可缩、双向可缩三种，其原理基本相同。

U型钢梯形可缩性金属支架在围岩中等稳定、巷道断面和围岩压力不太大的情况下有其一定的优越性。

以上介绍了5种采准巷道常用的金属支架，近几年，随着采深的增加，采准巷道的围岩条件日趋复杂，出现了多种形式的金属支架，理论上比较成熟，现场应用较好的主要有9种，它们的力学特性及使用条件如表7—3所示。表中K为巷道顶底板最终移近率。

表7-3 各种支架架型的力学特性和使用条件

序号 l 支架架型 梯形刚性支架 主要力学特性 不可缩，承载能力较小 2 梯形可缩性支架 垂直、侧向均可缩，承载能力较小 3 半圆拱可缩性支架 承载能力较大，特别是在均压时 4 三心拱直腿可缩性支架 5 三心拱曲腿可缩性支架 6 多铰摩擦可缩性支承载能力较大，特别是在顶压大时 承载能力较大，抗侧压能力较大 承载能力大，能适应围岩较稳定，变形量中等，巷道净断面小于10m2,K在10%～25%之间 围岩压力较大，特别是在压力较均匀或有一定侧压时，K在10% ～35%之间 围岩压力较大，特别是在顶压大时，K在10% ～35%之间 围岩压力较大，压力较均匀。顶压大及侧压大时。K在10％～35％之间 围岩压力大，能适应不对称、多变压适用条件 围岩较稳定，变形量小