煤矿巷道支护技术的研究与应用

【摘要】本文介绍了煤矿巷道支护技术种类，分析了当前煤矿巷道支护现状与存在的问题，重点阐述煤矿巷道锚杆支护技术的应用。实践表明，锚杆支护已经成为我国煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式，在煤矿巷道掘进生产过程中发挥着重要的作用，十分显著的提高了巷道支护效果，保证了采煤工作面的安全、快速推进，并有效地促进了煤炭产量的大幅度增长。

【关键词】煤矿巷道支护锚杆支护

1 煤矿巷道支护技术的种类

煤矿巷道支护技术可分为多种，按照支护对围岩的作用方式来划分，可将其分为四种：首先，一种是可以改善巷道围岩力学性质的；一种是作用在巷道围岩表面的；一种是同时作用在巷道围岩表面和围岩内部的；一种是降低巷道应力的。

其中，砌碹支护技术就是属于作用在巷道围岩表面的支护技术，也是一种应用很早的技术，目前一些矿井中仍然在使用，但一般也只能用于特殊巷道和硐室。棚式支护曾经在煤矿巷道中占有主要的地位，被广泛应用，但随着矿井的不断加深和地质条件复杂性的提升，其逐渐被锚杆支护所代替。锚喷支护性能优越，是首选的岩巷支护技术，同时锚杆支护技术也成为了主要的支护方式。应力控制技术属于能够降低巷道应力的支护技术，但由于其复杂性，并未得到广泛的应用。当前应用最为广泛的还是锚杆支护技术。

2 当前煤矿巷道支护现状与存在的问题

煤矿巷道支护技术现状及发展趋势分析

煤矿巷道支护技术现状及发展趋势分析引言：煤矿巷道的安全性关系着整个煤矿开采工程的安全，随着煤矿开采深度的不断加深，也就对煤矿巷道支护技术所起到的安全作用提出了更高的要求。因此，要分析现在应用的煤矿巷道支护技术，解决当前煤矿巷道支护存在的问题，探究煤矿巷道支护技术今后的发展。 1.煤矿巷道支护技术应用分析 1.1煤矿巷道棚式支护技术棚式支护技术曾经得到过很广泛地应用，按其使用的材质主要分为木结构，混凝土和金属材料等几种形式。现在应用的主要是金属材料的支架支护。在支架使用过程中，金属材质的支架的长，宽，高等要符合一定的比例，才能达到理想的支护作用。但是这种棚式支护技术的缺点是岩石表层和支架之间不能很好地进行连接且金属支架的成本比较高，而且在地质环境比较复杂的地方还不能起到很好的支护作用，所以目前这种支护技术并没有得到广泛地应用，已经逐渐被比较先进的支护技术所取代。 1.2煤矿巷道砌碴支护技术在如今的煤矿巷道支护技术中，砌碴技术属于比较早应用到煤矿巷道支护中去的。这种支护技术应用起来方便简单，在一些大巷中加固作用比较好。砌碴支护技术大致可以分为现浇混凝土，混凝土砌块等方式。使用煤矿巷道砌碴支护技术成本比较高，如果要岩层发生改变，砌碴技术能发挥的作用就会比较小，不能起到很好的支护作用。所以在一些岩层比较固定的特殊的煤矿巷道中可以采用这一支护技术，对于其他情况，使用这种支护技术就会用很多限制，不适合大规模广泛地使用。 1.3U型钢支架支护技术 U型支架支护技术的承载能力比较好，一般会在比较深的矿井中使用，能发挥比较好的支护作用。在使用这种支护技术时，要对卡缆进行合理的调质和处理，岩石的支护壁要填充好，这样才能更好地发挥U型钢支架的支护作用。注意如果出现岩土巷道破碎和剥落的现象，最好不要单独使用这种支护作用，可以采取锚喷和U型钢联合支护技术，可以弥补单独使用U型钢支架支护的缺陷。由于承载能力比较好，适用范围比较广，是一种典型的巷道支护技术。 1.4锚杆支护技术锚杆支护技术是利用锚杆的支护增强煤矿巷道的支护强度，可以很好有效地控制煤矿巷道岩层的变形，提高巷道的稳定性。在应用锚杆支护技术时要根据煤矿巷道的实际情况，建立起完善的锚杆支护体系。使得设计出来的锚杆支护体系能够有效地发挥支护作用，提高煤矿巷道的稳定性，针对一些特殊的情况，需要设计出良好的强有力的锚杆支护，防止煤矿巷道的岩层的变形。锚杆支护技术是现在使用最广泛的巷道支护技术。 1.5联合支护技术除上述的对煤矿巷道单独支护的技术外，还可以对煤矿巷道进行联合支护，与单独支护相比，联合支护如果运用得当可以取得更好的效果。经常使用的联合技术是锚杆锚索的联合支护技术。在联合支护技术中，锚杆支护主要是利用锚杆等构件对围岩进行一定程度上的支撑，来提高对围岩应力等的承受能力，即起到了支护作用。而锚索的作用则是将围岩本身主要的承载层与由锚杆支护所衍生出的承载层相连接，借此增大了承受应力的岩体面积，使得支护效果更加明显。此为锚杆锚索联合支护技术的工作原理。该技术主要起到加固和互补的作用。因锚杆锚索和岩体紧密相连，提高了岩体整体的承载力，且由于承载面积的增大导致应力的分布状态也发生改变，岩体抗变形的能力明显加强。当锚杆锚索到达稳定层岩时，锚杆在切向和径向出现约束力，避免了破坏的岩层肆意流动影

煤矿巷道支护方法

煤矿巷道支护技术摘要：推行巷道支护改革，对于降低原煤生产成本，提高经济效益，有着巨大的促进作用，本文就煤矿巷道支护问题进行了探讨。关键词：煤矿巷道支护被动式支护主动式支护近几年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，煤矿井巷支护经历了由单一型支护技术到联合支护型技术的发展历程。煤矿早期开采阶段几乎全部是以木材作为巷道及采煤工作面的支护材料，随着新型材料的出现，开始采用混凝土或钢筋混凝土砌碹等支护形式，这些被动式支护耗费大量材料且受深度和岩性影响。随着井巷支护技术的发展演变，可将其归纳为被动式支护方式、主动式支护方式。 1.被动式支护方式被动式支护技术是源于古典压力理论和坍落理论，认为巷道开挖后围压主要由围岩局部坍塌导致而成，而巷道的稳定主要靠围岩坍塌致使硐室形状改变后自行获得。被动式支护把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，把围岩视作荷载，支护看作承载结构，二者之间形成“荷载—结构”体系，认为支护是为了承受由围岩所产生的荷载，无法控制围岩变形破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。 1.1木支护方式木支护技术主要是采用木材作为支护材料，典型的支护方式有“亲口”棚、鸭嘴棚、戴帽点柱、木垛等。木支护耗费大量木材而且受采深和岩性影响严重，因此只适用于浅部围岩，而且支护断面形状必须与围岩曲线一致，以充分发挥围岩和支护结构抗压强度大的优势，从而硬性抵抗岩体的变形压力。 1.2石材支护方式石材支护分片石、料石两种支护方式，优点是具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等特点，不足之处在于初期投资高，只适用于矿井服务年限长的巷道。 1.3金属支架支护方式金属支架支护技术主要分刚性支架支护与可缩性支架支护，其中刚性支架允许压缩变形量小，工作阻力随变形量增大而减小，直至破坏而失去工作阻力；可缩性支架允许压缩变形量大，在结构设计压缩范围内，工作阻力随压缩量大而增大，或者恒阻。金属支架支护视支架为支护体，围岩为荷载，其破坏是由于支架上弯曲力矩达到屈服极限的破坏应力所致，同时，由于支架承受侧压力和荷载的不均匀常使支架失去稳定性或可缩性而减弱或失去竖向承载能力。特别是u型钢支架支护由多段弧形构件相互叠置搭接而成，大多支护面呈拱形或环形，主要使用于松软围岩、地压大、底臌严重和两帮位移量大的开拓和采区巷道。 1.4装配式钢筋混凝土支架支护方式装配式钢筋混凝土支架支护施工技术，可以在地面工厂化预制，质量有保证且利于批量化生产和井下机械化安装，不足之处在于不能有效抵抗上覆岩层整体移动而产生的底板沉降及巷帮测压，受扭曲折断而失去支护作用。钢筋混凝土支架支护分一般钢筋混凝土支架、预应力钢筋混凝土支架。预应力钢筋混凝土支架具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等优点，不足之处在于初期投资高，易松动等。

煤矿巷道支护类型

0引言作为传统能源，煤炭一直在我国的国民经济里占有很大的比重。而随着现代化矿井的建设，在应对井下各种地质环境时保障巷道的安全畅通，则是安全问题的一大重点。煤矿中有各种各样的巷道，名目众多，如大巷、回风巷、运输平巷、副巷等。其中，大巷主要作用为通风和运输用；回风巷作为掘进，开拓，采煤工作面的回风用；运输平巷作为运输用的平巷；副巷作为采区的辅助用的巷道。这些巷道保障井下工作的正常运行。因此如何使用不同的支护来对巷道进行保护是确保矿井安全生产的第一要务。 1破坏巷道的原因分析 1．1岩石的原始应力状态开采以前，岩层都处于原始应力状态。垂直方向上由于上覆岩层的作用形成垂直应力，在垂直应力作用下，岩块要沿三个相互垂直的方向产生变形，而受到相邻岩体对岩块侧向变形的约束面产生侧向应力；一般认为水平方向上的条件是一致的而且都是由于垂直应力所引起的。需要指出的是，岩层中的原始应力除重力应力外，还有可能存在的构造应力、温度应力和膨胀应力等。采动前存在于岩层的原始应力是采动后矿山压力的来源。 1．2巷道囤岩的应力分布采动后围岩的原始平衡状态遭到破坏，各部分应力将重新分布，应力重新分布的结果是顶板的两端出现应力集中区。其中顶板各岩层将因失去支撑面，在自重的作用下，弯曲下沉。结果在其底部出现拉应力，当拉应力超过限度，顶板岩层遭到破坏，围岩应力的重新分布促使岩层产生新的运动。 1．3自然平衡拱的形成及破坏当开掘井下巷道或采出煤炭后，顶板被暴露出来，好像一根梁一样承受着上下岩石的压力。如果不及时进行支护，经过一段时间，梁将向下弯曲，靠近巷道顶板的岩石产生拉应力，当拉应力超过岩石所能承受的极限时，岩石将产生裂隙；并随着裂隙不断增加；岩石开始破碎、脱落下来，其冒落范围不断向上发展，最后形成一个岩拱就不再冒落了，这种拱叫自然平衡拱。巷道形成自然平衡拱后，巷道两帮将承受集中的压力，该压力超过两帮岩石强度时，就要产生裂隙，并向巷道内塌落或片帮，巷道两帮塌落使巷道宽度增大，自然平衡拱也随之扩大；直到形成新的自然平衡拱。这时，巷道支架柱腿承受两帮岩石垮落所产生水平推力，这个力就是巷道的侧压。巷道产生的侧压达到新的平衡后，顶板岩石的压力仍然通过两帮传给底板。当底板岩石较软时，底板受压后，巷道的下底部分将鼓起，称为底压。没有足够的力维护侧压、底压，巷道将遭到破坏。综上所述，掘进巷道时就做好支护工作，防止顶板冒落、片帮和底鼓。因此，在掘进巷道过程中，针对巷道围岩的岩性情况适当选择恰当的支护类型是十分重要的。 2巷道的支护类型及其适用条件 2．1巷道的支护类型根据井下开采的需要，巷道的位置和用途可分为三类即：开拓巷道、准备巷道和回采巷道。三类巷道的支护根据其围岩特性、位置、服务年限又有所不同，常见的巷道支护有木支护，钢筋混凝土支护，料石混凝土砌碹，金属支架和锚喷支护，其中锚喷支护目前应用最为广泛。2．2支护类型的适用条件支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动发展速度，以维护安全的工作空间。支护方式的选择，决定围岩的稳定状况，对受工作面采动影响小的巷道，可采用沉缩量小的刚性支护，如井下运输大巷井底事场一些开拓巷道。对受采动影响大的不稳定巷道，应选用可缩性支护，如采区的准备巷道和回采巷道。 2．2．1木支架这种支护形式在煤矿掘进生产中比较常见，而且历史很悠久，主要结构是梯形棚子，常见有亲口棚子和鸭嘴棚子两种。亲嘴棚子顶梁与立柱的连接为相互咬合的亲口接合形式，这种方法最简单。它可以在各种地压条件下使用。木棚子的架设质量要求较严格，有一点架设不好，将影响棚子支护效果，因此架设时要认真仔细作业，不能马虎，以免留有后患。木支护的优点是重量轻，容易加工架设，具有一定的强度和可缩性，其缺点是易燃易腐回收复用率低，维护费用高。为了节约木材尽量少用或不用木材支护。 2．2．2金属支架金属支架具有坚固耐用、防火、架设方便、可回收复用等优点，可做永久支护和临时支护。金属支架所用的钢材有槽钢，废旧钢轨，矿用工字钢和“U”型钢等。采用金属支架支护时，可根据巷道的服务年限，选用钢筋混凝土背板或木背板。在地压较大，尤其是动压较大的巷道中，使用金属拱形支架比较理想，它的缺点是重量较大，搬运和修理不方便，初期投资大。目前金属支架大部分用于煤巷，尤其是综合机械化采煤的大断面顺槽更适宜拱形金属支架。 2．2．3石材支护石材支护是指用料石（砖、混凝土或钢筋混凝土等）砌筑的拱形支架，由基础、墙和拱顶三部分组成。在地压较大或不均匀地区，拱顶或墙上会出现拉应力，而料石及混凝土等均为脆性材料，它们的抗拉强度都很小（较比抗压强度），为使碹体不被拉坏，在这些地区应采取针对性措施，如钢筋混凝土砌碹等。料石砌碹能抵抗较大的静压力，具有防火隔水，防止围岩风化和通风阻力小等优点。但它施工工艺复杂，属隐蔽工程，管理困难，速度慢，劳动强度大，常有局部空顶作业的情况，易出现顶板人身事故，成本较高。一般只在井筒附近才使用这种支护。2．2．4锚喷支护 A：支护原理。锚杆支护是新兴的一种支护形式。锚杆支护与一般支架不同，已不是消极地承受巷道的围岩压力，而是把围岩锚固起来，形成支架与围岩共同作用的受力整体，从而减少围岩变形防止围岩冒落。在层状岩层中，锚杆可把薄层的岩石锚合起，形成组合梁，锚杆还可以把松软围岩牢固悬吊在坚固稳定的岩层上，在非层状岩层中，锚杆可将巷道周围的岩块彼此拉紧使其形成一个拱。 B：锚杆的种类。a）木锚杆结构简单，容易制造、成本低，但锚固力小（10kN左右）使用期限短，一般用于围岩压力不大，服务年限不长（1s左右）的巷道，如果经过防腐处理，可服务2~3a。b）压缩木锚杆锚固力比普通木锚杆大，如果进行防腐处理，使用期限可达5a以上。c）金属楔缝式锚杆的优点是结构简单工作可靠。缺点是使用后一般不能回收，岩层较软时不能使用。d）金属倒楔式锚杆的锚固力一般可达40kN以上，适用于服务年限3a以上的巷道，如果服务年限很长，钻眼孔口中最好注入水泥砂浆。e）药卷锚杆的锚固力比倒楔式还要大，可达50kN以上，因此它被广泛地应用于各类巷道支扩中。唯一的缺点是药卷的浸泡程度不好掌握，初期锚固力低。f）钢丝绳砂浆锚杆结构简单制造容易，成本低，可利用废旧钢丝绳做原料，锚固力大。缺点是不能立即产生实锚力。如果将钢丝绳砂浆锚杆配合喷浆使用，可用在服务年限（下转第485页）煤矿巷道支护类型的选择刘睿（淮沪煤电有限公司丁集煤矿修护二区，安徽淮南232001）【摘要】巷道支护是矿井建设和生产中的关键技术问题之一,多年来一直受到岩石力学和采矿工程界的高度重视。现代煤矿开采，随着开采深度的不断加大，巷道支护问题十分突出。本文分析了破坏巷道的原因，针对不同的井下环境提出了不同支护方式。【关键词】巷道；支护技术；安全【Abstract】The tunnel supports and protections is one of in the mine pit construction and of production key technologies questions,for many years continuously has received the rock mechanics and the mining engineering takes highly.Modern colliery exploit,along with unceasing enlargement of mining depth,the tunnel supports and protections issue is very conspicuous.This article analyzed destroyed the reason of tunnel,proposed the different supports and protections way in view of the different mine shaft environment. 【Key words】Tunnel;Support;Safe 435

主要巷道支护技术研究措施

神华宁煤集团清水营煤矿主要巷道支护技术研究方案神华宁煤集团山东科技大学二○○九年六月

1 工程的必要性1 1.1 现状分析1 1.2 国内外同类技术发展状况4 1.3 研究目的及意义5 2 研究开发内容6 3 主要经济技术指标、工程最终目标7 4 关键技术及创新点7 5 研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤7 5.1 课题的总体研究思路7 5.2 研究方法8 5.3 技术路线8 5.4 实施方式<具体方案）9 5.5 矿压观测18 6 技术、经济可行性及可靠性分析、论证19 7 现有基础、技术条件，保证体系20 7.1 实用矿山压力理论已经取得了系统的突破性成果20 7.2 岩石破坏与失稳理论20 7.3 深部巷道支护取得一些创新性研究成果21 7.4 实践基础22 8 经济、社会效益分析24 9 工程实施进度计划24 10 经费计划25

QSYK-1 神华宁煤集团清水营煤矿主要巷道支护技术研究方案 1工程的必要性 1.1现状分析 1.1.1矿井地质情况矿区钻孔揭露地层自下而上有三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系，含煤地层为侏罗系中统延安组，钻孔揭露厚度245.01~304.86m,平均276.50m，岩性由灰、灰白色长石石英砂岩、深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、煤和少量含铝质泥岩组成。主要可采煤层顶板均为易冒落、不稳定—中等冒落、中等稳定岩层，底板为不稳定岩层。矿井地层中含水层属弱～中等富水性，分别为第四系孔隙潜水含水层<Ⅰ）、白垩系砾岩裂隙孔隙层间承压含水层<Ⅱ）、侏罗系上统安定组～中统直罗组裂隙孔隙含水层<Ⅲ）、二～八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅳ）、八～十八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅴ）、十八煤以下至底部分界线砂岩含水层组<Ⅵ），隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主，主要有四层，分别为安定～直罗组裂隙孔隙含水层顶板隔水层、二～八煤含水层顶板隔水层、八煤及其顶底板泥岩隔水层、十八煤及其顶底板泥岩隔水层。 1.1.2主要巷道设计布置层位 <1）主斜井、副斜井由六煤-五煤露头对应地面位置开口，由四上- 三煤间进入煤系地层，穿过三煤后进入二煤底板。主斜井坡度为22°～24°～25°，副斜井坡度为22°～25°，所处层位为四上- 二煤之间的砂岩层。该层位由灰、灰白、深灰色不同粒级的砂岩组成，属二煤- 八煤间砂岩含水层

巷道支护技术

2.1 巷道围岩控制理论 1907年俄国学者普罗托吉雅可诺夫提出普氏冒落拱理论[1-2]，该理论认为：巷道开掘后，已采空间上部岩层将逐步垮落，其上方会形成一个抛物线形的自然平衡拱，下方冒落拱的高度与岩层强度和巷道宽度有关。该理论适用于确定巷道围岩强度不高、开采深度不是很大的巷道支护反力。20世纪50年代以来，人们开始用弹塑性力学解决巷道支护问题，其中最著名的是Fenner [3]公式和Kastner 公式[4]。 Fenner 公式为： ()[]10cot sin 1cot -??? ??+-+-=???σ?N i R r C C P （1）式中，i P —支护反力；C —围岩内聚力；?—内摩擦角；0σ—原岩应力；r —巷道半径；R —塑性圈半径；?N —塑性系数，κ??sin 1sin 1-+= N 。 Kastner 公式为： ()()?????sin 1sin 20sin 1cot cot -??? ??-?++-=R r C P C P i （2）式中，i P —支护反力；C —围岩内聚力；?—内摩擦角；0P —初始应力；r —巷道半径；R —塑性圈半径。国内外巷道顶板控制理论发展很快[3-4]，我国在1956年开始使用锚杆支护，迄今为止，已有50多年的历史。锚杆支护机理研究随着锚杆支护实践的不断发展，国内外已经取得大量研究成果[5-10]。（1）悬吊理论 1952年路易斯阿帕内科L(ouis.Apnake)等提出了悬吊理论，悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上，在预加张紧力的作用下，每根锚杆承担其周围一定范围内岩体的重量，锚杆的锚固力应大于其所悬吊的岩体的重力。（2）组合梁理论

煤矿巷道支护的发展前景

浅谈煤矿巷道支护的发展摘要：推行巷道支护改革，对于降低原煤生产成本，提高经济效益，有着巨大的促进作用，本文就煤矿巷道支护问题进行了探讨。近几年来，随着我国煤矿开采深度的不断增加，煤矿井巷支护经历了由单一型支护技术到联合支护型技术的发展历程。煤矿早期开采阶段几乎全部是以木材作为巷道及采煤工作面的支护材料，随着新型材料的出现，开始采用混凝土或钢筋混凝土砌碹等支护形式，这些被动式支护耗费大量材料且受深度和岩性影响。随着井巷支护技术的发展演变，可将其归纳为被动式支护方式、主动式支护方式。 1.被动式支护方式被动式支护技术是源于古典压力理论和坍落理论，认为巷道开挖后围压主要由围岩局部坍塌导致而成，而巷道的稳定主要靠围岩坍塌致使硐室形状改变后自行获得。被动式支护把围岩坍塌岩与支护分开来考虑，把围岩视作荷载，支护看作承载结构，二者之间形成“荷载—结构”体系，认为支护是为了承受由围岩所产生的荷载，无法控制围岩变形破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。 1.1木支护方式木支护技术主要是采用木材作为支护材料，典型的支护方式有“亲口”棚、鸭嘴棚、戴帽点柱、木垛等。木支护耗费大量木材而且受采深和岩性影响严重，因此只适用于浅部围岩，而且支护断面

形状必须与围岩曲线一致，以充分发挥围岩和支护结构抗压强度大的优势，从而硬性抵抗岩体的变形压力。 1.2石材支护方式石材支护分片石、料石两种支护方式，优点是具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等特点，不足之处在于初期投资高，只适用于矿井服务年限长的巷道。 1.3金属支架支护方式金属支架支护技术主要分刚性支架支护与可缩性支架支护，其中刚性支架允许压缩变形量小，工作阻力随变形量增大而减小，直至破坏而失去工作阻力；可缩性支架允许压缩变形量大，在结构设计压缩范围内，工作阻力随压缩量大而增大，或者恒阻。金属支架支护视支架为支护体，围岩为荷载，其破坏是由于支架上弯曲力矩达到屈服极限的破坏应力所致，同时，由于支架承受侧压力和荷载的不均匀常使支架失去稳定性或可缩性而减弱或失去竖向承载能力。特别是u型钢支架支护由多段弧形构件相互叠置搭接而成，大多支护面呈拱形或环形，主要使用于松软围岩、地压大、底臌严重和两帮位移量大的开拓和采区巷道 1.4装配式钢筋混凝土支架支护方式装配式钢筋混凝土支架支护施工技术，可以在地面工厂化预制，质量有保证且利于批量化生产和井下机械化安装，不足之处在于不能有效抵抗上覆岩层整体移动而产生的底板沉降及巷帮测压，受扭

煤矿软岩巷道控制原理与支护技术

煤矿软岩巷道控制原理与支护技术发表时间：2018-10-27T12:25:11.300Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第18期作者：余进学 [导读] 软岩及其分类软岩亦称松软岩层，它是指“强度低、孔隙率大、胶结程度差。盘州市安全生产监督管理局贵州盘县 553500 摘要：本文主要对煤矿软岩巷道支护技术进行了分析，概述了软岩的概念和分类以及软岩的工程特征，并探讨了煤矿软岩巷道支护存在的问题，最后从三个方面对煤矿软岩巷道支护技术问题进行了研究，具体包括软岩巷道支付的技术关键分析，最佳支护时间分析以及软岩巷道支护的对策。关键词：软岩巷道支护技术控制原则软岩及其分类软岩亦称松软岩层，它是指“强度低、孔隙率大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量易膨胀粘土矿物的松、散、软、弱岩层，且具有流变性和高地应力的特点。软岩巷道在我国分布广泛，随着煤矿开采深度的不断增加，井下煤矿巷道将处于更高的地应力环境中，尤其在地质构造活动强烈的地区，井下巷道支护及稳定性更加难以保证。 1、软岩的基本概念及其分类 1.1 软岩的基本概念在上世纪60-90年代初，软岩的概念在国内外一直争论不休，到90年代末期，提出了地质软岩和工程软岩的概念。国际岩石力学学会将地质软岩定义为单轴抗压强度在0.5～25 MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀性一类岩体的总称。而工程软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体。工程岩体是软岩工程研究的主要对象，是巷道、边坡、基坑开挖扰动影响范围之内的岩体组合特征，包括岩块、结构面及其空间组合特征。工程软岩和地质软岩的关系是：当工程荷载相对于地质软岩的强度足够小时，围岩没有产生大的破坏区，地质软岩不产生软岩显著塑性变形力学特征，即不作为工程软岩。只有产生大破坏区和显著变形才作为工程软岩。在大深度、高应力作用下，部分地质硬岩（如泥质胶结砂岩等）也呈现了显著变形特征，则应视其为工程软岩。 1.2 软岩分类及基本物理与力学属性软岩仅是地质岩体中一部分，但却是地质介质中极为复杂的部分。按照软岩自然特征、物理化学特性，以及在工程力的作用下产生显著塑性大变形的机理作为分类的主要依据，软岩分为五类：即低强度软岩、膨胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。软岩有别于硬岩而独具的特性有以下几点：（1）水理性（化学）。软岩颗粒之间胶结程度差，缺乏牢固的连结，层、节理发育，造成水易进入内部，导致岩层节理、层理裂隙中充水，削弱岩层颗粒之间连接力，引起软化、崩解、体积膨胀。水在软岩中的存在状态可能有水蒸气、固态水（如冰、化学结晶水等）、分子结合水、吸附水、毛细管水和重力水（自由水）等。高岭石、伊利石等遇水软化、碎裂、崩解、体积不膨胀。蒙脱石则体积膨胀，最终导致软化、松散崩解。（2）流变性（力学）。流变性是指材料应力应变与时间因素有关的性质。与塑性变形区别：蠕变不超过弹性极限情况；软岩是非线性的弹塑－粘性介质，变形即使所受的荷载很小，只要作用时间长，也会发生永久变形。流变有两种形式，即蠕变和松弛。软岩体不但流变速度快，变形量大，而且明显地表现出蠕变变形的三个阶段的影响。试验表明，其强度一般不超过极限强度的70%，有时甚至更低。（3）可塑性。可塑性是指软岩在工程力的作用下产生变形，去掉工程力之后这种变形不能恢复的性质。低应力软岩的可塑性是由软岩中泥质成分的亲水性所引起的；节理化软岩是由所含的结构面扩展、扩容引起；高应力软岩是泥质成分的亲水性和结构面扩容共同引起的。（4）崩解性。低应力软岩的崩解性是软岩中的粘土矿物集合体在与水作用时膨胀应力不均匀分布造成崩裂现象；高应力软岩和节理化软岩的崩解性则主要表现为在工程力的作用下，由于裂隙发育的不均匀造成局部张应力集中而引起的向空间崩裂、片帮的现象。当然，高应力软岩也存在着遇水崩解的现象，但不是控制性因素。（5）易扰动性。由于软岩的内部结构特点，软岩对抗外界环境扰动的能力极差，对施工震动、吸水膨胀、软化泥化、暴露风化等影响极为敏感。 2、软岩巷道围岩稳定控制原则由于软岩工程具有变形速度快、持续时间长、导致变形量大的特征，所以软岩工程应采取科学的支护原则与与对策措施。要根据不同的压力类型选用不同的巷道支护方法，降低围岩应力和先放后让与边让边抗结合，消除“环境效应”对岩体强度的不利影响，根据围岩压力分布特点选择合理的断面形状，通过施工监测动态调整支护设计与参数。按如下原则控制： 2.1 整体性原则。使支护与围岩形成的复合体发挥协同作用，表现出较大的刚度和较强的抵抗变形能力。 2.2 结构性原则。就是从支护与围岩共同作用形成的复合结构中的应力状态出发，通过加强锚固或增加锚固深度，改善支护结构中关键部位的应力状态，保证支护结构整体应力状态的均衡。 2.3 全面性原则。就是在加强巷道顶帮支护的同时，加强巷道底角和底板围岩的支护，形成全断面支护结构。 2.4 有效性原则。保证形成的支护结构具有较大刚度和较强的承载能力，满足有效抵抗静动压作用巷道围岩碎涨变形和蠕变变形的要求。 2.5 时效性原则。考虑支护体的长时强度，避免支护体在静动压作用下进入屈服状态，导致支护结构不能满足长期稳定的需要。对于具体工程需要根据不同围岩和工程条件，采取合理的控制技术，以实现对复杂条件下巷道围岩大变形的有效控制。 3、软岩巷道支护技术工程实践表明，对于软岩巷道，无论是新开巷道、还是实施了多次支护的翻修巷道，其破坏是一个渐进的力学过程，总是从某一个或几个部位开始发生变形、损伤，进而导致整个支护系统的失稳。在软岩巷道变形破坏过程中首先破坏的部位可称之为关键部位，关键部位

关于软岩支护技术

关于软岩支护技术前言巷道支护是井工开采工程的核心，是一切安全生产和效益的基础，随着开采条件的日益恶化，采深的迅速增加，支护对井工开采的制约作用日趋明显，先进采矿方法能否实现，在很大程度上取决于巷道支护状况和有效断面能否得到保证。第一节，深井巷道围岩强化支护技术体系及实践一，深部高应力巷道：常规支护不能满足要求的一类巷道。 1，采用传统的架棚支护、锚杆支护都不能有效维护巷道。 2，以德国为代表采用U型钢可缩性支架、壁后充填、预留变形量架棚支护的方式，也不能有效维护巷道。 3，常常在掘进时就需要多次卧底、返修。为此：出路在于发展新型锚杆类支护综合治理比较乐观，目前遇到的大部分问题可以得到解决或改善。如：德国向我国输入U型钢可缩性支架、壁后充填技术，在德国使用范围400-600米深，可是在我国达到400米深度就解决不了我国的问题。二，深部支护问题： 1，相当一部分埋深达到800-1000米的深井巷道支护难度不大，可以采用常规的支护技术解决，因此深井巷道支护并不都属于复杂困难支护巷道，我们关心的焦点是深部难支护巷道称为深部

支护问题。 2，它通常是指主要由于巷道埋藏深度导致的围岩较高的水平应力，使相对软弱的岩体发生大范围破坏，并产生大变型的一类工程支护问题。三，复杂困难条件： 1，由于地层运动和成岩过程产生的强构造应力集中区，水平应力通常较大；这类构造区域内巷道变形有自身规律，其中顶板支护的安全可靠性要求较高。 2，膨胀性岩体、泥质岩体遇水泥化等条件，由于物理化学原因导致的岩体力学承载性能的衰减、岩体的变形等。 3，由于开采造成的次生应力集中区产生的巷道支护问题。四，深井软岩成为支护重点： 1，深部高应力巷道的两个显著特点：（1），原始应力水平相对围岩强度高。（2），采动附加应力更趋强烈、围岩破碎区范围进一步加大，不易形成结构效应。 2，时间效应强烈、变形速度快，不易长期维护：（1），第一类，围岩软弱型、即软岩巷道；（2），第二类，采动影响型、即动压巷道；（3），第三类，深井高应力型、即深井巷道；五，巷道大变形、难以支护原因： 1，围岩松软破碎：单轴抗压强度﹤10-20MPa；

煤矿巷道支护类型的选择

科技信息2013年第1期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 0引言作为传统能源，煤炭一直在我国的国民经济里占有很大的比重。而随着现代化矿井的建设，在应对井下各种地质环境时保障巷道的安全畅通，则是安全问题的一大重点。煤矿中有各种各样的巷道，名目众多，如大巷、回风巷、运输平巷、副巷等。其中，大巷主要作用为通风和运输用；回风巷作为掘进，开拓，采煤工作面的回风用；运输平巷作为运输用的平巷；副巷作为采区的辅助用的巷道。这些巷道保障井下工作的正常运行。因此如何使用不同的支护来对巷道进行保护是确保矿井安全生产的第一要务。 1破坏巷道的原因分析 1．1岩石的原始应力状态开采以前，岩层都处于原始应力状态。垂直方向上由于上覆岩层的作用形成垂直应力，在垂直应力作用下，岩块要沿三个相互垂直的方向产生变形，而受到相邻岩体对岩块侧向变形的约束面产生侧向应力；一般认为水平方向上的条件是一致的而且都是由于垂直应力所引起的。需要指出的是，岩层中的原始应力除重力应力外，还有可能存在的构造应力、温度应力和膨胀应力等。采动前存在于岩层的原始应力是采动后矿山压力的来源。 1．2巷道囤岩的应力分布采动后围岩的原始平衡状态遭到破坏，各部分应力将重新分布，应力重新分布的结果是顶板的两端出现应力集中区。其中顶板各岩层将因失去支撑面，在自重的作用下，弯曲下沉。结果在其底部出现拉应力，当拉应力超过限度，顶板岩层遭到破坏，围岩应力的重新分布促使岩层产生新的运动。 1．3自然平衡拱的形成及破坏当开掘井下巷道或采出煤炭后，顶板被暴露出来，好像一根梁一样承受着上下岩石的压力。如果不及时进行支护，经过一段时间，梁将向下弯曲，靠近巷道顶板的岩石产生拉应力，当拉应力超过岩石所能承受的极限时，岩石将产生裂隙；并随着裂隙不断增加；岩石开始破碎、脱落下来，其冒落范围不断向上发展，最后形成一个岩拱就不再冒落了，这种拱叫自然平衡拱。巷道形成自然平衡拱后，巷道两帮将承受集中的压力，该压力超过两帮岩石强度时，就要产生裂隙，并向巷道内塌落或片帮，巷道两帮塌落使巷道宽度增大，自然平衡拱也随之扩大；直到形成新的自然平衡拱。这时，巷道支架柱腿承受两帮岩石垮落所产生水平推力，这个力就是巷道的侧压。巷道产生的侧压达到新的平衡后，顶板岩石的压力仍然通过两帮传给底板。当底板岩石较软时，底板受压后，巷道的下底部分将鼓起，称为底压。没有足够的力维护侧压、底压，巷道将遭到破坏。综上所述，掘进巷道时就做好支护工作，防止顶板冒落、片帮和底鼓。因此，在掘进巷道过程中，针对巷道围岩的岩性情况适当选择恰当的支护类型是十分重要的。 2巷道的支护类型及其适用条件 2．1巷道的支护类型根据井下开采的需要，巷道的位置和用途可分为三类即：开拓巷道、准备巷道和回采巷道。三类巷道的支护根据其围岩特性、位置、服务年限又有所不同，常见的巷道支护有木支护，钢筋混凝土支护，料石混凝土砌碹，金属支架和锚喷支护，其中锚喷支护目前应用最为广泛。2．2支护类型的适用条件支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动发展速度，以维护安全的工作空间。支护方式的选择，决定围岩的稳定状况，对受工作面采动影响小的巷道，可采用沉缩量小的刚性支护，如井下运输大巷井底事场一些开拓巷道。对受采动影响大的不稳定巷道，应选用可缩性支护，如采区的准备巷道和回采巷道。 2．2．1木支架这种支护形式在煤矿掘进生产中比较常见，而且历史很悠久，主要结构是梯形棚子，常见有亲口棚子和鸭嘴棚子两种。亲嘴棚子顶梁与立柱的连接为相互咬合的亲口接合形式，这种方法最简单。它可以在各种地压条件下使用。木棚子的架设质量要求较严格，有一点架设不好，将影响棚子支护效果，因此架设时要认真仔细作业，不能马虎，以免留有后患。木支护的优点是重量轻，容易加工架设，具有一定的强度和可缩性，其缺点是易燃易腐回收复用率低，维护费用高。为了节约木材尽量少用或不用木材支护。 2．2．2金属支架金属支架具有坚固耐用、防火、架设方便、可回收复用等优点，可做永久支护和临时支护。金属支架所用的钢材有槽钢，废旧钢轨，矿用工字钢和“U”型钢等。采用金属支架支护时，可根据巷道的服务年限，选用钢筋混凝土背板或木背板。在地压较大，尤其是动压较大的巷道中，使用金属拱形支架比较理想，它的缺点是重量较大，搬运和修理不方便，初期投资大。目前金属支架大部分用于煤巷，尤其是综合机械化采煤的大断面顺槽更适宜拱形金属支架。 2．2．3石材支护石材支护是指用料石（砖、混凝土或钢筋混凝土等）砌筑的拱形支架，由基础、墙和拱顶三部分组成。在地压较大或不均匀地区，拱顶或墙上会出现拉应力，而料石及混凝土等均为脆性材料，它们的抗拉强度都很小（较比抗压强度），为使碹体不被拉坏，在这些地区应采取针对性措施，如钢筋混凝土砌碹等。料石砌碹能抵抗较大的静压力，具有防火隔水，防止围岩风化和通风阻力小等优点。但它施工工艺复杂，属隐蔽工程，管理困难，速度慢，劳动强度大，常有局部空顶作业的情况，易出现顶板人身事故，成本较高。一般只在井筒附近才使用这种支护。2．2．4锚喷支护 A：支护原理。锚杆支护是新兴的一种支护形式。锚杆支护与一般支架不同，已不是消极地承受巷道的围岩压力，而是把围岩锚固起来，形成支架与围岩共同作用的受力整体，从而减少围岩变形防止围岩冒落。在层状岩层中，锚杆可把薄层的岩石锚合起，形成组合梁，锚杆还可以把松软围岩牢固悬吊在坚固稳定的岩层上，在非层状岩层中，锚杆可将巷道周围的岩块彼此拉紧使其形成一个拱。 B：锚杆的种类。a）木锚杆结构简单，容易制造、成本低，但锚固力小（10kN左右）使用期限短，一般用于围岩压力不大，服务年限不长（1s左右）的巷道，如果经过防腐处理，可服务2~3a。b）压缩木锚杆锚固力比普通木锚杆大，如果进行防腐处理，使用期限可达5a以上。c）金属楔缝式锚杆的优点是结构简单工作可靠。缺点是使用后一般不能回收，岩层较软时不能使用。d）金属倒楔式锚杆的锚固力一般可达40kN以上，适用于服务年限3a以上的巷道，如果服务年限很长，钻眼孔口中最好注入水泥砂浆。e）药卷锚杆的锚固力比倒楔式还要大，可达50kN以上，因此它被广泛地应用于各类巷道支扩中。唯一的缺点是药卷的浸泡程度不好掌握，初期锚固力低。f）钢丝绳砂浆锚杆结构简单制造容易，成本低，可利用废旧钢丝绳做原料，锚固力大。缺点是不能立即产生实锚力。如果将钢丝绳砂浆锚杆配合喷浆使用，可用在服务年限（下转第485页）煤矿巷道支护类型的选择刘睿（淮沪煤电有限公司丁集煤矿修护二区，安徽淮南232001）【摘要】巷道支护是矿井建设和生产中的关键技术问题之一,多年来一直受到岩石力学和采矿工程界的高度重视。现代煤矿开采，随着开采深度的不断加大，巷道支护问题十分突出。本文分析了破坏巷道的原因，针对不同的井下环境提出了不同支护方式。【关键词】巷道；支护技术；安全【Abstract】The tunnel supports and protections is one of in the mine pit construction and of production key technologies questions,for many years continuously has received the rock mechanics and the mining engineering takes highly.Modern colliery exploit,along with unceasing enlargement of mining depth,the tunnel supports and protections issue is very conspicuous.This article analyzed destroyed the reason of tunnel,proposed the different supports and protections way in view of the different mine shaft environment. 【Key words】Tunnel;Support;Safe ○矿业论坛○ 435

煤矿井下巷道掘进顶板支护技术探讨

煤矿井下巷道掘进顶板支护技术探讨关于煤矿巷道掘进工作，其在实际中包含多项技术内容，因而具有一定的难度。对此，相关施工人员在实际工作过程中要能够选择较为先进的施工工艺和施工设备，同时还要根据矿井实际情况来设计该巷道掘进的速度。为了能够保障煤矿井下巷道掘进工作的质量，相关施工人员就可以利用顶板支护技术来进行。通过这种技术的应用，能够极大的促进我国煤炭开采事业的可持续发展。基于此，本文就对当前煤矿井下巷道掘进顶板支护技术进行重点探讨和分析。标签：煤矿；井下巷道；掘进；顶板支护由于煤矿井下巷道掘进工程的系统性，因而相关施工人员在进行掘进工作时，要想能够更好的确保井下巷道掘进顺利安全的开展下去，施工人员在需要注重对顶板支护的管理和控制。另外，在井下巷道的掘进施工作业中，施工人员既要能够考虑到地质构造、掘进工艺以及掘进速度，同时还要考虑到施工速度、施工组织管理和施工人员自身素质等方面。只有这样才能够更好的开展相应的施工作业。一、关于煤矿井下掘进巷道的支护形式根據当前我国井内巷道的掘进支护形式能够得出，其主要有三种形式，分别为矿用支护型钢、可缩性支架和预留柱支护。对于这三种支护形式，在实际应用中都具有自身的优势和适用的范围[1]。因而施工人员在开展煤矿井下掘进作业时，要能够根据实际情况，选择合适的支护方式。（一）矿用支护型钢。众所周知，型钢是钢材中的四大品种之一，同时也是一种具有一定尺寸和截面形状的条形钢材。在现代煤矿企业中，其所使用的支护型钢主要有两种，即工字钢和U型钢这两种。这种类型的支护型钢通常都是在椭圆型巷道、半圆形巷道或者圆形巷道的断面所使用。针对现阶段煤矿的井下环境恶劣的情况，相关企业就必须要采购质量上等的矿用支护型钢。在实际采购过程中，要能够考虑到支架本身的可塑性，以便能够在内一定程度上确保支护型钢具有较强的载荷能力。（二）可缩性支架支护。对于这种支护类型，其属于金属支架，在实际承载能力和极限承载能力上都是属于两个承载负荷能力。在煤矿井下的可缩性支架在实际收缩过程中主要体现的就是其本身的实际承载力，而在这其中，相关器件连接的状况与该支架的整体构造是会严重影响实际荷载能力。由此可见，要想能够准确的判断可缩性支架的实际状态，就可以从该支架的实际承载力和极限承载能力的差异得出。（三）预留煤柱支护。

主要巷道支护技术研究措施

QSYK-1 神华宁煤集团清水营煤矿主要巷道支护技术研究方案神华宁煤集团山东科技大学二○○九年六月

目录 1工程的必要性1 1.1现状分析1 1.2国内外同类技术发展状况4 1.3研究目的及意义5 2研究开发内容6 3主要经济技术指标、工程最终目标7 4关键技术及创新点7 5研究或研制开发的技术路线，实施的方式、方法、步骤7 5.1课题的总体研究思路7 5.2研究方法8 5.3技术路线8 5.4实施方式＜具体方案）9 5.5矿压观测18 6技术、经济可行性及可靠性分析、论证19 7现有基础、技术条件，保证体系20 7.1实用矿山压力理论已经取得了系统的突破性成果20 7.2岩石破坏与失稳理论20 7.3深部巷道支护取得一些创新性研究成果21 7.4实践基础22 8经济、社会效益分析24 9工程实施进度计划24 10经费计划25

QSYK-1 神华宁煤集团清水营煤矿主要巷道支护技术研究方案 1工程的必要性 1.1现状分析 1.1.1矿井地质情况矿区钻孔揭露地层自下而上有三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系，含煤地层为侏罗系中统延安组，钻孔揭露厚度245.01~304.86m,平均 276.50m，岩性由灰、灰白色长石石英砂岩、深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、煤和少量含铝质泥岩组成。主要可采煤层顶板均为易冒落、不稳定—中等冒落、中等稳定岩层，底板为不稳定岩层。矿井地层中含水层属弱～中等富水性，分别为第四系孔隙潜水含水层<Ⅰ）、白垩系砾岩裂隙孔隙层间承压含水层< Ⅱ）、侏罗系上统安定组～中统直罗组裂隙孔隙含水层 <Ⅲ）、二～八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅳ）、八～十八煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层<Ⅴ）、十八煤以下至底部分界线砂岩含水层组<Ⅵ），隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主，主要有四层，分别为安定～直罗组裂隙孔隙含水层顶板隔水层、二～八煤含水层顶板隔水层、八煤及其顶底板泥岩隔水层、十八煤及其顶底板泥岩隔水层。 1.1.2主要巷道设计布置层位 <1）主斜井、副斜井由六煤-五煤露头对应地面位置开口，由四上- 三煤间进入煤系地层，穿过三煤后进入二煤底板。主斜井坡度为22°～24°～25°，副斜井坡度为22°～25°，所处层位为四上- 二煤之间的砂岩层。该层位由灰、灰白、深灰色不同粒级的砂岩组成，属二煤- 八煤间砂岩含水层

巷道支护安全技术措施

巷道支护安全技术措施巷道支护采用锚、网、索、喷联合支护，一截割一初喷，一锚网，初喷厚度30—50mm，锚索紧跟综掘机，转载机后复喷成巷。 1、临时支护采用金属前探梁作为临时支护，前探梁为3根不少与4米长的4寸钢管或者用不少于15kg/m的钢轨，每根前探梁用不少于2个吊环固定在锚杆上，然后用方木把顶板接实，方木规格1200×150×50mm。当地质条件变化顶板破碎时，综掘机截割后，立即将迎头顶板进行喷浆封闭，初喷厚度30—50mm，然后用带冒木点柱或单体液压支柱做临时支护，每排不少于2根，点柱打在实底上，用木楔打紧，木点柱的规格为直径不低于180mm 的优质圆木，柱冒规格为500Ｘ200Ｘ50mm优质方木。 2、永久支护永久支护到迎头，支护前顶板岩性较好时，最大控顶距不大于2100mm，岩性较差时最大控顶距不大于1200mm，支护后迎头最大空顶距不大于300mm。永久支护的质量要求： 1）高强锚杆?20×2400mm，杆体及配件的材质、品种、规格、强度、结构必须符合设计要求。 2）锚索钢绞线?17.8×6300mm，材质、规格、结构、强度必须符合设计要求。 3）锚固剂：树脂药卷锚杆用K2550,锚索用K2350。 4）安装质量：密贴壁面楔紧。

5）抗拔力：40KN。 6）锚杆间排距：锚杆间距860±100mm。锚杆排距900±100mm。 7）锚索间排距：1800×2700mm±100mm。 8）孔深：锚杆2350mm(0～+50mm)，锚索6000mm(0～+200mm)。 9）角度：锚杆方向与井巷轮廓线角度≤15°。锚索方向与井巷轮廓线角度≤5° 并且根据岩层倾角及时调整角度。 10）外露长度：锚杆露出托盘30--50mm，锚索露出托盘200--300mm。 11）锚杆的扭矩不低于260N.m，预紧力3—4T，锚索的预紧力8—10T。 12）巷道宽度：中线至任何一帮的偏差:0—200mm。 13）高度：起拱线至顶、底板距离:0—200mm。 14）喷浆前并用水将顶帮冲刷干净，喷后无裂缝、麻面蜂窝、孔洞、露筋，喷厚不小于设计，混凝土强度C20。