巷道支護

煤礦巷道支護經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨杆支護的漫長過程。 ^[1]  多年來國內外的實踐經驗表明，錨杆支護是經濟、有效的支護技術，與棚式支架支護相比，錨杆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。更重要的是錨杆支護大大簡化了採煤工作面端頭支護和超前支護工藝，保證了安全生產，為採煤工作面的快速推進和煤炭產量的大幅度提高創造了良好條件。 ^[3] 

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

2、聯合支護理論：對於複雜困難巷道，只提高支護體剛度難以有效控制圍巖變形，要先柔後剛，先讓後抗，柔讓適度，穩定支護。

3、鬆動圈支護理論：道開挖後一般會出現鬆動圈，圍巖最大變形載荷是鬆動圈產生過程中的碎脹變形，圍巖破裂過程中岩石碎脹變形是支護對象。鬆動圈越大，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：強化圍巖應力狀態，增加圍壓，提高圍巖承載能力。 ^[1] 

採用不同材料支撐井巷空間，使岩層處於穩定狀態的作業。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。 ^[4] 

豎井斷面一般都採用圓形，小型豎井也有采用矩形斷面。在穩定岩層中施工豎井一般採用永久支護;當豎井穿過表土層、破碎不穩定岩層時，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：用於小型豎井或淺井的支護。也可用作圓形空豎井的背板。支護用木材一般採用直徑20cm以下的松原木，背板採用厚度為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;懸吊井框設鋼筋吊鈎，支承在上部基框上，其段長根據井框重量和配用鋼筋數量經計算確定。

鋼材支護：用於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，隨即架設背板，直至達到所定的施工段高，然後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和平行作業，適用於磚石、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。倒魚鱗式用於表土層、鬆軟岩層和淋水較大岩層，具有防止片幫，安全可靠和背板可作模板用等優點;對頭式用於一般基岩，具有封閉巖幫嚴密，背板可作模板等優點;花背板式用於穩定岩層。

(2)金屬掩護筒支護。採用型鋼和鋼絲網或鋼板製成筒形結構物，吊掛在掘進工作面上方，並隨下掘而下放的支護方法，適用於穩定圍巖和採用平行作業方式的井筒支護，金屬掩護筒按構造分柔性掩護筒和剛性掩護筒兩種。柔性掩護筒採用型鋼製成比掘進直徑小200mm的多層圓形骨架，其間距為1m，用鋼絲繩相連，在骨架外圍敷設三層鍍鋅鋼絲網，構成一個柔性圓筒;剛性掩護筒由採用型鋼、鋼板製成的外、內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：用料石砌築豎井井壁的支護方法。僅用於小型豎井、湧水量小的岩層支護。它具有就地取材、施工簡單、節約投資、不用木材和鋼材等優點，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，適用於長段單行作業的井筒支護。支護方法是：當豎井掘進至所要求的段高後，澆築混凝土壁座或壁圈，並由下而上一邊砌築一邊進行壁後充填混凝土，直至上段井壁底部。

混凝土支護：由於井筒斷面和井深的不斷加大，越來越多的豎井採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、穿過破碎岩層和地耐力較大地層的豎井段井壁應配置鋼筋。混凝土井壁支護包括模板支設、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。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，並按設計規格進行測量固定，由下往上邊支模邊澆灌混凝土，直至上段混凝土井壁底部。這種模板作業簡單，但施工效率低、勞動強度大、材料用量多，僅適用於單行作業的豎井施工。按構造形式，模板又分為活動金屬模板和滑動模板。活動金屬模板多用於煤礦豎井，由模板、脱模裝置、刃腳、接碴模板構成，可懸掛在吊盤上或由地面穩車直接懸吊，隨井筒下掘進行支護。這種模板適用於混合作業施工方式的豎井混凝土澆灌。滑動模板有整體上行滑動模板和液壓滑升模板兩種，利用絲槓、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。這種模板適用於單行作業和異段平行作業的井壁混凝土澆灌，特別適用於結構複雜的井頸段和凍結段井壁的二次複壁混凝土施工。

(2)混凝土攪拌。整體澆灌混凝土井壁時，混凝土採用機械攪拌。攪拌站可設置在井口棚內或井口棚外。設在井口棚內的攪拌站有低於井口式、高於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採用專用的底卸式吊桶或翻轉式吊桶。用吊桶將混凝土下至吊盤，經受料斗、分灰器再把混凝土送至井壁模板內。輸送管(溜灰管)輸送方式包括受料斗、伸縮管、溜灰管、緩衝器、活節管等部分。輸送管採用直徑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，下部裝有緩衝器和活節管。緩衝器起減緩混凝土流速的作用，常用的為圓筒式緩衝器。活節管由15～35個用薄鋼板製成的錐形短管組成，總長度為8～20m，在工作面內可以自由擺動並隨模板加高而逐節拆除。輸送管運輸方式可用於井深，大於600m的井筒施工。

(4)井壁施工。按不同作業方式進行現澆混凝土井壁施工。單行作業方式時，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;平行作業方式時，利用吊盤或穩繩盤進行高空立模澆灌混凝土;混合作業方式時，採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後仍有滲水，可用快乾水泥處理;若有淋水，則應先導水，再進行壁後注漿堵水。當井壁設有梁窩時，可採用預梁窩或現鑿梁窩的方法，也可採用螺栓固定鋼樑，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、砌壁井段含水岩層湧水以及井口和管路漏水。上段井筒淋水可採取設置截水槽截水措施，將水集中後導入井底。當水量較大又集中出水時，應作注漿處理。對砌壁井段幫淋水，採取的措施之一是，將集中出水點包以卵石濾水層，外面以黃泥或磚石作擋水牆或採用雙層模板、快凝混凝土作隔水層，再插入導水管使湧水集中流出模板後進行砌壁或澆灌混凝土，再進行壁後注漿封水。措施之二是，在砌壁段井幫淋水的工作面上方架設木質或鋼質擋水板、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。措施之三是，模板內的積水可在模板上直接鑽孔放出或用集水盒、穿孔鋼管集水導出，或以虹吸管導水等辦法排出。井壁淋水需要採取多種綜合處理措施。

(6)錨噴支護。一般用於f>5，而裂隙小、湧水少的圍巖支護。錨噴支護的金屬網用16號鍍鋅鐵絲編成，支護時相互搭接，用楔縫式錨杆固定在井幫上，與噴射混凝土結合。在豎井支護中，噴射混凝土一般被用作永久支護。由於它分次施工，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於臨時支護，也可用於永久支護。 ^[4] 

巷道支護包括安設支架和維護巷道雙重含義。巷道支護有棚式支架、石材支護、錨杆支護和噴射混凝土支護。棚式支架和石材支護屬剛性支護，錨杆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、預製鋼筋混凝土支架。支架可在製作廠加工，也可在現場加工，採取邊掘進邊架設。棚式支架的架設順序為：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，當斜巷的傾角小於10°時，棚式支架應有3°～5°迎山角;傾角為10°～20°時，棚間應加頂撐;傾角為20°～30°時，棚間應加頂、底撐;傾角大於30°時，應加頂、底撐和底梁，並在每段下部設置基框或承木，並由下往上進行架棚。

石材支護：用於岩石鬆軟破碎和節理裂隙比較發育及滲水的基岩支護。按結構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、通風阻力小和就地取材等優點，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，可採取單元作業或平行作業施工。當岩石較鬆軟時，常採用由型鋼製成的拱形構件作臨時支護，並隨掘進而架設，達到要求的段長後再進行永久支護施工。臨時金屬支架按圍巖性質不同有無腿支架和帶腿支架兩種。石材支護的砌築順序為：拆除臨時支架—掘砌基礎—砌築側牆—立碹胎模板—砌拱—充填—養護—拆模清理。當圍巖穩定性較差時，採用先牆後拱的分段抬拱梁。支護材料採用材料車按需用量供應，砌築用的砂漿和充填用的混凝土可在現場拌制。

(2)整體式支護。有現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。

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

錨杆安設包括打眼、安裝、注眼三個工序。(1)打眼。用鑿岩機打眼或用專用的錨杆鑽機。錨杆打眼安裝機打眼。(2)安裝。按錨杆種類和材料不同採用不同的安裝方法。竹、木錨杆用風錘或手錘打緊、錨固;楔縫式金屬錨杆用風錘、扭力扳手、普通扳手或手錘錨固;管縫式錨杆安裝用鑿巖，推入孔眼中預定位置;脹管式錨杆可用高壓水脹管安裝。(3)注眼。可採用先錨後注或先注後錨兩種方式。竹、木、金屬錨杆安裝後，用注眼器、注漿器將水泥砂漿注入。對於樹脂錨杆與快硬水泥錨杆，先將水泥藥卷或樹脂藥卷用錨杆體送至孔底，再用配有特殊鑽頭的普通電鑽、扭力扳手或普通扳手將錨杆一次安裝。

噴射混凝土支護：用壓縮空氣將混凝土拌合料經噴槍高速噴射於巖壁表面。並與巖壁緊密粘結，構成支承結構的井壁支護。它與錨杆、鋼筋網、鋼纖維相結合，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點：能使混凝土與圍巖緊密粘結，在巷道周壁形成岩石拱，充分發揮圍巖的支承作用;巷道開挖後能及時支護圍巖;噴層可以薄層支護巷道，具有良好的柔性，對初次地壓大的岩層支護效果好;能填補巷道表面的凹穴，緩和應力集中;能及時封閉巖面，減少岩石的風化變形。

根據巷道圍巖穩定程度，可分別採用素噴射混凝土、鋼纖維噴射混凝土、錨噴混凝土、錨網噴混凝土進行支護。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，應採用標號為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。砂石應進行篩洗，並設擋雨棚晾乾，嚴格控制含水率。

(2)拌料。採用容積為375L的蝸槳式攪拌機或螺旋強制式攪拌機拌料。先按設計配合比將砂、石、水泥經計量後送入攪拌機攪拌，然後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。專用噴射機有乾式、濕式、乾濕兩用和噴射機組四類。乾式噴射機有罐式、轉體式和螺旋式;乾濕兩用噴射機有JP型;噴射機組由上料機、混凝土噴射機和噴霧加水系統組成，有適用於巷道支護的PS-JP型噴射機組和適用於豎井支護的噴射機組。噴射機一般設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。輸料管以採用鋼管為主，並用軟管分別連接噴射機與噴頭。輸送距離取決於噴射機的性能，水平輸送距離一般都在500m以內，向上垂直輸送為50m以內，若輸送距離較遠可在輸料管上加設壓氣噴嘴進行增壓。

(4)噴射。利用壓縮空氣將拌合料通過輸料軟管送至噴頭，在噴頭處加水混合後，噴射至支護工作面。噴頭有單水環式、雙水環式及異徑葫蘆管與預加水環式三種。噴射混凝土作業分區進行。巷道施噴按先牆後拱順序進行，當遇到鬆軟不穩定岩層時，初噴為先拱後牆，復噴為先牆後拱，局部不穩定部分應先期處理。豎井施噴由下而上分段噴射。噴槍應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，應分層噴射。

(5)養護。為使水泥充分水化，減少或防止噴射混凝土收縮開裂，混凝土應灑水養護。養護時間和灑水次數視作業麪條件而定。 ^[4] 

硐室具有斷面大、長度短、形狀複雜、與周圍井巷工程聯接多等特點。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。硐室支護可採用現澆混凝土和錨噴混凝土支護。其順序有先拱後牆和先牆後拱。在不穩定岩層中施工硐室時，要進行臨時支護，常用的有木支架、鋼支架、錨噴臨時支護等。 ^[4] 

優點：重量輕、加工 容易、架設方便、有破壞信號。

缺點：強度低、易破壞、不防火、易腐蝕、風阻大。

適用條件：巷道服務期較短、壓力小、斷面積不大。

全名工字鋼可縮性梯形支架，適用於圍巖比較穩定，受動壓影響，變形200—500mm的巷道。

1、U型鋼可縮性拱形支架，適用於服務時間長，圍巖不穩定，受動壓影響大，變形大於400mm，無底鼓的巷道。

2、U型鋼可縮性圓形支架，適用於服務時間長，圍巖不穩定，受動壓影響大，變形大於800mm，有底鼓的巷道。

3、U型鋼方環形可縮性環形支架，適用於服務時間長，圍巖不穩定，受動壓影響大，變形大於1000mm，有底鼓的巷道。

有錨杆支護梯形巷道，錨杆支護拱形巷道等類型。錨杆支護已經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，保證了採煤工作面的安全、快速推進，促進了煤炭產量的大幅度增長。

我國煤礦錨杆支護技術經歷了從低強度、高強度到高預應力、強力支護的發展過程。早期採用的錨杆支護 強 度剛度低，支護原理上仍屬於被動支護。1996—1997年我國引進澳大利亞錨杆支護技術，高強度錨杆支護技術得到廣泛認可。2005 年以來，為解決深部高地應力、受強烈採動影響、沿空留巷等複雜困難巷道支護難題，又開發出高預應力、強力錨杆與錨索支護技術，真正實現了錨杆的主動、及時支護，大幅度減少了巷道圍巖變形與破壞，支護狀況發生了本質改變。2009 年，煤炭行業標準“煤巷錨杆支護技術規範”( MT/T1104 － 2009) 發佈，標誌着煤巷錨杆支護技術已經逐漸成熟。我國很多礦區煤巷錨杆支護率達到 60% ，有些礦區超過了 90% ，甚至達到 100% 。我國煤礦已經形成了有中國特色的煤巷錨杆支護成套技術體系，錨杆支護已經成為煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護方式。 ^[1] 

錨杆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範圍的煤巖體；② 在錨固區內形成某種結構( 梁、層、拱、殼等) ；③ 改善錨固區圍巖力學性能與應力狀態，控制圍巖變形與破壞。 ^[1] 

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

埋深超過600m，傳統支護不能適應：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、低強度錨杆支護不能滿足巷道維護要求。 ^[1] 

在井巷支護過程中和支護後，對巷道圍巖穩定性、支護工作狀況進行的監控和測試工作。支護監測的任務是預報支護的安全程度，及時調整支護參數，修改支護設計，有效地維護好井巷工程。

以噴錨支護為例，支護監測有下列幾方面的應用：(1)按測得的圍巖允許的最大變形量，設計支護結構的合理的柔性。(2)按測得的圍巖鬆動圈尺寸設計錨杆的合理長度。(3)按測得的圍巖變形時間效應，確定兩種支護合理間隔時間。(4)按一次支護噴層應力大小設計二次噴層厚度。(5)按測得的錨杆受力情況，調整其參數。 ^[5] 

監測方法：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部位移值。