淺析煤礦巷道支護(hù)的發(fā)展

1、淺談煤礦巷道支護(hù)的開展近幾年來,隨著我國(guó)煤礦開采深度的不斷增加，煤礦井巷支護(hù)經(jīng)歷了由單 一型支護(hù)技術(shù)到聯(lián)合支護(hù)型技術(shù)的開展歷程。煤礦早期開釆階段幾乎全部是以木材作為巷道及釆煤工作面的支護(hù)材料，隨著新型材料的出現(xiàn)，開場(chǎng)采用混凝土或鋼筋混凝土砌碹等支護(hù)形式，這些被動(dòng)式支護(hù)消耗大量材料 且受深度和巖 性影響。隨著井巷支護(hù)技術(shù)的開展演變，可 將其歸納為被動(dòng)式支護(hù)方式、主動(dòng)式支護(hù)方式。1被動(dòng)式支護(hù)方式被動(dòng)式支護(hù)技術(shù)是源于古典壓力理論和坍落理論，認(rèn)為巷道 開挖后圍壓主 要由圍巖局部坍塌導(dǎo)致而成，而巷道的穩(wěn)定 主要靠圍巖將塌致使硐室形狀改變后自行獲得。被動(dòng)式支護(hù)把圍巖坍塌巖與支護(hù)分開來考慮，把圍巖視作荷載，

2、支 護(hù)看作承載構(gòu)造，二者之間形成荷載一構(gòu)造體系，認(rèn)為支 護(hù)是為了承受由圍 巖所產(chǎn)生的荷載，無法控制圍巖變形破 壞的發(fā)生，只能起被動(dòng)抵抗的作用。1. 1木支護(hù)方式木支護(hù)技術(shù)主要是采用木材作為支護(hù)材料，典型的支護(hù)方式 有親口棚、 鴨嘴棚、戴帽點(diǎn)柱、木操等。木支護(hù)消耗 大量木材而且受采深和巖性影響嚴(yán)重，因此只適用于淺部圍巖，而且支護(hù)斷面形狀必須與圍巖曲線一致，以充分發(fā)揮 圍巖和支護(hù)構(gòu)造抗壓強(qiáng)度大的優(yōu)勢(shì)，從而硬性抵抗巖體的變形壓力。1.2石材支護(hù)方式石材支護(hù)分片石、料石兩種支護(hù)方式，優(yōu)點(diǎn)是具有抗壓性好、 一次成巷好、平安系數(shù)大、抗災(zāi)能力強(qiáng)、支架變形小和質(zhì)量易保證等特點(diǎn)，缺乏之處在于初期投資高,只適用于

3、礦井效勞年限長(zhǎng)的巷道。1.3金屬支架支護(hù)方式金屬支架支護(hù)技術(shù)主要分剛性支架支護(hù)與可縮性支架支護(hù)， 其中剛性支架 允許壓縮變形量小，工作阻力隨變形量增大 而減小，直至破壞而失去工作阻力；可縮性支架允許壓縮變形量大，在構(gòu)造設(shè)計(jì)壓縮圍，工作阻力隨壓縮量大而增大，或者恒阻。金屬支架支護(hù)視支架為支護(hù)體，圍巖為荷載，其 破壞是由于 支架上彎曲力矩到達(dá)屈服極限的破壞應(yīng)力所 致，同時(shí)，由于支架承受側(cè)壓力和荷載的不均勻常使支架失去穩(wěn)定性或可縮性而減弱或失去豎向承載能力。特別是uM鋼支架支護(hù)由多段弧形構(gòu)件相互疊置搭接而成，大多支 護(hù)面呈拱形或環(huán) 形，主要使用于松軟圍巖、地壓大、底鼓 嚴(yán)重和兩幫位移量大的開拓和釆區(qū)

4、巷道1.4裝配式鋼筋混凝土支架支護(hù)方式裝配式鋼筋混凝土支架支護(hù)施工技術(shù)，可以在地面工廠化預(yù) 制，質(zhì)量有保 證且利于批量化生產(chǎn)和井下機(jī)械化安裝，缺 乏之處在于不能有效抵抗上覆巖層整體移動(dòng)而產(chǎn)生的底板沉降及巷幫測(cè)壓，受扭曲折斷而失去支護(hù)作用。鋼筋混 凝土支架支護(hù)分一般鋼筋混凝土支架、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支架。 預(yù)應(yīng)力鋼筋混 凝土支架具有抗壓性好、一次成巷好、平安 系數(shù)大、抗災(zāi)能力強(qiáng)、支架變形小和質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)，缺乏之處在于初期投資高，易松動(dòng)等。2主動(dòng)式支護(hù)方式主動(dòng)式支護(hù)方式為補(bǔ)強(qiáng)式，利用圍巖本身強(qiáng)度來維護(hù)巷道的支護(hù)方式。2.1錨桿系列支護(hù)技術(shù)自20世紀(jì)50年代以來,錨桿支護(hù)手段已在國(guó)外地下工程中得

5、到了廣泛應(yīng) 用。我國(guó)從1956年起在局部礦區(qū)先后試用該支 護(hù)技術(shù)并獲得良好效果。國(guó)錨桿系列支護(hù)技術(shù)開展分為單體錨桿群支護(hù)手段、組合錨桿支護(hù)階段、預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)階段、強(qiáng)力舖桿支護(hù)階段、復(fù)合支護(hù)階段。錨桿支護(hù)原理有 加固拱（擠壓 組合拱昨用、懸吊作用.組合梁作用、最大水平 應(yīng)力理論。單體錨桿群支護(hù)階段1955年一 1964年，錨桿支護(hù)技術(shù)剛剛弓丨進(jìn)國(guó)，開展尚處 于萌芽階段，以鋼絲繩、水泥沙漿、木錨桿為代表，錨桿無托板，且桿體間缺乏聯(lián)系。錨桿實(shí)際上只起懸吊作用，且被動(dòng)承載，不與圍巖共同作用。由于盲目擴(kuò)大這類錯(cuò)桿的 應(yīng)用 圍，致使局部井巷冒頂失修，實(shí)際上阻礙了錨桿支護(hù)的開展。該階段技術(shù)開展基于懸吊作用

6、和原始楔形剪切理論o組合錨桿支護(hù)階段隨著煤礦軟巖問題在各礦區(qū)的相繼顯現(xiàn)，單體錨桿群支護(hù)已 很難適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件，松軟破碎條件下還需增設(shè)金屬 網(wǎng)和混凝土噴層，動(dòng)壓影響嚴(yán)重的場(chǎng)合那么進(jìn)一 ？步增加鋼帶、鋼架等，形成組成錨桿支護(hù)體系，并且由平面組合開展到空間組合，形成整體支護(hù)構(gòu)造體系。研究說明錨桿不僅能起 到懸吊作用，而且 具有組合拱或組合梁作用，承載能力顯 著增強(qiáng)。組合鋪桿比單體錨桿更與利于松軟破碎頂板的平安維護(hù)，并開展了錨噴網(wǎng).錨梁網(wǎng)也層出不窮。 此階段相應(yīng)的 支護(hù)理論有組合支撐拱理論及組合支撐梁理論等。預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)階段1990A后,隨著錨桿支護(hù)在松軟動(dòng)壓及大跨度巷道中得推廣應(yīng) 用，圍巖體

7、片幫冒頂現(xiàn)象嚴(yán)重。工程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的錨桿實(shí) 際上不能有效阻止圍巖開裂、滑移，采用有橫向預(yù)應(yīng)力的管縫式錨桿和錨桿桁架，能顯著改善支護(hù)效果，其代表產(chǎn)品或構(gòu)造主要有桁架錨桿、水脹式錨桿和楔縫式、管縫式錨 桿，這四類錨桿均 具有良好的橫向預(yù)應(yīng)力和一定縱向預(yù)應(yīng) 力，其支護(hù)效果已為國(guó)夕卜礦山支護(hù)實(shí)踐所證實(shí)。研究說明，當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力高于60KN,可根本阻止巷道頂板下沉，因此 研制出高強(qiáng)度粗直徑全長(zhǎng)錨固樹脂鋼筋錨桿，并在托板處增加減少摩擦的裝置。強(qiáng)力錨桿支護(hù)階段近年來，隨著煤礦開釆深度的不斷增加，地質(zhì)環(huán)境日益復(fù)雜，導(dǎo)致突發(fā)性工 程和重大惡性事故不斷增加，普通錨桿常由 于集中荷載的作用致使錨桿拉脫及鋼帶撕裂，錨桿護(hù)

8、表作用降低，導(dǎo)致整體支護(hù)效果欠佳。為了從根本上改變錨桿支護(hù)材料落后這種局面，研制了鎖桿專用鋼材，以到達(dá)高強(qiáng)度和 超高強(qiáng)度的級(jí)別。強(qiáng)力錨桿的桿體為左旋無縱肋螺紋段釆 用滾壓工藝加工，強(qiáng)力錨桿支護(hù)系統(tǒng)能大幅度提高巷道初期剛度和強(qiáng)度，有效控制高應(yīng)力巷道構(gòu)造面離層、滑動(dòng)、裂隙開及新裂紋產(chǎn)生等不連續(xù)變形。錨桿支護(hù)同架棚支護(hù)相比，由于錨桿是主動(dòng)支護(hù)頂板， 能有效 防止早期離 層，大大改善了巷道的穩(wěn)定狀況，因此有利于 巷道維護(hù)。2. 2復(fù)合支護(hù)技術(shù)復(fù)合支護(hù)是采用兩種或兩種以上的支護(hù)方式聯(lián)合支護(hù)巷道。現(xiàn)行類型較 多，如錨網(wǎng)噴、注漿加固，錨網(wǎng)噴、趣鋼可縮 性支架、錨索。錨網(wǎng)索噴、弧板支架，u型鋼支架、注漿加固，

9、以及錨網(wǎng)噴、注漿、u型鋼支架等形式。選擇復(fù)合支護(hù) 形 式時(shí)，應(yīng)根據(jù)巷道圍巖地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件，確定出合理的支護(hù)形式和參數(shù)。不同類型的軟巖巷道所采用的支護(hù)形式不同。221強(qiáng)力錨桿桿體材料與附件低強(qiáng)度錨桿支護(hù)材料已經(jīng)無法滿足高應(yīng)力巷道支護(hù)的要求 必須開發(fā)研制 新的支護(hù)材料才能適應(yīng)其要求。新開發(fā)的錨 桿專用鋼材可顯著提高錨桿強(qiáng)度，其屈服強(qiáng)度和破斷強(qiáng)度均較同類型錨桿髙出許多，且預(yù)應(yīng)力級(jí)別較髙，真正實(shí) 現(xiàn)了高預(yù)應(yīng)力與高強(qiáng)度，以適應(yīng)高應(yīng)力巷道圍巖變形。除強(qiáng)力錨 桿桿體外，還配套開發(fā)出高強(qiáng)度螺母、高強(qiáng)度球形托板與球 形墊圈，優(yōu)選了減摩墊圈等附件。強(qiáng)力鋼帶考慮到現(xiàn)在有型鋼帶抗撕裂性能差，且鋼帶與其它構(gòu)件強(qiáng)度 不耦合，易導(dǎo) 致托板壓入或壓穿鋼帶，發(fā)生剪切破壞。為 配合強(qiáng)力錨桿支護(hù)，研發(fā)出 4mm 5mm的強(qiáng)力w鋼帶， 其強(qiáng)度與剛度均有大幅度提高，組合與護(hù)表能力大大增強(qiáng)， 同時(shí)，鋼帶撕裂與托板的