巷道支护及顶板管理--王书光

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。
一、《煤矿安全规程》有关 巷道支护的规定
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4、采用锚杆、锚喷等支护形式时、应遵守下列规定：
三、锚杆支护
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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、 内端头做成左旋麻化结构、内部是把M16的圆钢螺栓高压 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、锚杆支护
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2．各种锚杆的安装质量要求 (1)快硬水泥锚杆要在安装前、将快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人孔底、 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接头。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、 然后才能取下风钻。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。
三、锚杆支护
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图 悬吊作用
图 组合梁作用
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三、锚杆支护
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3．紧固作用
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。
4．压缩(组合)拱作用
压缩(组合)拱理论认为：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。
严禁有其他人员。
二、金属支架
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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下表。
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梯形支架的力学特征及适用条件
序号
支架架型 主要力学特征
使用条件
1 梯形刚性支架 不可缩承载能 围岩较稳定、变形量较小、在
力较小
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巷道掘进与顶板管理
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支护的作用
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。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。
大时
回采巷道和与集中胶带机道连通的 石门、围岩压力较大、特别是顶压 较大、顶底板相对移近率在10%-
35%之间
承载能力较大、 回采巷道和与集中胶带机道连通的 抗侧压能力较大 石门、围岩压力较大、压力较均匀、
顶压和侧压均较大、顶底板相对移 近率在10%-35%之间
二、金属支架
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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下表。 封闭曲线形可缩性支架的力学特性及适用条件表
序号 1
2
支架架型 圆形可缩性支架
主要力学特征
承载能力大、抗 底臌和两帮移近 量的能力大、特 别是在均压时
方环形可缩性支架 承载能力大、抗 底臌和两帮移进 量的能力大、特 别是肩压大、压
使用条件
围岩松软、移近量大、底臌和两帮 移近量较严重、在使用非封闭支架 时、围岩移近率≥30%～35%、在压 力较均匀、并在回风平巷使用时更 为有利
三、锚杆支护
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紧固作用 压缩(组合)拱作用
三、锚杆支护 2、锚杆支护类型
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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。
三、锚杆支护
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常见的两种主要锚杆支护如下：
(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、必须符合施工组织 设计或作业规程中规定。
(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 保安全的条件下、方可作业。
(7)锚杆必须按规定做拉力试验。煤巷还必须进行顶 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)锚杆必须用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
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
按锚杆屈服强度бs 将锚杆分为三大类：
三、锚杆支护
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超高强度锚杆结构示意图 W型钢带结构示意图
三、锚杆支护
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煤帮锚杆
煤帮锚杆主要有三种：
1)竹木锚杆
因为煤帮锚杆要承受重复拉伸、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。但由于其成本低、操作方 便、也常应用在压力不大的巷道两帮。
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 料网和梯子梁护帮。
围岩松软、移近量大、底臌和两帮 移近量较严重、在使用非封闭支架 时、围岩移近率≥30%～35%、其压 力不太较均匀、并在回风平巷使用
三、锚杆支护
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锚杆支护是使围岩加固而主动承 受地压的一种支护方式，具有快速、 安全、经济的特点、是当今世界巷道 支护技术的主要发展方向。
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三、锚杆支护
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用不燃物充满填实；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
(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。
一、《煤矿安全规程》有关 巷道支护的规定
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(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。
三、锚杆支护
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3、锚杆布置主要技术参数
（1）“三径”的合理匹配
1)钻孔直径：煤巷锚杆钻孔直径应采用φ28mm、不宜采用大于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4-1Omm之间、最佳值为5-6mm。
3)树脂卷直径：当使用φ2 8mm钻孔直径和φ16-22mm带纵筋螺纹钢锚杆时、
支架的形式
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巷道支护的支架形式有：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 等支护方法、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 作面采动影响小的巷道、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。
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U型钢可缩性支架的力学性能及适用条件
序号 1
2 3
支架类型
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
源自文库主要力学特征
适用条件
承载能力较大、 特别是在均匀受
压时
回采巷道和与集中胶带机道连通的 石门、围岩压力较大、较均匀或有 一定侧压、顶底板相对移近率在
10%-35%之间
承载能力较大、 特别是在顶压较
拱形巷道锚杆与岩体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 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、布置成前后左右互相交错的五花形。 （7)锚固形式
锚固形式有全长锚固和端头锚固两种。
三、锚杆支护
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4、使用锚杆钻机安全注意事项
一是普通锚杆、
бs<340MPa；
二是高强锚杆、
бs=340-600MPa；
三是超高强锚杆、 бs>600MPa。
三、锚杆支护
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（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、
三、锚杆支护
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5、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)锚孔钻完后、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)锚杆的外露长度应符合设计要求。 (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监测工作。
(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、 防止钻机倾倒砸人。
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1、锚杆支护作用原理
1．悬吊作用
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。
2．组合梁理论
组合梁理论认为：当顶板岩层中存在没有稳固岩层的若干 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、由叠合梁变成组合梁、显著提高了岩梁的抗弯曲能 力并减小挠度。
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：锚杆托盘为压制碟形托盘、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4-17。 (4)巷道顶板采用金属网和W型钢带护顶。见图。
200mm左右、多用于巷道净端面
小于10m2的炮采工作面两巷及综
采工作面的回风平巷
2 梯形可缩性支 垂直可缩承载 围岩较稳定、顶压较大、侧压较
架
能力小
小、多用于巷道净端面小于10m2
的炮采工作面回风平巷。其顶底
板相对移近率在10%～35%之间
二、金属支架
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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 见下表。
一、《煤矿安全规程》有关 巷道支护的规定
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1、掘进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。