浅谈巷道支护形式的选择

浅谈巷道支护形式的选择

[摘要]本文结合了某煤矿在不同岩性的条件下，所采用的支护方式，并阐述了巷道的支护类型和适用条件。

【关键词】巷道支护；形式；选择

一、巷道围岩的应力分布

1、采动、采动空间和围岩

在岩体中开掘巷道和进行回采工作，称为对岩体的采动，采动所形成的空间称为“采动空间”，采动空间周围的岩体称为围岩，采动空间上方的岩层称顶板，下方的岩层称底板，两侧的岩体称为两帮。

2、巷道的应力分布

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，应力重新颁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。

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，好象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。

综上所述，掘进巷道时应做好支护工作，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。

某煤矿主要开采龙岩组一段的37#、38#、39#及41#煤层及龙岩组三段的2#、20#、23#、24#、28#、29#煤层。

1）龙岩组一段中部富煤带，自41号煤底板砂岩至36号煤顶板之上砂岩底界，厚度约125米，岩性以粗粉砂岩为主，含煤7层，主要可采4层（37#、38#、39#、41#），局部可采1层36#，各煤层的顶底板岩性为37#：顶板为泥岩或细粉砂岩，底板为粗粉砂岩；38#：顶板为厚层状泥岩，底板为粉砂岩；39#：顶板为

厚层状泥岩，底板为细砂岩或细粉砂岩；41#：顶板为细粉砂岩，底板为细砂岩或粉砂岩。

2）龙岩组三段，分布在井田中部，自标Ⅲ1起至翠屏山组底砾岩底界，总计厚度436.5米，含煤60多层，主要可采4层（20、24、28、29），局部可采2层（2、23）。根据岩煤层特征，可分为三个带：①海合百茎带，自标Ⅲ1起至Ⅲ3底止，厚度156米，由粗粉砂岩、砂岩及泥岩组成，含煤13层，主要可采2层（28、29）；②舌形贝带，自Ⅲ3至Ⅲ4底止，厚度102.5米，岩性主要以粗粉砂岩、泥岩及砂岩组成，含煤15层以上，主要可采2层（20、24），23号煤为局部可采；③植物化石带，自Ⅲ4底界至标Ⅳ底界止，厚度178米，含煤22层以上，仅2号层为局部可采。各煤层的顶底板岩性为2#：顶板为细粉砂岩或泥岩，底板为细砂岩；20#：顶板为厚层状泥岩，底板为细砂岩或细粉砂岩；23#：顶板为泥岩，底板为厚层状细粉砂岩；24#：顶板为细粉砂岩，底板为细砂岩；28#：顶板为细粉砂岩，底板为细砂岩或细粉砂岩；29#：顶板为厚层状泥岩，底板为细粉砂岩或细砂岩。

二、几种支护方式的适用条件和优缺点

1、木支架

木支护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，常见有亲口棚和鸭嘴棚两种。鸭嘴棚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、金属支架

金属支架的优点在于：①承载能力高，可有效的控制巷道围岩的变形与移动；

②由于金属支架在制作时按规程断面有严格的尺寸规定，因此在井下巷道的成形必须按规程的断面规格施工，这样可保证巷道的质量标准建设；③金属支架的可缩性较大，硬度强，不易折断，不会因为受到顶板的压力而折断造成顶板事故，减少事故的发生，对于破碎顶板有较好的管理；④可回收再利用，节约成本。

缺点在于：①制作复杂麻烦，重量较大，搬运和修理不方便，初期投资大。人员在支护时较为困难；②在原为裸体的支护巷道改变为金属支架支护时受断面的影响较大。不能就地取材及及时支护而造成安全隐患；③在架线巷道中金属支架可能造成触电危险；④在岩性特破碎地带回收较为困难。

3、锚喷网联网联合支护

锚喷支护在不同地质，不同深度，不同井、巷或硐体类型、尺寸，永久支护或临时支护等条件下，均可采用。

锚杆支护在矿压小、围岩运动方向与锚杆平行的条件下适用，与其它支护方式相比，其优点是：坚固、耐用、安全可靠，巷道维护量少；施工工艺简单，劳动强度低可紧跟掘进工作面便于组织，掘进支护平行作业和一次成稳有利于实现快速掘进和支护机械化；可缩小巷道断面约10％～20％，节省大量建筑材料，掘进费用低。它的缺点是人工打顶板眼困难。

单纯的锚杆支护，不能防止围岩的风化和脱落。为此锚杆支护最好和喷浆(或喷射混凝土)支护联合使用。有时与挂金属网和喷浆共同使用以达到支护的目的。

4、砌碹支护

砌碹支护多用于少数压力大的破碎带和要求不准渗漏水的火药库，机电峒室等工程。

砌碹支护的优点是服务年限长,通风阻力小,维护量很小, 缺点是施工较大断面时工艺复杂,施工过程中掘进与支护作业相互影响,工作面与砌碹支护之间需要做临时支护,同时砌碹施工速度慢,工种多,人员配合多,工资费用高,材料消耗多。

三、支护方式的选择

从某矿煤层的顶底板岩性及近两年的巷道布置改革情况看，一段地层的各煤层巷道的支护方式：41#煤层运巷采用点柱支护、其余煤层采用底板裸体掘进，层节理发育地段采用锚杆（喷）支护，局部破碎带、见煤点采用矿工钢支护是可行的，也是相对经济实用、简单的，以减少其巷修费用；但三段地层的各煤层运输巷，虽经改革布置在煤层的底板上，巷道压力不大，但因其地层的层理、裂隙发育，除极少地段的巷道可保持完好外，大部分地段受风化、采动影响后均需套棚维修，支护与巷修成本巨大，费用居高不下；也因其地层的层理、裂隙发育，从近两年的揭露与实践情况看，其一次脱层厚度经常在1.5米以上，采用锚杆支护因其安全可靠性难以确保，我们认为锚杆支护方式不可行；矿工钢支架虽然一次投入成本大，但由于三段地层的运输巷道压力不大，支架易于回收复用，预计回收率可达95%以上，从长远看是最经济实用、安全的支护方式，因此我们认为三段地层的运输巷道采用矿工钢金属支架支护最为合适，局部岩性脱层严重、破碎地点，还是要采用砌碹支护。

参考文献

[1]冯锡壁，黄振宇.井巷喷射混凝土施工[M].北京：煤炭工业出版社，1988.