巷道支护技术

1、 深井巷道锚喷支护技术深井巷道锚喷支护技术山东科技大学矿山工程研究所山东科技大学矿山工程研究所中煤学会矿井建设专业委员会委员中煤学会矿井建设专业委员会委员中煤协会支护专业委员会专家组成员中煤协会支护专业委员会专家组成员 手机手机 ： 1370538961613705389616 王明远王明远 教授教授一、深一、深 井井 概概 述述1、深井的概念、深井的概念 目前一般认为目前一般认为: :垂深垂深400m400m浅矿井浅矿井; 400; 400800m800m中深矿井；中深矿井；8008001200m1200m深矿井；深矿井；1200m1200m超深矿井；在相同的地质条超深矿井；在相同的地质条件

2、下，巷道埋藏越深，支护越困难。件下，巷道埋藏越深，支护越困难。2、深井带来的问题、深井带来的问题（1 1）应力高：）应力高：自重应力通常大于自重应力通常大于18MPa18MPa；近期测试的深井；近期测试的深井巷道水平应力多大于垂直应力，最大水平应力达巷道水平应力多大于垂直应力，最大水平应力达42MPa42MPa。有些深井常发生岩爆现象，开采中形成冲击地压。有些深井常发生岩爆现象，开采中形成冲击地压。（2 2）地温高：）地温高：一般达一般达32324646，个别高达，个别高达50507070。（3）渗透水压力大：深井水相互贯通，渗透压达深井水相互贯通，渗透压达7 78MPa8MPa。（4）瓦斯涌

3、出量大：煤层瓦斯在高压高温作用下，从煤煤层瓦斯在高压高温作用下，从煤层中溢出，危害矿井安全。层中溢出，危害矿井安全。 3、巷道埋深与稳定的关系、巷道埋深与稳定的关系 根据矿井调查和实践研究统计分析，当围岩单轴抗根据矿井调查和实践研究统计分析，当围岩单轴抗压强度在压强度在404060Mpa60Mpa的中硬岩中，拱形巷道断面的中硬岩中，拱形巷道断面121220m220m2条件下，采用常规的锚网喷支护形式：锚杆规格条件下，采用常规的锚网喷支护形式：锚杆规格(16(1618)18)(1800(18002000)mm2000)mm的的MSGLW-335MSGLW-335无纵肋螺纹钢树脂锚无纵肋螺纹钢树脂

4、锚杆，间排距杆，间排距800800800mm800mm；4mm4mm钢筋网，网格钢筋网，网格100100100mm100mm；喷射喷射100mm100mm厚的厚的C20C20混凝土的支护结构形式时，巷道埋深混凝土的支护结构形式时，巷道埋深与变形情况如表与变形情况如表1 1所示。所示。 序序号号巷道埋巷道埋深深(m) (m) 巷道变形及破坏情况巷道变形及破坏情况 治理改进方案治理改进方案 1 1400m 400m 巷道基本稳定，使用一年后，局部有巷道基本稳定，使用一年后，局部有微小裂缝，位移量不大于微小裂缝，位移量不大于20mm20mm，不影，不影响使用；但遇断层破碎带、水平应力响使用；但遇断层

5、破碎带、水平应力大于垂直应力或受采动影响的地段出大于垂直应力或受采动影响的地段出现变形、破坏，需要修复。现变形、破坏，需要修复。 除个别破碎岩层、破碎带外，除个别破碎岩层、破碎带外，一般不需修复或加固。一般不需修复或加固。 2 2400400600m 600m 两帮底部开裂，位移量两帮底部开裂，位移量303050mm50mm，有，有少量底臌，沿拱顶或两肩呈片状或条少量底臌，沿拱顶或两肩呈片状或条带形剥落，局部冒落露出原岩。破坏带形剥落，局部冒落露出原岩。破坏量约占量约占20203030，需修复。，需修复。 一般采用清除破坏部位，补打一般采用清除破坏部位，补打锚杆、挂网喷浆。对压力大的锚杆、挂网

6、喷浆。对压力大的地段应注浆加固。地段应注浆加固。 3 3600600800m 800m 底臌、底脚内移，水沟挤裂，巷道顶底臌、底脚内移，水沟挤裂，巷道顶部两肩部开裂，甚至冒落。部两肩部开裂，甚至冒落。30305050的巷道需要返修，否则难以正常使用。的巷道需要返修，否则难以正常使用。 以上支护结构、参数需调整，以上支护结构、参数需调整，应加锚索、锚梁或配合注浆加应加锚索、锚梁或配合注浆加固。固。 4 4800m 800m 上述支护结构很难有效，应加强矿压上述支护结构很难有效，应加强矿压观测、地应力测试等研究工作，调整观测、地应力测试等研究工作，调整支护参数、结构形式和工艺过程。支护参数、结构形

7、式和工艺过程。 专项研究，预防在前。巷道变专项研究，预防在前。巷道变形大时及时调整支护设计或采形大时及时调整支护设计或采用高强预应力锚杆、锚索、注用高强预应力锚杆、锚索、注浆锚杆延后加固。浆锚杆延后加固。 表表1 1 巷道埋深与变形情况统计表巷道埋深与变形情况统计表二、二、 影响巷道稳定的因素影响巷道稳定的因素1、客观因素、客观因素（1 1）围岩性质）围岩性质围岩性质包括岩石性质和岩体性质。围岩性质包括岩石性质和岩体性质。岩石性质：岩石性质：主要是强度指标主要是强度指标(R(Rc c) ) ；岩体性质：岩体性质：层理、节理和裂隙等。层理、节理和裂隙等。（2 2）岩层物相：）岩层物相：产生膨胀、

8、蠕变、流变的矿物成分，产生膨胀、蠕变、流变的矿物成分，如蒙托石、伊利石、高岭石的含量。如蒙托石、伊利石、高岭石的含量。（3 3）地应力与地质构造）地应力与地质构造（4 4）地下水）地下水（5 5）地温：）地温：如龙固、赵楼矿高达如龙固、赵楼矿高达42424848。 2、主观因素、主观因素（1）巷道布置与开挖顺序（2）巷道断面形状和尺寸（3）巷道支护材料与参数（4）支护结构形式（5）施工工艺与质量三、控制巷道围岩的主要途径三、控制巷道围岩的主要途径1、加固围岩、加固围岩（发挥围岩自身强度）（发挥围岩自身强度）（1）基本原理“先抗后让，强支弱护，保持完整，减少松动先抗后让，强支弱护，保持完整，减少

9、松动”；“内实外松，近压远拉，环带连续，异体胶结内实外松，近压远拉，环带连续，异体胶结”。（2）主要支护形式：锚、网、喷、索、梁、注。锚、网、喷、索、梁、注。（3）主要支护材料锚杆及配件：锚杆及配件：高强、预应力、缓压、精加工、拱高强、预应力、缓压、精加工、拱形托盘、转动垫圈、长锚固段。形托盘、转动垫圈、长锚固段。 杆体强度杆体强度KMG500KMG500以上的钢材，以上的钢材，22mm22mm，L2mL2m，锚固端锚固端600mm;600mm;延伸率延伸率2 23%3%。（见图。（见图1 1 高强预应力高强预应力锚杆）锚杆） 高强高预应力让压锚杆高强高预应力让压锚杆让压前图片让压前图片 预应

10、力让压锚杆预应力让压锚杆让压后图片让压后图片图图1 1 高强高预应力让压锚杆结构图高强高预应力让压锚杆结构图（美国济宁捷马公司产品）（美国济宁捷马公司产品） 合理参数：合理参数：（3 3）锚索：）锚索：17.78mm17.78mm，预应力，预应力150kN150kN，最大，最大承载力承载力320kN320kN，长度一般为，长度一般为4 48m8m，锚固端长，锚固端长1200mm1200mm。加固重点是巷道两肩的应力集中带。加固重点是巷道两肩的应力集中带。（4 4）锚注加固：）锚注加固：加固带加固带=1=11.51.5倍锚固带；倍锚固带；注浆，水泥浆为主；注浆，水泥浆为主；注浆锚杆。（图注浆锚杆

11、。（图2 2、3 3） 0.60.5锚杆屈服强度预应力0.80.6杆体破断力轴向抗拉力0.50.4锚固力预紧力0.380.25锚杆长间排距密度 图图2 2 注浆锚杆结构图注浆锚杆结构图 图图3 3 高压注浆锚杆结构图高压注浆锚杆结构图2、应力转移、应力转移（卸压）（卸压）（1 1）反底拱；）反底拱；（2 2）让压带、让压层；）让压带、让压层；（3 3）卸压巷；）卸压巷；（4 4）卸压槽；）卸压槽；（5 5）卸压钻孔；）卸压钻孔；（6 6）爆破松动。）爆破松动。3、锚喷、锚喷 支护巷道稳定的五个系统支护巷道稳定的五个系统（1 1）设计系统）设计系统支护结构形式、参数、合理性。支护结构形式、参数、

12、合理性。（2 2）设备系统）设备系统钻、装、喷、注设备。钻、装、喷、注设备。（3 3）材料系统）材料系统材料、质量、特性。材料、质量、特性。（4 4）施工工艺）施工工艺顺序、过程、管理。顺序、过程、管理。（5 5）标准与检测）标准与检测标准定位、评价、检测机具标准定位、评价、检测机具与方法。与方法。四、锚喷技术要点1、光面爆破、光面爆破光面爆破是基础，是锚喷支护的前提。光面爆破的要点：（1 1）钻孔质量：平、直、齐。）钻孔质量：平、直、齐。（2 2）炮眼布置：掏槽效果，周边眼距离与最小抵抗线比）炮眼布置：掏槽效果，周边眼距离与最小抵抗线比值，值，E/W=0.81E/W=0.81为最佳范围；即周

13、边眼为最佳范围；即周边眼0.4m0.4m，最小抵抗，最小抵抗线线0.5m0.5m。（3 3）装药量：周边眼为辅助眼的）装药量：周边眼为辅助眼的1/21/31/21/3。f=46f=46，装，装1212块。块。（4 4）不耦合系数：炮眼直径）不耦合系数：炮眼直径/ /药卷直径药卷直径=1.681.9=1.681.9为最佳范为最佳范围。围。（5 5）起爆方式：最好是预留光面层起爆，即：一次起爆）起爆方式：最好是预留光面层起爆，即：一次起爆到二圈眼到二圈眼; ;周边眼（光面层眼）第二次单独装药一次起爆周边眼（光面层眼）第二次单独装药一次起爆。2、锚杆支护（管理严格）、锚杆支护（管理严格）（1 1）材

14、料）材料（2 2）参数）参数（3 3）工艺及原理）工艺及原理（4 4）维护、卸压）维护、卸压3、喷射砼支护、喷射砼支护（1 1）材料、配合比）材料、配合比（2 2）工艺与操作）工艺与操作（3 3）质量要求）质量要求4、锚喷支护技术管理、锚喷支护技术管理（1 1）事前控制）事前控制材料检验、措施、人员培训、制度。材料检验、措施、人员培训、制度。（2 2）事中控制）事中控制机械、工艺、操作、检查。机械、工艺、操作、检查。（3 3）事后控制）事后控制标准、验收工具、方法、补充措施。标准、验收工具、方法、补充措施。5、国内外锚喷支护发展趋势、国内外锚喷支护发展趋势（1 1）机械化、安全、钻装机、让压锚

15、杆。）机械化、安全、钻装机、让压锚杆。（2 2）高强、高预应力支护技术。）高强、高预应力支护技术。（3 3）抗让结合，卸压原理研究。）抗让结合，卸压原理研究。五深井巷道支护加固实例五深井巷道支护加固实例1、实践矿井概况、实践矿井概况序序矿井矿井产产 量量（万（万t/a）埋深（埋深（m）地质特征地质特征治理方法及效果治理方法及效果1 1唐口矿唐口矿30030010291029高应力松软碎涨泥岩高应力松软碎涨泥岩将将3000m3000m破坏巷道加固已稳定破坏巷道加固已稳定3 3年年2 2济西矿济西矿4545508508强风化基岩、泥化、碎涨严重强风化基岩、泥化、碎涨严重硐室开裂后加固已稳定硐室开裂

16、后加固已稳定2 2年年3 3彭庄矿彭庄矿4545462.5462.5高渗水、极薄松碎泥页岩高渗水、极薄松碎泥页岩监控预防为主，已生产监控预防为主，已生产2 2年年4 4龙固矿龙固矿600600844.8844.8高温、高渗水泥岩，粉砂岩、高温、高渗水泥岩，粉砂岩、细砂岩互层细砂岩互层监控预防为主，已进入采区监控预防为主，已进入采区5 5赵楼矿赵楼矿300300905905泥岩、粉砂细岩互层，裂隙发泥岩、粉砂细岩互层，裂隙发育、高渗水育、高渗水监控预防为主，车场已完成监控预防为主，车场已完成6 6枫嵩矿枫嵩矿4545510510松碎泥岩，大裂隙结构松碎泥岩，大裂隙结构U U型钢支护变形严重，已修

17、复型钢支护变形严重，已修复7 7郭屯矿郭屯矿240240853853大涌量、高压渗水碎涨泥岩、大涌量、高压渗水碎涨泥岩、细砂岩互层细砂岩互层监控预防为主，进入车场监控预防为主，进入车场 2、唐口矿研究治理方案、唐口矿研究治理方案（1）巷道、硐室破坏情况（如图（如图4 47 7所示）所示）图图4 4 唐口矿巷道拱肩部位变形开裂唐口矿巷道拱肩部位变形开裂图图5 5 唐口矿巷道底臌唐口矿巷道底臌1.2m1.2m图图6 6 唐口矿大巷底角锚喷网支护后开裂唐口矿大巷底角锚喷网支护后开裂图图7 7 唐口矿泵房唐口矿泵房40#40#工字钢梁发生弯曲工字钢梁发生弯曲（2）主要加固方案图图8 8 唐口矿泵房加固

18、结构图（无泵基础）唐口矿泵房加固结构图（无泵基础） 图图9 9 唐口矿胶带机头硐室加固结构图唐口矿胶带机头硐室加固结构图12345876锚注及平面锚索桁架注浆锚索及锚梁反底拱梁防水让压层（3）主要加固形式（4）加固效果（如图1012所示）图图10 10 唐口矿中央水泵房平面锚索桁架加固治理后状况唐口矿中央水泵房平面锚索桁架加固治理后状况 图图11 11 唐口矿变电所锚索梁加固治理后状况唐口矿变电所锚索梁加固治理后状况图图12 12 唐口矿大巷加固治理后状况唐口矿大巷加固治理后状况（5）新掘巷道预案机制抗抗让让卸卸固固抗抗让让防防3、济西矿研究治理方案、济西矿研究治理方案（1）巷道、硐室破坏情况

19、（如图1315所示）图图13 13 济西矿巷道底臌破坏图济西矿巷道底臌破坏图图图14 14 济西矿巷道围岩挤压变形后断面缩小济西矿巷道围岩挤压变形后断面缩小图图15 15 济西马头门钢筋混凝土开裂济西马头门钢筋混凝土开裂（2）加固方案25005 0 0 02 5 0 06 0 02 5 0 018006 0 047005006001 5 012345671 21 11 098图图16 16 济西矿马头门及其连接部分加固修复图济西矿马头门及其连接部分加固修复图高强锚杆注浆锚索注浆锚杆图图17 17 济西矿断面马头门连接部锚注法加固结构布置图济西矿断面马头门连接部锚注法加固结构布置图（3）预案机制

20、及效果 （如图1820所示）图图18 18 济西矿马头门开裂变形及加固情况济西矿马头门开裂变形及加固情况图图19 19 济西矿马头门浇灌混凝土段加固后的情况济西矿马头门浇灌混凝土段加固后的情况 图图20 20 济西矿锚喷巷道加固情况济西矿锚喷巷道加固情况4、彭庄矿研究治理方案、彭庄矿研究治理方案（1）巷道、硐室破坏情况图图21 彭庄矿大巷岩层结构情况彭庄矿大巷岩层结构情况（2）矿压观测（3）预案机制（4）主要方案及效果硐室煤层置换技术；硐室煤层置换技术；高强锚杆、锚索、锚带技术高强锚杆、锚索、锚带技术5、枫嵩矿研究治理状况、枫嵩矿研究治理状况（1 1）U U型钢支护变形、底臌严重；型钢支护变形、底臌严重；图图22 22 枫嵩矿枫嵩矿U U型钢支护巷道变形情况型钢支护巷道变形情况（2 2）治理方案及效果）治理方案及效果6、龙固、赵楼、郭屯矿预案研究、龙固、赵楼、郭屯矿预案研究（1）岩层及工程概况图图23 23 赵楼矿贯通段破坏情况赵楼矿贯通段破坏情况（2 2）深井巷道围岩控制方案）深井巷道围岩控制方案地质构造分析和地应力测试；地质构造分析和地应力