规程内对支护的要求和解析

6.1.5井巷支护在原岩体内开挖井巷后，打破了原岩体内的应力平衡，导致井巷围岩的应力重新分布，致使井巷围岩某些部位的应力升高，当应力升高到一定值时，就会产生非弹性变形和破坏，使井巷失去稳定性，出现一系列的地压现象。当井下又受到地下水及动载荷的作用时，地压现象就会更为严重。井筒、巷道和硐室是矿井提升、运输、通风、排水的通道，也是人们进行井下生产活动的空间，为了使井巷具有一定的形状和断面，防止围岩发生危险的变形和垮落，在开挖井巷之后，必须根据具体情况对其进行必要的维护。'井巷维护要充分考虑利用围岩自身的强度来保持井巷的稳定性、选择合理的井巷位置、井巷断面形状、大小，避免应力过高和叠加；采用光面爆破、微差爆破以及合理控制爆源与井巷的相对位置，降低爆破对井巷围岩的破坏；快速掘进，减少围岩暴露时间，采用喷锚支护、注浆加固等方式，来提高围岩强度，架设支架阻止围岩的继续变形和破坏.6.I.5.I在不稳固的岩层中掘进井巷，应进行支护。在松软或流砂岩层中掘进，永久性支护至掘进工作面之间，应架设临时支护或特殊支护。【释义】本条是关于在地质不良岩层中掘进井巷时的支护要求。井巷支护按用途可分为临时支护和永久支护。临时支护有棚式支护（金属拱形支架和木棚支架）、锚杆支护、喷混凝土支护等。永久性支护有砌碹支护、喷混凝土支护、浇混凝土支护、喷锚网联合支护等。临时支护主要用于在极不稳定的岩层如松软或流砂性岩层中掘进时，工作面至永久支护之间的支护。一般岩石的硬度系数/<5的井巷，断层破碎带处，遇水易碎胀、泥化的岩石巷道，易风化的岩石巷道都应进行支护。井巷支护型式的选择要综合考虑井巷围岩的性质、水文地质条件、井巷服务年限等因素。井巷施工时，掘进和支护工作一般是平行进行的，支护常常滞后于掘进。但在不稳固的岩层中掘进，特别是在松软、流砂及破碎带中掘进，支护工作滞后又会导致片帮、冒顶等事故发生，所以规定在支护滞后掘进的范围内应架设临时支护，以保证掘进工作的安全。井巷片帮、冒顶事故在井下事故中占相当大的比重。如广东某钨矿自1952年以来，井下发生伤亡事故中，冒顶片帮占61.9%。其原因是多方面的，但很多事故是可以避免发生的。1975年，小寺沟矿在掘进断面14m2的巷道时，工作面附近顶板岩石比较破碎，由于10m以内没有及时支护，致使作业中突然冒顶，2人被砸死。6・1・5・2需要支护的井巷，支护方法、支护与工作面间的距离，应在施工设计中规定；中途停止掘进时，支护应及时跟至工作面。【释义】本条是关于井巷支护的规定。施工组织设计中，应对工程实际施工可能遇到的各种不良岩层的支护方法、技术措施、安全措施等予以明确，做到有备而战。方法和措施应力求经济合理，切实可行。一般来说，木支护加工方便，架设容易，但木材消耗量大，服务年限短，难以支撑较大的地压，且我国木材资源紧缺，应尽量少用或者不用木支护。钢筋混凝土支架虽能节省木材，但构件笨重，在井巷的有限空间内，架设的机械化问题比较难以解决。金属支架架设方便，承载能力大，在地压不太大的情况下还可以回收，经整形后复用，因而可以使支护成本降低，但这种支架消耗钢材多，在井巷支护中也不宜过多使用。整体浇灌的混凝土支护，施工复杂，工序多，材料消耗大，但其整体性好，承压能力大，材料来源方便，因而使用较多，特别是大跨度的、重要的井巷、硐室，使用得较多。喷锚支护是极为有效而经济的支护方法，在我国矿山被广泛应用。支护与工作面问的距离，应根据井巷类型、形状、大小、凿岩和掘进方式、施工作业循环时间、所采用的支护方式、所处围岩工程及水文地质情况等，在施工设计中做出明确规定（一般要求临时支护滞后工作面的距离不超过lm）。中途停止掘进时，为防止井巷发生垮塌、冒落等，支护要跟至工作面。6.1.5.3架设木支架时，应遵守下列规定：——不应使用腐朽、蛀孔、软杂木和劈裂的坑木。永久支护坑木，应进行防腐处理；——支架架设后，应在接榫附近用木楔将梁、柱与顶、帮之间楔紧。顶、两帮的空隙应塞紧。梁、柱接榫处应用扒钉固定；——斜井支架应有下撑和拉杆；坡度大于30°的斜井，永久性棚架之间应架设撑柱；柱窝应打在稳定的岩石上；——爆破前，靠近工作面的支架，应加固；——发现棚腿歪斜、压裂、顶梁折断或坑木腐烂等，应及时更换、修复。【释义】本条是关于架设木支架的规定。架设支架是井巷支护的方法之一，有临时的，也有永久的。过去使用木支架居多，现多为钢质支架。各种支架架设方法基本相同，但其承载能力、支护成本不同，矿山应根据自己的实际情况选用。首先要求支架本身坚固，能承受一定的压力。木材支承能力较小，易腐朽，特别是坑内水大、湿度大，导致木材强度降低并容易腐朽，所以不得使用腐朽、蛀孔、软杂木和劈裂的坑木。永久支架要进行防腐处理。各巷道的支架要经常检查，坑木腐朽者要及时更换，棚腿歪斜者要及时修正。压裂、顶梁压折者，表明此处地压较大，原有支架不足以承受，应加强支护，还要作好记录，作为矿山地压活动的原始资料。支架在架设的过程中，应将顶、帮上的浮石撬掉，以保证作业人员的安全。支架安装要牢固。粱、柱接榫处用扒钉固定连接，以保证支架的整体支撑能力。斜井支架加下撑和拉杆，防止支架滑移，失去支撑作用。坡角大于30°的斜井永久性支架之间要设撑柱，以提高支架的整体支撑能力。爆破前靠近工作面的支架用扒钉、拉条、撑木等加固，保证支架的承载能力，受力后稳固。由于架设的支架不能完全贴紧岩壁，较大空隙的存在使支架难以有效阻止围岩继续变形和破坏，所以规定“用木楔在接榫附近将梁、柱与顶、邦之间楔紧。顶、两帮的空隙应塞紧”以使围岩压力能较均匀地传给支架，从而发挥支架的承载能力。6.1.5.4井巷砌碹支模，应遵守下列规定： 砌碹前拆除原有支架时，应及时清理顶、帮浮石，并采取临时护顶措施；砌碹后应将顶、帮空隙填实；——木碹胎间距超过Im、金属碹胎间距超过2m，应进行中间加固；——跨度大于4m的巷道架设碹胎，金属碹胎各节点应用螺栓连结，木碹胎的各节点应牢固可靠； 碹胎的强度，应具有不小于3倍支撑重量的安全系数；——碹胎的下弦，不应支撑工作台。【释义】本条是关于井巷砌碹支模的规定。在平巷、硐室和竖井中，广泛采用混凝土砌筑支架，即砌碹支护。这种支架强度高、承压能力大，防火，阻水，通风阻力小，材料来源广。混凝土支架按其断面形状大体可分为五种：直墙拱形支架、马蹄形支架、椭圆形支架、圆形支架及沁拱形支架。在矿山平巷中主要采用直墙、拱顶的形式，它由拱、侧墙和基础组成。拱的作用主要是承受顶压，并传给侧墙和围岩。墙的作用在于支承拱和抵抗侧压。基础的作用是把墙传来的荷载与自重均匀地传给底板，并防止支架产生过大的沉陷。井巷砌碹前拆除临时支架时，要先处理两帮的浮石，而后拆除临时支架的棚腿。棚梁、棚肩部分仍承托在插入两帮的钢轨橛子上，待砌拱时再拆除。当顶板压力大、两帮岩石破碎时，还要先打两根顶柱，处理两帮后再拆除棚腿。在顶帮压力特大地区砌碹不能拆除临时支架时，允许将临时支架砌入碹拱内，但不得减小碹厚和巷道的设计断面。砌筑混凝土墙要根据巷道的中、腰线组立模板。先放底梁，然后安设立柱、托梁和横梁。立柱与岩帮间可顶上撑木。最后安放模板，分层浇灌并捣实混凝土。砌筑混凝土拱时，利用中、腰线架设碹胎和模板，测量校正后便可开始浇灌混凝土，由起拱线开始，向中心对称浇筑并分层捣实。砌碹支护架设碹胎时，碹胎的间距应根据其材质和承载能力确定，一般木质碹胎不超过lm,钢质碹胎不超过2m，否则，应进行中间加固，如采用夹板联接或圆钢拉钩拉紧，以增加其纵向稳定性。碹胎的强度应具有不小于3倍支撑重量的安全系数。拆模期应根据水泥品种，养护条件、围岩情况作试验确定，一般要经过3〜7天才能拆模。拆模时切忌用大锤敲打，以免碹胎、模板变形。拆模后，如砌碹表面质量有不足之处，要进行修补；如局部需要挖补翻修时，要使用速凝混凝土或水泥砂浆。6.1.5.5竖井砌碹工作，应遵守下列规定：——竖井的永久性支护与掘进工作面之间，应安设临时井圈，井圈及背板应用楔子塞紧；永久性支护架及临时井圈与掘进工作面的距离，应在施工组织设计中规定；——用普通凿井法穿过表土层、松软岩层或流砂层时，临时井圈应紧靠工作面，并应加固；圈后背板要严密，并及时砌碹；砌碹前，每班要有专人检查地表和井圈后的表土、岩层、流砂的移动及流失情况，发现险兆，应立即停止作业，撤出人员，进行处理；——竖井的砌碹，应保持碹壁平整、接口严密；岩帮与碹壁之间的空隙，应用碎石填满，并用砂浆灌实；碹外有涌水时应用导管引出，砌碹完毕，应进行封水。【释义】本条是关于竖井砌碹的规定。浇筑混凝土支护壁（即砌碹）是维护竖井井壁围岩稳定、确保竖井断面的最为有效方法之一。竖井除了非常稳固的坚硬岩层，一般都采用浇筑混凝土（或钢筋混凝土）支护。竖井砌碹分自掘进工作面砌壁和高空砌壁两种，其施工工序包括：拆除临时支护（并绑扎钢筋）、立模、浇灌并捣固、接茬、拆模和养护。竖井施工中是否需要临时支护、采取何种方式支护应依据具体岩层情况而定，在；施工组织设计中应有针对不同地层的临时支护措施，以确保施工安全。浇筑混凝土永久井壁，立模前要测量找中，防止立模偏心；浇筑应对称分层进行，应防止混凝土产生离析，要随浇随捣固，既要保证井壁的支护厚度又不能壁后留空隙，要及时释放模板中的积水以保证井壁质量；要处理好井壁接茬，做到接茬平整密实，当有裂缝、出水现象时，应采取措施治理，如采取截水槽的排水方式或埋设导水管将水导走。6.1.5.6喷锚支护工作，应遵守下列规定：——锚杆、喷射混凝土支护的设计和施工，应遵守GB50086的规定；——采用锚杆、喷浆或喷射混凝土支护，应有专门设计；喷锚工作面与掘进工作面的距离，锚杆形式、角度，喷体厚度、强度等，应在设计中规定；——砂浆锚杆的眼孔应清洗干净，灌满灌实；——锚杆应做拉力试验，喷体应做厚度和强度检查；在井下进行锚固力试验，应有安全措施;——锚杆的托板应紧贴巷壁，并用螺母拧紧； i 处理喷射管路堵塞时，应将喷枪口朝下，不应朝向人员；——在松软破碎的岩层中进行喷锚作业，应打超前锚杆，进行预先护顶；在动压巷道，应采用喷锚与金属网联合支护方式；在有淋水的井巷中喷锚，应预先做好防水工作；——喷锚作业，应佩戴个体防护用品和配备良好的照明。【释义】本条是关于喷锚支护的有关规定。喷锚支护不是消极的承受围岩压力，而是尽量保持围岩的完整性与稳定性，积极控制围岩的力学形态变化，限制岩石的变形、位移和裂隙发展，充分发挥岩体的自身支承作用，把围岩从荷载变为承载，从而起到维护井巷的作用，是一种积极的支护方法。在我国冶金、煤炭、铁道、电力、国防等部门的地下工程中，喷锚支护都得到了广泛的应用。喷射混凝土，能使混凝土射入岩面张开的节理裂隙中，加大岩块问的粘结力和摩擦力，提高剪；切强度，增强整体性，并能缓和围岩表面的应力集中，阻止节理裂隙问充填物的流失，及时封闭岩面，防止风化和松散。在岩石破碎、稳定性差又易风化的岩体中开挖井巷时，以喷射混凝土做临时支护，可以紧跟至工作面，大大缩短围岩的暴露时间。由于喷射混凝士中掺有适量的速凝剂，早期增长强度很快：能有效地控制围岩的变形和压力的发展。喷射混凝土层与围岩共同作用，防止了围岩的松动，形成了自承拱，改善了围岩的应力状态，从而保证围岩的稳定。锚杆既把软弱、破碎岩层锚人松动圈外的稳固岩体内，对软弱、破碎岩层形成吊挂、挤压加固和补强等作用，也可使一定范围的围岩形成岩石拱或组合梁，提高岩体节理裂隙面的抗剪强度，改善围岩的应力状态。锚杆控制了岩体扰动，荷载的岩石成为承载结构的一部分，从而提高了围岩的稳定。锚杆的作用见图6一1、图6—2、图6—3。将锚杆和喷射混凝土结合充分发挥各自的优点，使外层混凝土自承拱和锚杆锚固作用所形成的岩石拱或组合梁共同作用，大大提高了围岩的稳定性。喷锚支护作为一种有效的支护方法，其工艺要求也较其他支护方法复杂。为了有效地控制地压活动，保证围岩的稳固性，要根据围岩地质情况、地压活动规律、岩体节理裂隙发育情况和破碎程度、井巷断面尺寸等来确定合理的锚杆型式、网度、角度、喷体厚度、强度等。喷锚支护设计有工程类比法、监控测量法与理论验算法等三种方法。其中，工程类比法应用最广。监控测量法是一种较为科学的设计方法，对不稳定的、稳定性差的软弱围岩或跨度较大的硐室，应采用监控测量法。理论验算法是当今支护设计中的一种辅助方法。喷锚支护设计中，要对施工工艺作出要求，以保证喷锚支护的有效性。锚杆、喷射混凝土支护的设计和施工，要遵守GB50086—2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的有关规定。GB50086对锚喷支护设计、现场监控测量、锚杆施工、喷射混凝土施工、安全技术与防尘、质量检查与工程验收等作出了详细规定。图6—1悬吊作用 图6—2组合作用 图6—3挤压作用喷锚工作面与掘进工作面距离的确定，主要考虑工作面的爆破震动对喷射混凝土的影响，避免喷射混凝土因爆破震动而出现离鼓、开裂或脱落。锚杆形式有全长粘结型锚杆（普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆、水泥卷锚杆）、端头锚固型锚杆（机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥卷锚固锚杆）、摩擦型锚杆（缝管锚杆、楔管锚杆、水胀锚杆•、预应力锚杆、自钻式锚杆等五种类型。全长粘结型锚杆是一种不能对围岩加预应力的被动型锚杆，适用于围岩变形量不大的各类井巷工程的永久性系统支护。端头锚固型锚杆安装后可以立即提供支护抗力，并能对围岩施加不大于lOOkN的预应力，适用于裂隙性的坚硬岩体中的局部支护。摩擦型锚杆安装后可以立即提供支护抗力，并能对围岩施加三向预应力，韧性好，适用于软弱破碎、塑性流变围岩及经受爆破震动的井巷工程。预应力锚杆能对围岩施加大于200kN的预应力，且能处理深部的稳定问题，适用于大跨度硐室的系统支护及局部大的不稳定块体的支护。自钻式锚杆是一种具有钻进、注浆、锚固三位一体的锚杆，在复杂地层或需套管护壁钻进且工作空间狭小条件下，施工简便，锚固效果较好。喷射混凝土支护的厚度，即喷体厚度，最小不应低于50mm，最大不宜超过200mm；在含水岩层中，最小不应低于80mm，喷射混凝土的抗渗强度不应低于0.8MPa。喷射混凝土的收缩较大，在厚度小于50mm时，喷层中粗骨料的含量甚少，更容易引起收缩开裂。同时，喷层过薄也不足以抵抗岩块的移动,常出现局部开裂或剥落.喷层厚度过大，其柔性急剧下降，特别是在软弱围岩中作初期支付,喷层过厚，会产生过大的变形压力，易导致喷层出现破坏，这是不经济的.喷射混凝土的设计强度等级应不低于C15；对竖井和斜井，喷射混凝土的设计强度等级应不小于C20；喷射混凝土Id龄期的抗压强度应不低于5MPa。不同强度等级喷射混凝土的设计强度，按表6-1采用。表6—1 喷射混凝土的强度设计值（MPa）喷射混泥土强度等级强度种类 一C15C20C25C30轴心抗压7.510.012.515.0弯曲抗压8.511.O13.516.5抗拉0.91.11.31.5砂浆锚杆的眼孔内若残存有积水、岩粉、碎屑或其他杂物，会影响注浆质量和妨碍杆体插入也影响锚固效果。因此，锚杆安装前，应清除孔内积水和岩粉等杂物。喷射混凝土的厚度检查常用钻眼法。钻眼检查宜在喷射混凝土施工完8h内用短钎杆钻孔此时混凝土强度较低，易于实施，发现厚度不够，亦便于及时补喷。当用凿岩机钻眼，因混凝土与围岩粘结紧密，两者颜色相近而不易辨认喷层厚度时，可用酚酞试液涂抹孔壁，碱性混凝土表面呈红色。喷射混凝土的强度检查，只检查其抗压强度。喷射混凝土厚度和强度检查的合格条件参见GB50086第10章的有关内容。锚杆质量的检查，包括长度、间距、角度、方向、抗拔力以及注浆密实度等。锚杆的抗拔力与锚杆的型式，杆体材料、直径，以及围岩强度、钻孔的冲洗程度等因素有关，抗拔力达到设计指标即为合格。检查锚杆抗拔力时，应注意： j安装拉力计时，其作用线应与锚杆轴线同心。加载应缓慢、均匀，拉拔至设计吨位时，即停止；设计无要求时不做破坏性试验。拉力计应固定牢靠，拉拔锚杆时拉力计的前方或下方严禁站人，锚杆杆端一旦出现颈缩时应及时卸荷。 ：托板是锚杆传力和对围岩起加固作用的重要部件之一，如其不能紧贴或部分接触壁面，不仅严重影响锚杆的加固效果，也会使托板局部受压，出现应力集中而破坏。因此，要求锚杆尾端的板紧贴巷壁，并用螺母拧紧，托板未接触巷壁的部位要楔紧。 .喷射作业中，处理堵管是一项涉及安全的大事，决不能草率行事。在处理堵管时应尽可能采用敲击法疏通。当用高压风吹通时，工作风压不应超过0.4MPa，这是因为压力大，一旦管路疏通，堵塞物通过喷嘴时，冲击力很大，使喷头剧烈甩动，喷射手很难按住喷头，极易伤人。处理前应消除注浆罐内压力。处