浅部地层巷道支护形式选择

浅部地层巷道支护形式选择

道路安全是矿山生产的基础，是安全生产的基本保障。大雁矿区自1974年开始建设以来,在生产实践中根据不同的煤岩、层位、开采水平、受力性质及服务年限等先后采用了棚式、碹体、锚喷及联合支护等不同的支护方式。大雁矿区巷道围岩分类及支护形式的对应关系:1、岩层类别为Ⅰ类;稳定性为稳定;代表岩石为玄武岩;岩性特征为单轴抗压强度22.06MPa,遇水不软化;现有的支护形式为喷薄层水泥砂浆封闭围岩。2、岩层类别为Ⅱ类;稳定性为较稳定;代表岩石为煤;岩性特征为单轴抗压强度10.93~12.75MPa,遇水不软化、不膨胀;现有的支护形式为在顶板完整的条件下,支护形式采用锚杆;在顶板破碎的条件下,支护形式采用锚网;在断面大的条件下,支护形式采用组合式锚杆;在服务期长的条件下,支护形式采用锚喷或锚网喷;对顶、底板的处理采用底板为膨胀岩的设置,底拱或打底锚杆,其他可不处理。3、岩层类别为Ⅲ类;稳定性为不稳定;代表岩石为砂岩、泥岩;岩性特征为弱胶结或不胶结、强度低、松散易冒,疏干后可有一定强度;现有的支护形式为在服务期长的条件下,支护形式采用料石砌碹;在服务期短的条件下,支护形式采用梯形工字钢支架或U型钢可缩式支架;对顶、底板的处理采用设置底拱,背帮背顶采用金属网或尼龙织网,设底梁,加大棚腿底面积。4、岩层类别为Ⅳ类;稳定性为很不稳定;代表岩石为含砾泥岩;岩性特征为单轴抗压强度1.04MPa,含大量蒙脱石,遇水崩解、泥化、膨胀,膨胀率为11.39%,并具有流变性;现有的支护形式为在埋深小的条件下,支护形式采用锚网喷或加木砖条带圆碹;在埋深大的条件下,支护形式采用锚网架、锚网喷砌等形式的联合支护;对顶、底板的处理采用设置底拱全封闭式结构。一、次支护型棚式支护作为一种支护主体形式,由于该支护形式对巷道围岩的封闭作用差,围岩风化、潮解、膨胀,而膨胀挤压力是软岩巷道支护破坏的主要原因,且围岩膨胀变形产生第一次压力显现时,其变形和位移量最大,压力也处于最大值,经处理后又出现第二、第三次压力显现,这个问题在浅部地层巷道支护中被高倍的支护强度系数所掩盖,但随着开采深度的增加而越加严重。现该支护方式多用在联合支护形式中的二次支护,为彻底控制围岩变形的刚性支护作用。其中木棚支护由于木材的强度低、成本高,现除在处理冒顶的临时支护和服务时间短的综采拆装支架硐室以外,已很少采用;槽钢棚和工字钢梯形棚支护以其加工方便、便于回收整形和复用等特点,曾经大量使用,现除了在巷道交叉点和回采工作面顺槽揭露岩石部分采用外,也已很少采用;U型钢棚支护适用于松软岩体、断层破碎带和矿压大等不稳定岩体,满足了支架的刚性、可缩性的要求,和锚喷支护一起作为一次支护的基础上,在保持一定支撑力的情况下沉缩,又保证了支架不被破坏,释放了围岩的压力,柔性较好,又具有一定的初期支护强度,一次支护又是二次支护的一部分而不拆除,相对工艺简单、省时、省料,而且巷道断面利用系数高、维修方便,还具有承受顶压能力大的特点,在同等规格情况下,是木支架和砼支架受顶压能力的3~6倍,在围岩压力趋于稳定时,和二次支护组成刚性支架形式,在不稳定岩体中使用效果较好。二、材料的改进措施砂浆胶结的石材碹体最常用,在一般地压下可采用。在松软膨胀性岩层、地压大的巷道中就很难适应,料石圆碹加木砖的效果也不理想,因为料石碹体短时间内提供足够的支护力以阻止围岩变形是不可能的,料石虽然强度很高,可砂浆强度仅为砌体的1/10,达到足够的砌体强度需相当长的养护时间,即砌体尚未达到足够的强度时,碹体早受压破裂,即使采用现浇筑砼或钢筋砼也同样破坏,料石碹接茬多、灰浆不饱满、壁后软充填不严,更加降低了料石碹体的抗载能力。这种支护形式虽然具有整体性好、受力均匀、封闭作用好的优点,但初期强度小,不适应松软膨胀性岩层初期地压大的特点。根据矿区实践情况,在松软膨胀性岩层中,不宜采用碹体支护的直墙半圆拱结构作为单一的刚性材料构成支护,包括圆形料石砌碹也不是理想结构。为了提高碹体支护的适用范围,多年来积累了大量的改进技术措施,概括如下:1、采用增加碹体厚度来提高支护刚度,如采用一层半、二层以至三层的料石砌碹;2、提高支护材质,如将毛料石和条石改为规整的异型料石,材质由石灰岩改为花岗岩等;3、灵活采用碹体的形状,将三心拱改为直墙半圆拱或短墙半圆拱和全圆拱;4、采用壁后软充填以改进碹体的受力状态,如用尼龙编织袋装掺了生石灰的电厂灰、河砂、黄泥砖等,甚至是空帮、空顶的离壁式碹体结构;5、加大碹体的可缩缝,如采用在碹体周边沿巷道走向方向均等的夹木砖和干砌木板碹等;6、灵活选用卸压方法,如预留卸压孔道。采取上述措施取得了一定的效果,但对于埋深大、变形大的松软膨胀性岩层巷道,特别是受采动影响的巷道,还是不适用。因此,应该考虑联合支护形式。三、锚杆支护的经济效益与传统的支护形式相比,锚喷支护具有进度快、效率高、安全可靠、劳动强度低、成本低等优点,但同样有一定的适应性,不是万能支护。在稳定的硬岩中,采用素喷砼支护,简单易行,技术经济效果明显;在稳定的中硬岩中,采用金属倒楔式锚杆或钢丝绳砂浆锚杆加上喷射砼支护,也收到很好效果;在软岩、断层破碎带或地压大等条件下,单一的锚喷支护同样不适用,应用锚喷支护作为一次支护,为柔性或可缩性的让压措施,释放了围岩的压力,然后采用传统的支护形式作为二次支护,起刚性支护作用,促使围岩稳定,避免了人为地二次扰动围岩,引起更大的不稳定来压,这就是柔刚结合的联合支护形式,适用条件和范围更广,已在软岩矿区大量推广使用。现分类叙述如下:1、u型钢联合支护系统主要用于稳定较差的松软岩层,主要指部分砂岩、泥岩,自稳能力差,爆破后要及时锚喷。初期变形量很大,架设U型钢支架、复喷砼形成一个统一结构体,从而组成联合支护。材质规格为:采用金属倒楔式注浆锚杆、长度1.8~2.5m、菱形布置、行排距离0.6~0.6m,金属网规格1.1×0.9m、网目10×10cm、冷拔钢丝编成、丝径6mm,支架采用U型钢支架。这种支护的巷道除有少量底鼓外,帮顶基本完好。2、注浆锚杆加固支护主要用于断层破碎带或特别松软的岩层,主要指含砾泥岩、泥岩或部分砂岩,爆破后难见大于300mm的岩块,极易风化、潮解、冒落、片帮,底鼓严重,围岩变形量大。巷道掘进后立即初喷砼50mm左右厚,打上锚杆,采用金属倒楔式注浆锚杆、长度2.0~2.5m、菱形布置、行排距离0.8~0.8m,挂金属网,待压力释放、变形缓慢时,砌料石碹,厚350mm,在拱基线和拱顶处增嵌150mm厚的条形木砖,具有一定的可缩性,释