巷道维护与维修授课

凯嘉员工学院王金龙巷道维护与修复.2024/4/31凯嘉员工学院巷道维护与修复.2024/4/21第一节巷道破坏分析和巷道维护原理

一、巷道破坏分析巷道开挖以后，破坏了煤岩体的原岩应力状态，引起巷道周边围岩应力的重新分布，围岩或煤体将向巷道内移动，岩巷多为顶板下沉，底板鼓起，两帮内移，甚至出现片帮和冒顶；煤巷架棚支护巷道则出现棚梁弯曲或断裂，棚腿蹬出，煤体松碎变形甚至产生冒顶等。

.2024/4/32第一节巷道破坏分析和巷道维护原理一、巷道破坏分析.2

巷道支架的支护力在一定程度上能起到减少围岩移动的作用，但巷道支护的效果却不仅仅取决于支架本身的支承力，而是受到围岩性质、支架力学性质(支承力和可缩性)、支架密度、安设支架时间的早晚、支架安设质量和与围岩的接触方式(点接触、面接触)等一系列因素的影响。.2024/4/33巷道支架的支护力在一定程度上能起到减少围岩移动的作用，

巷道的稳定性从根本上讲，取决于巷道围岩承受的载荷与其承载能力的相对关系。巷道变形破坏的原因除去以上所说的应力改变这一基本原因之外，其变形破坏原理是十分复杂的。大量的研究实践认为，引起巷道变形破坏的重要因素有以下几个方面：.2024/4/34巷道的稳定性从根本上讲，取决于巷道围岩承受的载荷与其承（一）开拓布局的合理性（二）采动影响（三）深部地压（四）地质构造.2024/4/35（一）开拓布局的合理性.2024/4/25二、巷道维护的原理

巷道稳定取决于围岩特性和工程开挖两个方面。围岩材料失稳最终表现为空间结构失稳上，因此用变形来判断稳定是最基本的手段。人们常把维护巷道稳定问题看成是一种单纯的支护结构问题，把支架上压力作为稳定的静荷载，而与支架类型和结构无关，也和巷道掘砌方式、方法和工艺过程无关。传统的维护是没有发挥和利用围岩自承能力。

.2024/4/36二、巷道维护的原理.2024/4/26

具体地说巷道维护要注意以下六点：（一）充分利用围岩的自承力巷道中，架设的支架应当尽量利用它所能提供的承载能力。在巷道支护过程中尽可能地充分利用围岩的自承力，这是一种经济、先进的巷道支护原理。

为了利用围岩的自承力，就要允许围岩产生某些变形，这种变形会使围岩中的能量得到一定释放，从而起到适当的“卸载作用”。.2024/4/37具体地说巷道维护要注意以下六点：.2024/4/27（二）使巷道处于低矿山压力区

1.无煤柱护巷2.跨巷开采

3.掘前预采4.采空区内布置巷道5.宽面掘进6.钻孔卸压法7.切槽卸压法8.爆破卸压法.2024/4/38（二）使巷道处于低矿山压力区.2024/4/28（三）加固浅层围岩例主动加固围岩的锚网喷支护。深入围岩的锚杆可以全面对浅层围岩进行加固，喷层可以封闭围岩，提高围岩表面张力，防止岩石风化等，钢筋网可防止喷后收缩裂缝出现，提高支护抗剪和抗拉能力，增强喷层的柔性和整体性，特别是当锚杆和钢筋网连成一体时，它们和喷层一起形成的整体加固圈，有较强的抗变形能力。.2024/4/39（三）加固浅层围岩.2024/4/29（四）充分利用和发挥深部围岩承载能力实践中，采用长短结合的组合锚杆，使深部整体性好的围岩与浅层围岩形成很强的支护整体，可大大提高围岩稳定性。（五）在高应力区段或支承压力区段，岩性条件极差，可把长度受限的长锚杆改为长锚索。（六）综合治理，联合支护，长期监控.2024/4/310（四）充分利用和发挥深部围岩承载能力.2024/4/210

巷道掘进后，不可避免地会发生一些变形，常用的巷道修复支护技术有棚式维护(木棚、工字钢或U形钢棚)、料石或混凝土砌碹维护、锚网维护(锚网喷、锚梁网喷)、锚注加固维护、锚网和锚索联合维护。在形式上，可分为两类。

（1）主动维护。（2）被动维护。第二节巷道维护与修复支护技术.2024/4/311巷道掘进后，不可避免地会发生一些变形，常用的巷道修复一、岩巷的维护与修复

（一）岩巷的维护

采动影响是致使岩巷发生变形破坏的最主要因素。根据巷道与回采工作面的采动时空关系，可分为采前预加固和开采后加固两种。.2024/4/312一、岩巷的维护与修复.2024/4/21

锚注加固技术，实质是通过对产生变形的围岩进行预注浆填充加固，提高围岩的物理力学参数，使之增强可锚性，提高锚杆的锚固力。图13-7是锚注加固支护技术的基本支护形式。.2024/4/313锚注加固技术，实质是通过对产生变形的围岩进行预注浆填图13-7锚注加固支护技术的基本支护形式图中粗线为注浆锚杆，细线为高强树脂锚杆.2024/4/314图13-7锚注加固支护技术的基本支护形式.2024/4/

(二)岩巷修复改造岩巷的修复改造大致表现为：扩巷(卧底、挑顶、刷帮)后的加固支护和处理冒顶加固支护。当以上措施不能完整地恢复巷道功能时，则要进行特殊改造修复，如以掘替代巷道改造修复。.2024/4/315(二)岩巷修复改造.2024/4/215

1.扩巷修复扩巷修复适用于巷道破坏严重，但具有修复可能性和修复价值的巷道。这类巷道一般都发生了较大位移，如底鼓、巷帮开裂、顶板下沉等使巷道的断面缩小，轨道变形，致使行人、运输、通风等不能满足基本安全生产需求。

.2024/4/3161.扩巷修复.2024/4/216（1）扩巷爆破对围岩变形破坏严重的巷道采用爆破扩帮时，首先应分析爆破对围岩的破坏影响，减少爆破对围岩的进一步破坏。

巷道扩修基本工艺流程为：爆破扩巷→临时支护(初喷、初支)→永久支护加固(支架、锚网喷、锚注+锚网梁等)。

①垂直巷壁浅孔小炮剥帮。②平行巷壁的深孔剥帮。.2024/4/317（1）扩巷爆破.2024/4/217图13-8垂直巷壁浅孔爆破扩修示意图.2024/4/318图13-8垂直巷壁浅孔爆破扩修示意图.2024/4/2图13-9平行巷壁深孔松动爆破扩修示意图.2024/4/319图13-9平行巷壁深孔松动爆破扩修示意图.2024/4（2）临时支护

巷道修复改造，必须进行有效的临时支护，这是因为松散破碎的老巷爆破后失却支护，易于冒落，必须及时进行控制。岩巷修复临时支护类型有：喷浆、临时架棚、临时点柱、临时锚杆支护等；

.2024/4/320（2）临时支护.2024/4/220（3）永久支护加固

岩巷修复加固，目的是能较长时间地延续巷道的基本功能。长期的生产实践表明，一条巷道一般经过3次反复扩帮修复后，围岩相当破碎，再做进一步的修复相当困难，因此，巷道服务期内修复不宜超过3次。

.2024/4/321（3）永久支护加固.2024/4/221

2.岩巷冒顶帮的处理（1）巷道发生局部冒顶事故的处理①先加固好冒落区前后完好的支架或巷道。

使用架棚支护的巷道应缩小棚距，把支架扶正扶稳，然后在其中间布设支架，并在新老支架间安设拉杆、撑棍或木墩等，使支架相互形成一个联合体。锚网喷巷道应首先控制冒顶范围进一步扩大，处理时应先加打点柱，临时维护确认安全后，可补打加固锚杆，然后对冒落区进行加固处理。.2024/4/3222.岩巷冒顶帮的处理.2024/4/222②及时封顶，控制冒顶范围的扩大。

处理人员站在安全地点，用长杆将冒落的顶部活石捣掉。在没有冒落危险的情况下，架好支架，排好护顶木垛至冒落最高点将顶托住。.2024/4/323②及时封顶，控制冒顶范围的扩大。.2024/4/223③采用锚喷支护处理冒顶区。

具备锚喷条件时，应优先考虑采用锚喷支护处理冒顶区。首先将冒落区顶帮活石捣掉，喷射人员站在安全一侧向冒顶区喷射一层30～50mm厚的混凝土。先封固顶，然后再封两侧。初喷的混凝土凝固后再打锚杆，并挂网复喷一次。复喷的厚度一般不超过200mm。.2024/4/324③采用锚喷支护处理冒顶区。.2024/4/224（2）冒顶范围较大时的处理

①小断面快速修复法

冒顶范围大，影响通风或有人埋堵，可用此法。先架设小的临时支架，巷道暂时恢复作用，清理完冒落矸后再架设永久支架。对冒顶部分的处理是，采用如图13-10所示撞楔法把冒顶矸石控制住；等顶板冒落停止后，从巷道两侧清除矸石，边清除边管理两帮，防止煤矸注入道；顶帮维护好以后，就可以架设永久支架了。.2024/4/325（2）冒顶范围较大时的处理.2024/4/225②一次成巷修复法

次要巷道和修复时间长短对生产影响不大时适用此法。修理时，可根据原有巷道规格，采用撞楔法一次成巷。撞楔间用木板插严，支架两帮也应背严。撞楔以上必须有厚的矸石层，如太薄，还应在冒顶空洞内堆塞厚度不小于0.5m的木料或矸石。梁与撞楔之间要背实。处理冒顶和架设支架整个过程，应设专人观察顶板。.2024/4/326②一次成巷修复法.2024/4/226图13-10撞楔法控制煤巷冒顶.2024/4/327图13-10撞楔法控制煤巷冒顶.2024/4/227③木垛法这是一种比较常用的方法。如巷道冒顶高度在5m以内，冒落长度在10m以上，冒落空洞以上岩石基本稳定，就可将冒落的岩石清除一部分，使之形成自然堆积坡度，留出工作人员上下及运送材料的空间并能通风，从两边在冒落的煤矸上相向架木垛，直接支撑顶板，如图13-11。

.2024/4/328③木垛法.2024/4/228图13-11木垛法处理巷道冒顶.2024/4/329图13-11木垛法处理巷道冒顶.2024/4/229④绕道法

如果冒顶长度大，不易处理或冒顶堵人时，可打绕道，绕过冒落区去抢救被堵人员，或绕过冒落区后再转入正常掘进、修复。

.2024/4/330④绕道法.2024/4/230二、煤巷维护与修复（一）煤巷锚网梁支护巷道的维护与修复此类巷道属主动支护，常用于综采放顶煤工作面两巷的支护，其变形一般表现为围岩表面位移量加大，顶板下沉，两帮内移片帮和底板隆起。具体处理方法如下：.2024/4/331二、煤巷维护与修复.2024/4/231

1.当原有支护未发生严重破坏时，可采取卸载放顶帮煤的方法。

剪开承载的金属网，用长柄工具或钻具松动爆破的煤体，使之冒落，然后恢复支护。连接金属网，上紧锚杆。若煤体出现空洞，锚杆紧固效果达不到预期效果，可加托板等，必要时可补打锚杆以实现补强支护的目的。

.2024/4/3321.当原有支护未发生严重破坏时，可采取卸载放顶帮煤的方

2.当原有的锚杆支护已经失效，简单维护难以达到预期效果时，应进行必要的修复。先卸载放掉部分煤炭，使巷道初步恢复原形，然后及时扶设架棚进行支护，架棚一般采用金属工字钢支架。

.2024/4/3332.当原有的锚杆支护已经失效，简单维护难以达到预期效果时

3.巷道发生冒顶时，需根据围岩的稳定程度冒落高度确定具体的处理方法。

一般采取架棚装设木垛的处理方法。在锚网粱支护的煤巷中，常用的有锚梁支护修复法等。

.2024/4/3343.巷道发生冒顶时，需根据围岩的稳定程度冒落高度确定具体（二）煤巷架棚巷道的维护与修复

1.架棚巷道片帮的处理（1）木垛法。当巷道片帮不太严重，片帮一侧稍有冒顶、柱腿压折、煤矸挤入巷道时，先在顶梁下打一根顶柱，然后清矸换新腿，用木料架木垛，支架用背板和荆笆背好并撤去顶柱，如图13-12所示。（2）撞楔法。巷道一侧片帮严重，撤掉压坏柱腿时，片帮继续扩大，可用撞楔法处理，如图13-10所示。.2024/4/335（二）煤巷架棚巷道的维护与修复.2024/4/235图13-12煤巷片帮木垛充填法

.2024/4/336图13-12煤巷片帮木垛充填法.2024/4/236

2.冒顶的处理煤巷冒顶往往导致生产受阻，影响正常的安全生产。应据冒顶范围选择不同的处理方法。仅直接顶冒落时，巷道可选用出净煤矸后恢复架棚支护的方法进行。当冒顶范围大，且在假顶下进行施工时，则不宜出净煤矸，须采取预先控制顶板的方法进行处理。具体处理方法如下：.2024/4/3372.冒顶的处理.2024/4/237（1）超前钻预先控顶法。

当架棚巷道发生较大冒顶且不宜出净煤岩时，预先用小型钻机如岩石电钻向冒顶区前方打钻，预埋钻杆，控制冒顶区上方煤矸的进一步冒落。

(2)撞楔法。基本方法同打钻预支护法，不同点在于所用的预支护材料为金属撞楔或木质撞楔。.2024/4/338（1）超前钻预先控顶法。.2024/4/238

三、淋水巷道的修复修复有淋水的巷道，首要问题是解决施工安全问题。施工前首先要弄清水的来源，掌握水量的变化，其中对岩石巷道可采取预注浆封水、快速砂浆堵水、水槽或水棚截水、砂浆止水等方法。岩巷淋水地段，可进行初喷浆临时支护，然后进行架棚支护，同时要加大支架密度，提高支架的稳定性，防止冒顶事故的发生。由于淋水巷道一般岩性较差，因此修复中不宜采用锚喷支护。.2024/4/339三、淋水巷道的修复.2024/4/239

四、破碎带巷道的修复断层、褶曲和松软破碎带，由于顶板稳定性差，允许暴露的时间短，修复巷道时有冒顶的可能。可在迎头附近已架好的支架顶上(利用支架与顶板问的裂隙)，用木板或金属薄板等打撞楔前进；刷一小段后，立即架设永久支护，换掉撞楔；条件不允许时撞楔也可以不拆除。架设永久支护后应及时对架棚上空间用不易燃物背实顶板，防止冒顶扩大。架设支护用拉条相互连接固定，以提高支架的整体支护强度与稳定性。.2024/4/340四、破碎带巷道的修复.2024/4/240

四、破碎带巷道的修复

如果用这种方法还不能有效地控制顶板局部冒顶，改用向顶板内喷注砂浆或混凝土，可以明显地提高顶板的稳定性与岩体的自承能力。如果仍不能控制住顶板的继续恶化，改用对修复后地段提前进行水泥注浆，以提高破碎岩石的胶结能力与粘着能力，提高围岩的强度，待注浆加固后，再重新进行修复。.2024/4/341四、破碎带巷道的修复.2024/4/241五、锚索支护修复技术在修复深部破碎围岩巷道，压力集中区域的巷道以及大型交叉点、大型硐室过程中，为提高支护强度，近年来我国部分煤矿应用了锚索支护技术，增加了巷道支护的安全可靠性。这里简单介绍一点基本知识。

锚索的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中，因而可按悬吊理论进行支护设计。采用锚杆支护的顶板，可用此法。.2024/4/342五、锚索支护修复技术.2024/4/242小孔径(φ28～32mm)锚索结构较为简单，可分为三部分：内锚固段、钢绞线自由段和外锚固段，如图13-13所示。图13-13小孔径预应力锚索结构l—毛刺；2—钢绞线；3—钻孔；4—巷道围岩表面；5—槽钢；6—钢垫板；7—锁具；L1—内锚固段长度；L2一锚索有效长度.2024/4/343小孔径(φ28～32mm)锚索结构较为简单，可分为三

1.锚索支护材料：锚索、锚固剂、托盘、槽钢。

2.支护方式选择：采用联合支护，即先锚网喷支护，再进行锚索加强支护。3.锚索支护参数的确定

①最小锚固长度：水泥(砂)浆锚固的锚固长度大于3.5m；树脂锚固的锚固长度大于＞1.5m；

②锚索长度：锚索长度5.m～10.m，根据工程条件选取；③锚索间排距按下式选取：S≤L/2。4.施工工艺：锚索施工可分为地面准备、钻孔、锚固、张拉4个主要工序。.2024/4/3441.锚索支护材料：锚索、锚固剂、托盘、槽钢。.2024/4

图13-14锚杆与锚索联合支护实例.2024/4/345图13-14锚杆与锚索联合支护实例.2024/4/245第三节巷道底鼓的防治

一、巷道底鼓的基本形式巷道底鼓的力学机制仍然是物化膨胀型、应力扩容型、结构变形型和复合型。巷道底鼓的形状可分为折曲型、直线型及弧线型。折曲型底鼓多以底板岩层在水平力作用下弯曲断裂为主；直线型底鼓一般以扩容、膨胀及粘性流动为主；弧状型底鼓是多种底鼓原因共同作用的结果。存在挤压流动性底鼓、挠曲褶皱性底鼓、膨胀性底鼓和剪切错动性底鼓四种基本形式。.2024/4/346第三节巷道底鼓的防治一、巷道底鼓的基本形式.202图13—15巷道底鼓的类型和力学模型(a)、(b)挤压流动性底鼓；(c)挠曲褶皱性底鼓；(d)剪切错动性底鼓.2024/4/347图13—15巷道底鼓的类型和力学模型.2024/4/24

二、巷道底鼓的影响因素

1.岩性状态围岩的矿物成分、结构状态和软弱程度对巷道底鼓起决定性作用。我国煤矿软岩的粘土矿物成分主要有高岭土、蒙脱石、伊利石及伊蒙混层矿物，其中蒙脱石是对巷道稳定性危害最大的粘土矿物。

.2024/4/348二、巷道底鼓的影响因素.2024/4/248

2.围岩应力状态软岩受到力作用以后表现出多种力学特征。如弹塑性、扩容性及流变性等，在层状岩层中还有弯曲断裂现象。岩石扩容性是指在偏应力作用下体积不减小，反而增加的特性。岩石扩容变形是内部颗粒与颗粒界面的滑移以及裂纹的静态扩展所造成的不可逆变形，是偏应力作用的结果；主要与岩石性质及所受偏应力的大小有关。偏应力越大，扩容变形越大。

.2024/4/3492.围岩应力状态.2024/4/249

3.时间效应软岩巷道服务时间较长时，流变将引起底板岩层强度的降低及底鼓量的增加，随着巷道维护时间的延续，必将导致底板破坏范围逐渐扩大，并引起底鼓量增加。.2024/4/3503.时间效应.2024/4/2504.软岩物化性质及力学性质的相互影响（1）软岩物化性质软岩孔隙率、含水量等参数变化。使水更容易进入岩体内部，引起更大程度的膨胀和软化。（2）力学性质的相互影响扩容同时引起底板岩层性质进一步恶化，底板破坏范围扩大，严重损伤软岩的强度，使其在较小的偏应力下就会发生扩容。.2024/4/3514.软岩物化性质及力学性质的相互影响.2024/4/251三、软岩巷道底鼓的防治软岩巷道底鼓的防治包含预防和治理，即在巷道产生显著底鼓之前，采取一些措施阻止底鼓的发生和延缓底鼓发生的时间；或在巷道产生显著底鼓之后，才采取一些措施减小和控制底鼓。为了保持底板岩层和整个巷道围岩的稳定性，应当以预防为主，治理为辅。目前防治底鼓的措施可分为五种方式。

.2024/4/352三、软岩巷道底鼓的防治.2024/4/2521.起底

起底是现场应用很广泛的一种治理底鼓的方法，是一种消极的治理底鼓的措施。在具有强烈底鼓趋势的软岩巷道中，往往需要多次起底，不仅起底工程量大、费用高，而且还影响两帮及顶板岩层的稳定性。

.2024/4/3531.起底.2024/4/253

2.底板防治水在底板软弱岩层长期浸水状态下，任何防治底鼓的措施其效果肯定会受到明显影响。底板有积水时应及时排掉，对含水量大、渗透性强的强含水层，多采用疏干措施。在含水量不大或渗透性较差的岩层中，一般采用及时封闭措施。.2024/4/3542.底板防治水.2024/4/2543.支护加固方法采用支护加固方法是对具有底鼓趋势的软岩巷道底板或两帮岩层进行支护增加底板岩层强度和改善受力状态。

(1)底板锚杆。

(2)底板注浆。

(3)混凝土反拱。(4)封闭式金属支架.2024/4/3553.支护加固方法.2024/4/255

图13-16可缩性支架(a)—马蹄形可缩支架；(b)—圆形可缩支架；(c)—方环形可缩支架；(d)—圆环形可缩支架(a)(c)(b)(d).2024/4/356图13-16可缩性支架(a)(c)(b)(d).2024.应力控制方法

应力控制方法的实质是使巷道围岩处于应力降低区，达到保持底板稳定的目的。应力控制方法包括

(1)切缝卸压。

(2)钻孔卸压。

(3)松动爆破卸压。

(4)卸压槽。.2024/4/3574.应力控制方法.2024/4/257

5.联合支护方法软岩巷道底鼓的变形力学机制通常是几种变形力学机制的复合类型，有时需要采用联合支护的方法，把不同的防治底鼓的方法结合起来使用。例如，封闭式支架与锚杆支护、锚杆支护与注浆、底板药壶爆破与注浆、切缝与锚杆支护、封闭支架与爆破卸压等。.2024/4/3585.联合支护方法.2024/4/258第四节巷道修复的安全技术措施

一、通用部分

1.严格执行随时性的敲帮问顶制度，及时找掉危岩悬矸，找掉人员必须站在顶板完好的地点并用长把工具进行找顶，找顶人员不得小于2人，一个找顶，一个观察顶帮。

.2024/4/359第四节巷道修复的安全技术措施一、通用部分.2024/42.严格执行修复工作，从外向里逐一进行，不准平行作业。3.煤巷修复严格执行先支后回的原则，不准大拉大拆。4.放炮后，及时找顶，及时用前探支护，严禁空顶作业，临时支护紧跟迎头。

.2024/4/3602.严格执行修复工作，从外向里逐一进行，不准平行作业。.205.架棚巷道放炮前，棚与棚必须用拉条相互固定，使用好防倒棚装置，迎头后10m内的棚连结牢固。6.每次施工前必须检查施工地点的支护完好，加固无误后，方可进行其他工作。7.必须按作业规程规定的支护设计进行支护，保证支护段质量。.2024/4/3615.架棚巷道放炮前，棚与棚必须用拉条相互固定，使用好防倒棚装

二、锚杆支护

1.锚杆眼必须按规程规定的间距和排距施工，锚杆距迎头的间距必小于锚杆的设计排距。

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