巷道维护与维修

第十一章巷道维护与维修第一节巷道破坏分析和巷道维护原理•一、概述•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，出现巷道的变形和破坏。•一般表现为：顶板下沉•底板鼓起•两帮内移•片帮和昌顶•架棚支护巷道则出现棚梁弯曲或断裂，棚腿蹬出。•案例•1、辽宁阜新矿业集团五龙煤矿1992年1月25日运输巷发生冒顶事故死亡3人。•2、江苏徐州矿业集团张集煤矿1992年3月28日-700m运输巷发生冒顶事故死亡1人。•3、江苏徐州矿业集团庞庄煤矿1992年4月25日7414运输巷发生冒顶事故死亡3人。•4、江苏徐州矿业集团庞庄煤矿1992年4月25日7414运输巷发生冒顶事故死亡3人。•5、河北省沙河章村煤矿1992年7月25日皮带上山发生冒顶事故死亡3人。•6、江苏徐州矿业集团旗山煤矿1992年10月16日11213运输巷发生冒顶事故死亡3人。•案例•7、辽宁抚顺矿业集团老虎台煤矿1997年1月6日54002南北运输巷发生冒顶事故死亡1人。•8、辽宁北票矿业集团台吉煤矿1997年8月6日-700m水平石门发生冒顶事故死亡7人。•9、辽宁北票矿业集团冠山煤矿1998年11月17日-660m水平东石门发生冒顶事故死亡3人。•10、山西省吕梁地区中阳县张子乡古家村办煤矿1999年6月29日井下巷道发生冒顶事故死亡10人。•二、引起巷道变形破坏的几个因素•1.巷道位置的选择•巷道围岩性质是影响巷道稳定性的重要因素，巷道位置的确定原则之一，就是将主要岩巷布置在煤层底板的坚硬岩层中。•2.煤岩柱留设尺寸大小和巷道的密度•开挖巷道，使巷道周边形成应力集中，岩柱过小易造成应力叠加，使巷道产生变形破坏，而岩柱过大，虽可避免应力叠加的影响，但又会给巷道布置和实际生产施工带来不利影响。因此，在实际井巷设计中，应根据不同岩性和生产需要确定不同的岩煤柱。•3.采动影响•煤层开采破坏了采场周围的原始应力分布状态。采动活动会导致采场四周围岩应力发生很大改变，在其影响范围内的所有井巷工程，均将受这一应力变化的影响而产生变形以至破坏，采动影响是煤岩巷发生破坏的重要因素。•4.深部地压•随着开采深度的增加，以自重力为主的地应力也会随之增加，自重力增大，就会引起围岩的破坏。•5.地质构造•地质构造破坏了岩层的连续性和完整性，使局部区域和范围内的岩石裂隙发育，结构松散，显示软岩的基本特性，极易使巷道产生变形。•三、巷道的维护原理•巷道的支护体系，支护参数，支护结构应适应围岩变形后的力学状态，确保支护特性和围岩变形力学特征相适应，最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支撑能力，控制围岩变形。•注意以下几点：•（1）、加固浅层围岩，•（2）、充分利用和发挥深部围岩的承载能力•（3）、综合治理，联合支护，长期监控第二节巷道维护与修复支护技术•巷道掘进后，不可避免的会产生一些变形，有些巷道变形直接或潜在地威胁到矿井的安全生产。维护和修复是煤矿生产中的重要部分，也是一项重要工作。其分为主动支护（锚网喷支护、锚梁网喷支护、锚索支护等），被动支护（工字钢棚支护、碹体支护等）•一、岩巷的维护与修复•避免巷道破坏的最基本方法是对巷道围岩进行加固支护。•（一）岩巷的维护•根据巷道与回采工作面的采动关系：采前预加固•开采后加固•1.采前预加固：就是在工作面尚未开采之前，对工作面底部岩巷采用简单的加强支护方式，即可满足维护的要求。•2.开采后加固：工作面采过后，对底部岩巷就产生不同程度的破坏，采取普通的锚网喷支护技术难以适应加固的要求，此时应采取综合加固维护的方法，如浅孔注浆+锚网喷技术。•注浆+锚网（梁）技术等。•锚注加固技术实质是对产生变形的围岩进行注浆加固，提高围岩的物理力学参数，使之增加可锚性，提高锚杆的锚固力，然后在注浆加固的基础上利用高强树脂锚杆、锚索等新型支护材料进行加固。•（二）岩巷的修复改造•就是对已经变形或受破坏，且全部或部分丧失功能巷道的改造。这种改造需要改变其原有尺寸或外形。•岩巷的修复改造大致表现为：•扩巷（卧底、挑顶、刷帮）•处理局部冒顶•掘替代巷道•1.扩巷修复•扩巷修复适用于巷道破坏严重，但是有修复可能性和修复价值性的巷道。•巷道扩、修基本工艺流程：爆破扩巷-临时支护-永久支护•（1）扩巷爆破的两种方式：垂直巷壁浅孔小炮剥帮。平行巷壁的深孔剥帮，•（2）临时支护：喷浆•临时架棚•临时点柱、临时锚杆•（3）永久加固支护：锚喷支护、锚喷+金属架棚支护、锚网喷+锚索支护、料石砌喧及混凝土喧体等•实践证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。•2.岩巷冒顶片帮的处理•（1）巷道发生局部冒顶事故的处理•首先加固好冒落区前后完好的支架或巷道，锚网喷巷道应首先控制冒顶范围进一步扩大，先打点住，可补打加固锚杆，然后对冒落区进行加固处理。•第二步，及时封顶，控制冒顶范围的扩大•第三步，采用锚喷支护处理冒顶区（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。先架设比原来规格小得多的临时支架。使巷道能暂时恢复作用，等处理完冒落矸后，再架设永久支架。•对冒顶部分的处理采用撞楔法。如图11-4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，防治煤矸注入巷道；顶板维护好以后，就可以架设永久支架了。•2°木垛法这是一种比较常用的方法。如冒顶高度在5m以内，冒落长度在10m以上，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，从两边在冒顶的煤矸上相向架木垛，直接支撑顶板。•4°绕道法•冒顶长度大，不易处理，可打绕道。•二、煤巷维护与修复•（一）煤巷锚网梁支护巷道的维护与修复•这类巷道常用于综采放顶煤工作面两巷的支护，其变形一般表现为表面位移量增大，顶板下沉，两帮内移等。•1、当原有支护未发生严重破坏时，可采用剪开承载的金属网卸载放顶帮煤的方法，使之冒落，然后回复支护，连接金属网，上紧锚杆，必要时补打锚杆•2、当原有的锚杆支护已经失效，简单维护难以达到与其效果，可先放掉部分煤炭，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•3、巷道发生冒顶时，一般采用架棚架设木垛处理方式•（二）煤巷架棚巷道的维护与修复•1.架棚巷道片帮的处理•（1）木垛法先在顶梁下打一根顶柱，然后清矸换新柱，用木料架木垛，支架用背板背好并撤出顶柱。适合巷道片帮不太严重图11-6•（2）撞楔法巷道片帮严重，撤掉压坏柱腿时，片帮继续扩大，可用撞楔法处理图11-4•2.煤巷冒顶的处理•煤巷仅直接顶冒落。可采取出净煤矸后恢复架棚支护的方法进行；冒顶范围大，在进行施工时，则不宜出净煤矸，须采区预先控制顶板的方法进行处理。•具体方法：•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，控制冒顶区上方煤秆的进一步冒落。具体方法是，先加固冒顶区后方的支架，以确保施工人员的安全，然后在距冒顶区较近的第一架稳定棚梁顶部以200~30Omm的间距扇型向前上方打钻，并将钻杆留在顶部，然后在钻杆下方敷设新支架直至通过冒顶区。此外，也可用超前锚杆控制顶板的冒落。•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。•三、淋水巷道的修复•首先要弄清水的来源，控制水，进行初喷浆临时支护，然后进行架棚支护，同时加大支护密度，由于淋水巷道岩性较差，修复中不宜采用锚喷支护。•四、破碎带巷道的修复•岩石破碎巷道，修复时有冒顶的可能，可在迎头已架好的支架上，用木板或金属薄板等打撞楔，刷小段后，立即进行永久支护，架设支护用拉条相互连接，架棚上空间可用不燃物装实顶板，如果这样不能有效控制顶板，改用向顶板内喷射砂浆或混凝土，若这还不行，改用对修复后地段进行水泥注浆，以提高破碎岩石的胶结能力，注浆加固后，再重新进行修复。•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巷交叉点的硐室，为提高支护强度，近年来我国煤矿应用了锚索支护技术。第三节巷道底鼓的防治•巷道底鼓的防治包含预防和治理两个方面。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，或是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量。防治底鼓，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。•一、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，一般应采用及时封闭措施。•二、支护加固方法•支护加固方法是对具有底鼓趋势的巷道底板或两帮岩层进行锚杆支护，注浆加固和封闭式支架支护，混凝土反拱增加底板岩层强度和改善受力状态•1.底板锚杆•适应①中度层状岩体②锚杆的长度应使锚杆穿透全部可能鼓起的岩层，短锚杆难以阻止底鼓•2.底板注浆•施工工程：先向底板钻孔，装入少量炸药，通过爆破使底板深部岩体得到松动，使浆液容易深入缝隙，然后注浆使底板得到充分加固•3.封闭式金属支架•封闭式金属支架的底梁可给底板岩层施加反力，组织底板岩层向巷道内位移，我国常用此方法。•封闭式金属支架底梁错位和承受集中载荷是造成底梁失败和损坏的主要原因，将底梁之间采用拉杆固定，铺设钢筋网并进行架后充填，使封闭支架及底梁均成整体结构，承载能力可提高3-5倍•4、混凝土反拱•是一种永久性巷道的底板支护技术。•三、卸压法（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。应力控制方法包括采掘布置法、周边应力转移法和巷旁形成卸压空间等卸压方法。•1.切缝卸压•深度应大于巷道宽度一半，宽度需20-30mm，底板切缝可造成底板中的最大水平压力向围岩深部转移，使底板中可能因围岩褶皱而产生底鼓的影响力向岩体深部转移•2.钻孔卸压•通过在底板中打钻孔来降低底板围岩中的应力，从而提高底板的承载能力，防止巷道底鼓。其原适用条件均与切缝法类似•3.松动爆破卸压•在底板内进行松动爆破后，爆破孔底部周围，出现许多人为的裂隙，使得底板里层的围岿与深部散离，原来处于高应力状态的底板岩层内出现卸压区，使应力转移到岩体深部，以减少巷道的底鼓。在底板松动爆破后再安设加强支架，则减小底鼓的效果较佳。这种方法对应力高而围岩比较坚硬的巷道较为有效，否则爆破松动的岩层压实后会重新产生底鼓，卸压的有效时间约3~10个月。•4.卸压槽•在硐室顶部开一几何尺寸比较合理的卸压槽，就有可能使硐室免受强烈影响，而处于应力降低区内，由于从根本上降低了巷道围岩的应力状态，从而可避免底鼓的发生。•四、起底•起底是现场应用最广泛的一种治理底鼓的方法，是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。•五、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、底板爆破与注浆、切缝与锚杆支护、封闭支架与爆破卸压等。•第四节、巷道维护中的围岩卸压•长期以来，煤矿中进行巷道维护的主要手段是对巷道进行支护和对围岩进行加固，但在某些困难条件下，即使对巷道进行加强支护和加固围岩，巷道维护仍然很困难。如果采用人为方法改变巷道围岩应力分布特征，巷道掘进或受到采动影响时在巷道周边形成的应力峰值向远离巷道周边的围岩深部转移，使巷道处于应力降低区内，则可以起明显改善巷道维护状况的效果。•一、跨巷回采的卸压机理•煤层开采以后，在煤层地板中形成一定范围的应力增高区和应力降低区，位于煤层地板的巷道，若处于应力增高区，将承受较大的集中应力而极易破坏；处于应力降低区，则比较稳定易于维护。跨采是根据采空区低应力区的原理，采煤工作面直接在巷道上方