巷道維護與維修授課課件

凱嘉員工學院王金龍巷道維護與修復12023/9/18凱嘉員工學院巷道維護與修復12023/8/6第一節(jié)巷道破壞分析和巷道維護原理

一、巷道破壞分析巷道開挖以后，破壞了煤巖體的原巖應力狀態(tài)，引起巷道周邊圍巖應力的重新分布，圍巖或煤體將向巷道內移動，巖巷多為頂板下沉，底板鼓起，兩幫內移，甚至出現(xiàn)片幫和冒頂；煤巷架棚支護巷道則出現(xiàn)棚梁彎曲或斷裂，棚腿蹬出，煤體松碎變形甚至產生冒頂等。

22023/9/18第一節(jié)巷道破壞分析和巷道維護原理一、巷道破壞分析22

巷道支架的支護力在一定程度上能起到減少圍巖移動的作用，但巷道支護的效果卻不僅僅取決于支架本身的支承力，而是受到圍巖性質、支架力學性質(支承力和可縮性)、支架密度、安設支架時間的早晚、支架安設質量和與圍巖的接觸方式(點接觸、面接觸)等一系列因素的影響。32023/9/18巷道支架的支護力在一定程度上能起到減少圍巖移動的作用，

巷道的穩(wěn)定性從根本上講，取決于巷道圍巖承受的載荷與其承載能力的相對關系。巷道變形破壞的原因除去以上所說的應力改變這一基本原因之外，其變形破壞原理是十分復雜的。大量的研究實踐認為，引起巷道變形破壞的重要因素有以下幾個方面：42023/9/18巷道的穩(wěn)定性從根本上講，取決于巷道圍巖承受的載荷與其承（一）開拓布局的合理性（二）采動影響（三）深部地壓（四）地質構造52023/9/18（一）開拓布局的合理性52023/8/6二、巷道維護的原理

巷道穩(wěn)定取決于圍巖特性和工程開挖兩個方面。圍巖材料失穩(wěn)最終表現(xiàn)為空間結構失穩(wěn)上，因此用變形來判斷穩(wěn)定是最基本的手段。人們常把維護巷道穩(wěn)定問題看成是一種單純的支護結構問題，把支架上壓力作為穩(wěn)定的靜荷載，而與支架類型和結構無關，也和巷道掘砌方式、方法和工藝過程無關。傳統(tǒng)的維護是沒有發(fā)揮和利用圍巖自承能力。

62023/9/18二、巷道維護的原理62023/8/6

具體地說巷道維護要注意以下六點：（一）充分利用圍巖的自承力巷道中，架設的支架應當盡量利用它所能提供的承載能力。在巷道支護過程中盡可能地充分利用圍巖的自承力，這是一種經濟、先進的巷道支護原理。

為了利用圍巖的自承力，就要允許圍巖產生某些變形，這種變形會使圍巖中的能量得到一定釋放，從而起到適當的“卸載作用”。72023/9/18具體地說巷道維護要注意以下六點：72023/8/6（二）使巷道處于低礦山壓力區(qū)

1.無煤柱護巷2.跨巷開采

3.掘前預采4.采空區(qū)內布置巷道5.寬面掘進6.鉆孔卸壓法7.切槽卸壓法8.爆破卸壓法82023/9/18（二）使巷道處于低礦山壓力區(qū)82023/8/6（三）加固淺層圍巖例主動加固圍巖的錨網噴支護。深入圍巖的錨桿可以全面對淺層圍巖進行加固，噴層可以封閉圍巖，提高圍巖表面張力，防止巖石風化等，鋼筋網可防止噴后收縮裂縫出現(xiàn)，提高支護抗剪和抗拉能力，增強噴層的柔性和整體性，特別是當錨桿和鋼筋網連成一體時，它們和噴層一起形成的整體加固圈，有較強的抗變形能力。92023/9/18（三）加固淺層圍巖92023/8/6（四）充分利用和發(fā)揮深部圍巖承載能力實踐中，采用長短結合的組合錨桿，使深部整體性好的圍巖與淺層圍巖形成很強的支護整體，可大大提高圍巖穩(wěn)定性。（五）在高應力區(qū)段或支承壓力區(qū)段，巖性條件極差，可把長度受限的長錨桿改為長錨索。（六）綜合治理，聯(lián)合支護，長期監(jiān)控102023/9/18（四）充分利用和發(fā)揮深部圍巖承載能力102023/8/6

巷道掘進后，不可避免地會發(fā)生一些變形，常用的巷道修復支護技術有棚式維護(木棚、工字鋼或U形鋼棚)、料石或混凝土砌碹維護、錨網維護(錨網噴、錨梁網噴)、錨注加固維護、錨網和錨索聯(lián)合維護。在形式上，可分為兩類。

（1）主動維護。（2）被動維護。第二節(jié)巷道維護與修復支護技術112023/9/18巷道掘進后，不可避免地會發(fā)生一些變形，常用的巷道修復一、巖巷的維護與修復

（一）巖巷的維護

采動影響是致使巖巷發(fā)生變形破壞的最主要因素。根據巷道與回采工作面的采動時空關系，可分為采前預加固和開采后加固兩種。122023/9/18一、巖巷的維護與修復122023/8/6

錨注加固技術，實質是通過對產生變形的圍巖進行預注漿填充加固，提高圍巖的物理力學參數，使之增強可錨性，提高錨桿的錨固力。圖13-7是錨注加固支護技術的基本支護形式。132023/9/18錨注加固技術，實質是通過對產生變形的圍巖進行預注漿填圖13-7錨注加固支護技術的基本支護形式圖中粗線為注漿錨桿，細線為高強樹脂錨桿142023/9/18圖13-7錨注加固支護技術的基本支護形式142023/8

(二)巖巷修復改造巖巷的修復改造大致表現(xiàn)為：擴巷(臥底、挑頂、刷幫)后的加固支護和處理冒頂加固支護。當以上措施不能完整地恢復巷道功能時，則要進行特殊改造修復，如以掘替代巷道改造修復。152023/9/18(二)巖巷修復改造152023/8/6

1.擴巷修復擴巷修復適用于巷道破壞嚴重，但具有修復可能性和修復價值的巷道。這類巷道一般都發(fā)生了較大位移，如底鼓、巷幫開裂、頂板下沉等使巷道的斷面縮小，軌道變形，致使行人、運輸、通風等不能滿足基本安全生產需求。

162023/9/181.擴巷修復162023/8/6（1）擴巷爆破對圍巖變形破壞嚴重的巷道采用爆破擴幫時，首先應分析爆破對圍巖的破壞影響，減少爆破對圍巖的進一步破壞。

巷道擴修基本工藝流程為：爆破擴巷→臨時支護(初噴、初支)→永久支護加固(支架、錨網噴、錨注+錨網梁等)。

①垂直巷壁淺孔小炮剝幫。②平行巷壁的深孔剝幫。172023/9/18（1）擴巷爆破172023/8/6圖13-8垂直巷壁淺孔爆破擴修示意圖182023/9/18圖13-8垂直巷壁淺孔爆破擴修示意圖182023/8/圖13-9平行巷壁深孔松動爆破擴修示意圖192023/9/18圖13-9平行巷壁深孔松動爆破擴修示意圖192023/（2）臨時支護

巷道修復改造，必須進行有效的臨時支護，這是因為松散破碎的老巷爆破后失卻支護，易于冒落，必須及時進行控制。巖巷修復臨時支護類型有：噴漿、臨時架棚、臨時點柱、臨時錨桿支護等；

202023/9/18（2）臨時支護202023/8/6（3）永久支護加固

巖巷修復加固，目的是能較長時間地延續(xù)巷道的基本功能。長期的生產實踐表明，一條巷道一般經過3次反復擴幫修復后，圍巖相當破碎，再做進一步的修復相當困難，因此，巷道服務期內修復不宜超過3次。

212023/9/18（3）永久支護加固212023/8/6

2.巖巷冒頂幫的處理（1）巷道發(fā)生局部冒頂事故的處理①先加固好冒落區(qū)前后完好的支架或巷道。

使用架棚支護的巷道應縮小棚距，把支架扶正扶穩(wěn)，然后在其中間布設支架，并在新老支架間安設拉桿、撐棍或木墩等，使支架相互形成一個聯(lián)合體。錨網噴巷道應首先控制冒頂范圍進一步擴大，處理時應先加打點柱，臨時維護確認安全后，可補打加固錨桿，然后對冒落區(qū)進行加固處理。222023/9/182.巖巷冒頂幫的處理222023/8/6②及時封頂，控制冒頂范圍的擴大。

處理人員站在安全地點，用長桿將冒落的頂部活石搗掉。在沒有冒落危險的情況下，架好支架，排好護頂木垛至冒落最高點將頂托住。232023/9/18②及時封頂，控制冒頂范圍的擴大。232023/8/6③采用錨噴支護處理冒頂區(qū)。

具備錨噴條件時，應優(yōu)先考慮采用錨噴支護處理冒頂區(qū)。首先將冒落區(qū)頂幫活石搗掉，噴射人員站在安全一側向冒頂區(qū)噴射一層30～50mm厚的混凝土。先封固頂，然后再封兩側。初噴的混凝土凝固后再打錨桿，并掛網復噴一次。復噴的厚度一般不超過200mm。242023/9/18③采用錨噴支護處理冒頂區(qū)。242023/8/6（2）冒頂范圍較大時的處理

①小斷面快速修復法

冒頂范圍大，影響通風或有人埋堵，可用此法。先架設小的臨時支架，巷道暫時恢復作用，清理完冒落矸后再架設永久支架。對冒頂部分的處理是，采用如圖13-10所示撞楔法把冒頂矸石控制??；等頂板冒落停止后，從巷道兩側清除矸石，邊清除邊管理兩幫，防止煤矸注入道；頂幫維護好以后，就可以架設永久支架了。252023/9/18（2）冒頂范圍較大時的處理252023/8/6②一次成巷修復法

次要巷道和修復時間長短對生產影響不大時適用此法。修理時，可根據原有巷道規(guī)格，采用撞楔法一次成巷。撞楔間用木板插嚴，支架兩幫也應背嚴。撞楔以上必須有厚的矸石層，如太薄，還應在冒頂空洞內堆塞厚度不小于0.5m的木料或矸石。梁與撞楔之間要背實。處理冒頂和架設支架整個過程，應設專人觀察頂板。262023/9/18②一次成巷修復法262023/8/6圖13-10撞楔法控制煤巷冒頂272023/9/18圖13-10撞楔法控制煤巷冒頂272023/8/6③木垛法這是一種比較常用的方法。如巷道冒頂高度在5m以內，冒落長度在10m以上，冒落空洞以上巖石基本穩(wěn)定，就可將冒落的巖石清除一部分，使之形成自然堆積坡度，留出工作人員上下及運送材料的空間并能通風，從兩邊在冒落的煤矸上相向架木垛，直接支撐頂板，如圖13-11。

282023/9/18③木垛法282023/8/6圖13-11木垛法處理巷道冒頂292023/9/18圖13-11木垛法處理巷道冒頂292023/8/6④繞道法

如果冒頂長度大，不易處理或冒頂堵人時，可打繞道，繞過冒落區(qū)去搶救被堵人員，或繞過冒落區(qū)后再轉入正常掘進、修復。

302023/9/18④繞道法302023/8/6二、煤巷維護與修復（一）煤巷錨網梁支護巷道的維護與修復此類巷道屬主動支護，常用于綜采放頂煤工作面兩巷的支護，其變形一般表現(xiàn)為圍巖表面位移量加大，頂板下沉，兩幫內移片幫和底板隆起。具體處理方法如下：312023/9/18二、煤巷維護與修復312023/8/6

1.當原有支護未發(fā)生嚴重破壞時，可采取卸載放頂幫煤的方法。

剪開承載的金屬網，用長柄工具或鉆具松動爆破的煤體，使之冒落，然后恢復支護。連接金屬網，上緊錨桿。若煤體出現(xiàn)空洞，錨桿緊固效果達不到預期效果，可加托板等，必要時可補打錨桿以實現(xiàn)補強支護的目的。

322023/9/181.當原有支護未發(fā)生嚴重破壞時，可采取卸載放頂幫煤的方

2.當原有的錨桿支護已經失效，簡單維護難以達到預期效果時，應進行必要的修復。先卸載放掉部分煤炭，使巷道初步恢復原形，然后及時扶設架棚進行支護，架棚一般采用金屬工字鋼支架。

332023/9/182.當原有的錨桿支護已經失效，簡單維護難以達到預期效果時

3.巷道發(fā)生冒頂時，需根據圍巖的穩(wěn)定程度冒落高度確定具體的處理方法。

一般采取架棚裝設木垛的處理方法。在錨網粱支護的煤巷中，常用的有錨梁支護修復法等。

342023/9/183.巷道發(fā)生冒頂時，需根據圍巖的穩(wěn)定程度冒落高度確定具體（二）煤巷架棚巷道的維護與修復

1.架棚巷道片幫的處理（1）木垛法。當巷道片幫不太嚴重，片幫一側稍有冒頂、柱腿壓折、煤矸擠入巷道時，先在頂梁下打一根頂柱，然后清矸換新腿，用木料架木垛，支架用背板和荊笆背好并撤去頂柱，如圖13-12所示。（2）撞楔法。巷道一側片幫嚴重，撤掉壓壞柱腿時，片幫繼續(xù)擴大，可用撞楔法處理，如圖13-10所示。352023/9/18（二）煤巷架棚巷道的維護與修復352023/8/6圖13-12煤巷片幫木垛充填法

362023/9/18圖13-12煤巷片幫木垛充填法362023/8/6

2.冒頂的處理煤巷冒頂往往導致生產受阻，影響正常的安全生產。應據冒頂范圍選擇不同的處理方法。僅直接頂冒落時，巷道可選用出凈煤矸后恢復架棚支護的方法進行。當冒頂范圍大，且在假頂下進行施工時，則不宜出凈煤矸，須采取預先控制頂板的方法進行處理。具體處理方法如下：372023/9/182.冒頂的處理372023/8/6（1）超前鉆預先控頂法。

當架棚巷道發(fā)生較大冒頂且不宜出凈煤巖時，預先用小型鉆機如巖石電鉆向冒頂區(qū)前方打鉆，預埋鉆桿，控制冒頂區(qū)上方煤矸的進一步冒落。

(2)撞楔法?；痉椒ㄍ蜚@預支護法，不同點在于所用的預支護材料為金屬撞楔或木質撞楔。382023/9/18（1）超前鉆預先控頂法。382023/8/6

三、淋水巷道的修復修復有淋水的巷道，首要問題是解決施工安全問題。施工前首先要弄清水的來源，掌握水量的變化，其中對巖石巷道可采取預注漿封水、快速砂漿堵水、水槽或水棚截水、砂漿止水等方法。巖巷淋水地段，可進行初噴漿臨時支護，然后進行架棚支護，同時要加大支架密度，提高支架的穩(wěn)定性，防止冒頂事故的發(fā)生。由于淋水巷道一般巖性較差，因此修復中不宜采用錨噴支護。392023/9/18三、淋水巷道的修復392023/8/6

四、破碎帶巷道的修復斷層、褶曲和松軟破碎帶，由于頂板穩(wěn)定性差，允許暴露的時間短，修復巷道時有冒頂的可能?？稍谟^附近已架好的支架頂上(利用支架與頂板問的裂隙)，用木板或金屬薄板等打撞楔前進；刷一小段后，立即架設永久支護，換掉撞楔；條件不允許時撞楔也可以不拆除。架設永久支護后應及時對架棚上空間用不易燃物背實頂板，防止冒頂擴大。架設支護用拉條相互連接固定，以提高支架的整體支護強度與穩(wěn)定性。402023/9/18四、破碎帶巷道的修復402023/8/6

四、破碎帶巷道的修復

如果用這種方法還不能有效地控制頂板局部冒頂，改用向頂板內噴注砂漿或混凝土，可以明顯地提高頂板的穩(wěn)定性與巖體的自承能力。如果仍不能控制住頂板的繼續(xù)惡化，改用對修復后地段提前進行水泥注漿，以提高破碎巖石的膠結能力與粘著能力，提高圍巖的強度，待注漿加固后，再重新進行修復。412023/9/18四、破碎帶巷道的修復412023/8/6五、錨索支護修復技術在修復深部破碎圍巖巷道，壓力集中區(qū)域的巷道以及大型交叉點、大型硐室過程中，為提高支護強度，近年來我國部分煤礦應用了錨索支護技術，增加了巷道支護的安全可靠性。這里簡單介紹一點基本知識。

錨索的主要作用是將下部不穩(wěn)定巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層中，因而可按懸吊理論進行支護設計。采用錨桿支護的頂板，可用此法。422023/9/18五、錨索支護修復技術422023/8/6小孔徑(φ28～32mm)錨索結構較為簡單，可分為三部分：內錨固段、鋼絞線自由段和外錨固段，如圖13-13所示。圖13-13小孔徑預應力錨索結構l—毛刺；2—鋼絞線；3—鉆孔；4—巷道圍巖表面；5—槽鋼；6—鋼墊板；7—鎖具；L1—內錨固段長度；L2一錨索有效長度432023/9/18小孔徑(φ28～32mm)錨索結構較為簡單，可分為三

1.錨索支護材料：錨索、錨固劑、托盤、槽鋼。

2.支護方式選擇：采用聯(lián)合支護，即先錨網噴支護，再進行錨索加強支護。3.錨索支護參數的確定

①最小錨固長度：水泥(砂)漿錨固的錨固長度大于3.5m；樹脂錨固的錨固長度大于＞1.5m；

②錨索長度：錨索長度5.m～10.m，根據工程條件選??；③錨索間排距按下式選?。篠≤L/2。4.施工工藝：錨索施工可分為地面準備、鉆孔、錨固、張拉4個主要工序。442023/9/181.錨索支護材料：錨索、錨固劑、托盤、槽鋼。442023/

圖13-14錨桿與錨索聯(lián)合支護實例452023/9/18圖13-14錨桿與錨索聯(lián)合支護實例452023/8/6第三節(jié)巷道底鼓的防治

一、巷道底鼓的基本形式巷道底鼓的力學機制仍然是物化膨脹型、應力擴容型、結構變形型和復合型。巷道底鼓的形狀可分為折曲型、直線型及弧線型。折曲型底鼓多以底板巖層在水平力作用下彎曲斷裂為主；直線型底鼓一般以擴容、膨脹及粘性流動為主；弧狀型底鼓是多種底鼓原因共同作用的結果。存在擠壓流動性底鼓、撓曲褶皺性底鼓、膨脹性底鼓和剪切錯動性底鼓四種基本形式。462023/9/18第三節(jié)巷道底鼓的防治一、巷道底鼓的基本形式4620圖13—15巷道底鼓的類型和力學模型(a)、(b)擠壓流動性底鼓；(c)撓曲褶皺性底鼓；(d)剪切錯動性底鼓472023/9/18圖13—15巷道底鼓的類型和力學模型472023/8/6

二、巷道底鼓的影響因素

1.巖性狀態(tài)圍巖的礦物成分、結構狀態(tài)和軟弱程度對巷道底鼓起決定性作用。我國煤礦軟巖的粘土礦物成分主要有高嶺土、蒙脫石、伊利石及伊蒙混層礦物，其中蒙脫石是對巷道穩(wěn)定性危害最大的粘土礦物。

482023/9/18二、巷道底鼓的影響因素482023/8/6

2.圍巖應力狀態(tài)軟巖受到力作用以后表現(xiàn)出多種力學特征。如彈塑性、擴容性及流變性等，在層狀巖層中還有彎曲斷裂現(xiàn)象。巖石擴容性是指在偏應力作用下體積不減小，反而增加的特性。巖石擴容變形是內部顆粒與顆粒界面的滑移以及裂紋的靜態(tài)擴展所造成的不可逆變形，是偏應力作用的結果；主要與巖石性質及所受偏應力的大小有關。偏應力越大，擴容變形越大。

492023/9/182.圍巖應力狀態(tài)492023/8/6

3.時間效應軟巖巷道服務時間較長時，流變將引起底板巖層強度的降低及底鼓量的增加，隨著巷道維護時間的延續(xù)，必將導致底板破壞范圍逐漸擴大，并引起底鼓量增加。502023/9/183.時間效應502023/8/64.軟巖物化性質及力學性質的相互影響（1）軟巖物化性質軟巖孔隙率、含水量等參數變化。使水更容易進入巖體內部，引起更大程度的膨脹和軟化。（2）力學性質的相互影響擴容同時引起底板巖層性質進一步惡化，底板破壞范圍擴大，嚴重損傷軟巖的強度，使其在較小的偏應力下就會發(fā)生擴容。512023/9/184.軟巖物化性質及力學性質的相互影響512023/8/6三、軟巖巷道底鼓的防治軟巖巷道底鼓的防治包含預防和治理，即在巷道產生顯著底鼓之前，采取一些措施阻止底鼓的發(fā)生和延緩底鼓發(fā)生的時間；或在巷道產生顯著底鼓之后，才采取一些措施減小和控制底鼓。為了保持底板巖層和整個巷道圍巖的穩(wěn)定性，應當以預防為主，治理為輔。目前防治底鼓的措施可分為五種方式。

522023/9/18三、軟巖巷道底鼓的防治522023/8/61.起底

起底是現(xiàn)場應用很廣泛的一種治理底鼓的方法，是一種消極的治理底鼓的措施。在具有強烈底鼓趨勢的軟巖巷道中，往往需要多次起底，不僅起底工程量大、費用高，而且還影響兩幫及頂板巖層的穩(wěn)定性。

532023/9/181.起底532023/8/6

2.底板防治水在底板軟弱巖層長期浸水狀態(tài)下，任何防治底鼓的措施其效果肯定會受到明顯影響。底板有積水時應及時排掉，對含水量大、滲透性強的強含水層，多采用疏干措施。在含水量不大或滲透性較差的巖層中，一般采用及時封閉措施。542023/9/182.底板防治水542023/8/63.支護加固方法采用支護加固方法是對具有底鼓趨勢的軟巖巷道底板或兩幫巖層進行支護增加底板巖層強度和改善受力狀態(tài)。

(1)底板錨桿。

(2)底板注漿。

(3)混凝土反拱。(4)封閉式金屬支架552023/9/183.支護加固方法552023/8/6

圖13-16可縮性支架(a)—馬蹄形可縮支架；(b)—圓形可縮支架；(c)—方環(huán)形可縮支架；(d)—圓環(huán)形可縮支架(a)(c)(b)(d)562023/9/18圖13-16可縮性支架(a)(c)(b)(d)56204.應力控制方法

應力控制方法的實質是使巷道圍巖處于應力降低區(qū)，達到保持底板穩(wěn)定的目的。應力控制方法包括

(1)切縫卸壓。

(2)鉆孔卸壓。

(3)松動爆破卸壓。

(4)卸壓槽。572023/9/184.應力控制方法572023/8/6

5.聯(lián)合支護方法軟巖巷道底鼓的變形力學機制通常是幾種變形力學機制的復合類型，有時需要采用聯(lián)合支護的方法，把不同的防治底鼓的方法結合起來使用。例如，封閉式支架與錨桿支護、錨桿支護與注漿、底板藥壺爆破與注漿、切縫與錨桿支護、封閉支架與爆破卸壓等。582023/9/185.聯(lián)合支護方法582023/8/6第四節(jié)巷道修復的安全技術措施

一、通用部分

1.嚴格執(zhí)行隨時性的敲幫問頂制度，及時找掉危巖懸矸，找掉人員必須站在頂板完好的地點并用長把工具進行找頂，找頂人員不得小于2人，一個找頂，一個觀察頂幫。

592023/9/18第四節(jié)巷道修復的安全技術措施一、通用部分592023/2.嚴格執(zhí)行修復工作，從外向里逐一進行，不準平行作業(yè)。3.煤巷修復嚴格執(zhí)行先支后回的原則，不準大拉大拆。4.放炮后，及時找頂，及時用前探支護，嚴禁空頂作業(yè)，臨時支護緊跟迎頭。

602023/9/182.嚴格執(zhí)行修復工作，從外向里逐一進行，不準平行作業(yè)。6025.架棚巷道放炮前，棚與棚必須用拉條相互固定，使用好防倒棚裝置，迎頭后10m內的棚連結牢固。6.每次施工前必須檢查施工地點的支護完好，加固無誤后，方可進行其他工作。7.必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定的支護設計進行支護，保證支護段質量。612023/9/185.架棚巷道放炮前，棚與棚必須用拉條相互固定，使用好防倒棚裝

二、錨桿支護

1.錨桿眼必須按規(guī)程規(guī)定的間距和排距施工，錨桿距迎頭的間距必小于錨桿的設計排距。

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