【正文】 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 煤礦巷道支護(hù)技術(shù) 侯樹(shù)宏 二 O一五年 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 交 流 提 綱 煤礦巷道支護(hù)歷史 煤礦巷道支護(hù)理論 煤礦巷道支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及展望 特殊條件下巷道支護(hù)技術(shù) 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 交 流 提 綱 一個(gè)中心 ：以安全、快速、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗完成巷道、硐室施工，保證礦井生產(chǎn)采掘平衡 。 2個(gè)基本點(diǎn) 二是巷道 支護(hù)技術(shù) 一是施工 核心技術(shù) 井巷工程作為煤礦工作的重要一環(huán)，其內(nèi)容概括起來(lái)為：一個(gè)中心，兩個(gè)基本點(diǎn)。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 第一部分 煤礦巷道支護(hù)歷史 巷道支護(hù)歷史概述 錨桿支護(hù)歷史 巷道支護(hù)型式 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 一 .巷道支護(hù)歷史 概述 我國(guó)煤礦主要是地下開(kāi)采 ,需要在井下開(kāi)掘大量巷 道 ,保持巷道暢通和圍巖穩(wěn)定對(duì)煤礦建設(shè)與生產(chǎn)具有重 要意義。隨著開(kāi)采深度、廣度及開(kāi)采強(qiáng)度的不斷提高巷道埋深逐年增加 ,地質(zhì)條件日趨復(fù)雜化 ,高地應(yīng)力巷道、 強(qiáng)烈采動(dòng)影響巷道、松軟破碎圍巖巷道及特大斷面巷道 和硐室等復(fù)雜困難條件的出現(xiàn) , 巷道支護(hù)技術(shù)在不斷發(fā) 生變革。 煤礦巷道支護(hù)經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù) 錨桿（噴）支護(hù)、錨索支護(hù)及混合支護(hù)的漫長(zhǎng)過(guò)程。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 一 .巷道支護(hù)歷史 概述 新中國(guó)成立以來(lái) ,我國(guó)的巷道支護(hù)改革工作一直沒(méi)有停止過(guò)。初期 ,因鋼材匱乏，煤礦產(chǎn)量低等因素，巷道支護(hù)以木支護(hù)為主 。隨著煤礦規(guī)模發(fā)展，為節(jié)省坑木 ,減少木材消耗，上世紀(jì) 50年代和 60年代推廣了混凝土棚式支護(hù) 。上世紀(jì) 70年代和 80年代 ,隨著光爆錨噴技術(shù)的成熟、礦用型鋼的研制成功 ,在巖巷廣泛推廣光爆錨噴支護(hù)以替代砌碹支護(hù) ,在采準(zhǔn)巷道推廣礦用工字鋼和 U型鋼支護(hù)替代混凝土支護(hù)。 （國(guó)內(nèi)從 1956年起在淮南、開(kāi)灤、阜新及鶴壁等礦區(qū)先后用了木錨桿、金屬錨桿和砂漿錨桿等 ,并獲得良好的效果，隨后得到了蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。） 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 一 .巷道支護(hù)歷史 概述 ? 國(guó)外普遍采用的 U型鋼金屬支架支護(hù)技術(shù) ,是 20世紀(jì) 30年代由聯(lián)邦德國(guó)發(fā)明并用于礦區(qū)生產(chǎn)。我國(guó)自 20世紀(jì) 60年代初期引入該技術(shù)。 ? 上世紀(jì) 90年代末期，兗礦、新汶、淮南等礦務(wù)局隨著開(kāi)采深度的增加 ,認(rèn)為 U型鋼可縮支架是終極解決軟巖支護(hù)和深部地應(yīng)力的辦法 ,但隨后被各類(lèi)錨索混合支護(hù)所取代 。 ? 上世紀(jì) 90年代 ,對(duì)頂板較為完整的采準(zhǔn)巷道開(kāi)始使用錨梁網(wǎng)支護(hù)。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 二、 錨桿支護(hù)歷史 錨桿支護(hù)作為一種有效的、技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越的采準(zhǔn)巷道支護(hù)方式，自美國(guó) 1912年在 aberschlesin（阿伯施萊辛）的 Friedens（弗里登斯）煤礦首次使用錨桿支護(hù)頂板至今已有 100多年的歷史。 1945~1950年，機(jī)械式錨桿研究與應(yīng)用； 1950~1960年，采礦業(yè)廣泛采用機(jī)械式錨桿，并開(kāi)始對(duì)錨桿支護(hù)進(jìn)行系統(tǒng)研究； 1960~1970年，樹(shù)脂錨桿推出并在礦山得到了應(yīng)用； 1970~1980年，發(fā)明管縫式錨桿、脹管式錨桿并得到了應(yīng)用，同時(shí)研究新的設(shè)計(jì)方法，長(zhǎng)錨索產(chǎn)生； 1980~1990年，混合錨頭錨桿、組合錨桿、特種錨桿等得到了應(yīng)用，樹(shù)脂錨固材料得到改進(jìn)。 美國(guó)、澳大利亞、加拿大等國(guó)由于煤層埋藏條件好，加之錨桿支護(hù)技術(shù)不斷發(fā)展和日益成熟，因而錨桿支護(hù)使用很普遍，在煤礦巷道的支護(hù)中的比重幾乎達(dá)到了 100%。 二、 錨桿支護(hù)歷史 澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)形成比較完整的體系，處于國(guó)際領(lǐng)先水 平。澳大利亞的煤礦巷道幾乎全部采用 W型鋼帶樹(shù)脂全長(zhǎng)錨固組合錨桿 支護(hù)技術(shù)，盡管其巷道斷面比較大，但支護(hù)效果非常好。 對(duì)于復(fù)合頂板、破碎頂板及其巷道交叉點(diǎn)、大跨度硐室等難維護(hù)的 地方，采用錨索注漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，控制了圍巖的強(qiáng)烈變形。 美國(guó)一直采用錨桿支護(hù)巷道，錨桿消耗量很大。錨桿種類(lèi)也較多， 有脹殼式、樹(shù)脂式、復(fù)合錨桿等。組合件有鋼帶。具體應(yīng)用時(shí)，根據(jù)巖 層條件選擇不同的支護(hù)方式和參數(shù)。 法國(guó)煤巷錨桿支護(hù)的發(fā)展也很迅速，到 1986年其比重己達(dá) 50%。 俄羅斯錨桿支護(hù)的發(fā)展也引人矚目。他們研制了多種類(lèi)型的錨桿， 在俄羅斯第一大礦區(qū) —— 庫(kù)茲巴斯礦區(qū)錨桿支護(hù)巷道所占比重己達(dá) 50%。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 二、 錨桿支護(hù)歷史 錨桿支護(hù)發(fā)展最快的是英國(guó)。在 1987年以前，英國(guó)煤礦巷道支護(hù) 90%以上采用金屬支架，而且主要是礦用工字鋼拱型剛性支架。由于回采工作面單產(chǎn)低、效率低、巷道支護(hù)成本高，因而虧損嚴(yán)重。為了擺脫煤炭行業(yè)的這種困境，在巷道支護(hù)方面積極發(fā)展錨桿支護(hù)，到 1987年，英國(guó)從澳大利亞引進(jìn)了成套的錨桿支護(hù)技術(shù)，從而扭轉(zhuǎn)了過(guò)去的被動(dòng)局面，煤巷錨桿支護(hù)得到迅速發(fā)展， 經(jīng)過(guò)近 10年實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了改進(jìn)和提高，到 1994年在巷道支護(hù)中所占的比重己達(dá)到 80%以上。錨桿支護(hù)技術(shù)的廣泛采用給英國(guó)煤礦帶來(lái)巨大的活力和經(jīng)濟(jì)效益。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 德國(guó)是 U型鋼支架使用最早、技術(shù)上最為成熟的國(guó)家，自1932年發(fā)明 U型鋼支架以來(lái)， U型鋼支架發(fā)展迅速，支護(hù)比重很快達(dá)到了 90%以上，從井底車(chē)場(chǎng)一直到采煤工作面兩巷均采用U型鋼可縮性支架。但是自 20世紀(jì) 80年代以來(lái)，隨著礦井開(kāi)采深度日益增加，維護(hù)日益困難。面臨這種困境，德國(guó)采用不斷增加金屬支架的型鋼質(zhì)量，逐步減小棚距的做法，這不僅使巷道支護(hù)費(fèi)用增高，而且施工、運(yùn)輸更加困難和復(fù)雜。即便如此，巷道維護(hù)困難的狀況仍然難以改觀(guān)，于是尋求成本低，運(yùn)輸和施工簡(jiǎn)單方便、控制圍巖變形效果好的錨桿支護(hù)變得尤為重要。 到 20世紀(jì) 80年代初期，錨桿支護(hù)在魯爾礦區(qū)實(shí)驗(yàn)成功后獲得推廣，現(xiàn)己應(yīng)用到千米的深井巷道中，取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。 二、 錨桿支護(hù)歷史 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 ? 我國(guó)在煤礦巖巷中使用錨桿支護(hù)也已有近 60余年的歷史。從1956年起在煤礦巖巷中使用錨桿支護(hù)， 20世紀(jì) 60年代錨桿支護(hù)開(kāi)始進(jìn)入采區(qū)，但由于煤層巷道圍巖松軟，受采動(dòng)影響形量很大，對(duì)支護(hù)技術(shù)要求很高，加之錨桿支護(hù)理論、設(shè)計(jì)方法，錨桿材料、施工機(jī)具、檢測(cè)手段等還不夠完善，因而發(fā)展緩慢?！鞍宋濉逼陂g，原煤炭工業(yè)部把煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)作為重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行攻關(guān)，在“九五”期間，原煤炭工業(yè)部將“錨桿支護(hù)”列為煤炭工業(yè)科技發(fā)展的五個(gè)項(xiàng)目之一，對(duì)錨桿支護(hù)的可行性和適用性進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，取得了一大批水平較高的科研成果。 ? 特別是 1996~1997年我國(guó)引進(jìn)了澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)，在原邢臺(tái)礦務(wù)局進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)演示，并完成了與錨桿支護(hù)技術(shù)有關(guān)的15個(gè)項(xiàng)目，使我國(guó)的煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)有較大提高。同時(shí)，困難條件下錨桿 —— 錨索支護(hù)技術(shù)得到了應(yīng)用，并取得令人滿(mǎn)意的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。 二、 錨桿支護(hù)歷史 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 ? 我國(guó)煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了從低強(qiáng)度、高強(qiáng)度到高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力支護(hù)的發(fā)展過(guò)程。早期采用的錨桿支護(hù)強(qiáng)度剛度低 ,支護(hù)原理上仍屬于被動(dòng)支護(hù)。 2023年以來(lái) ,為解決深部高地應(yīng)力、受強(qiáng)烈采動(dòng)影響、沿空留巷等復(fù)雜困難巷道支護(hù)難題 ,又開(kāi)發(fā)出高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力錨桿與錨索支護(hù)技術(shù) ,真正實(shí)現(xiàn)了錨桿的主動(dòng)、及時(shí)支護(hù) ,大幅度減少了巷道圍巖變形與破壞 ,支護(hù)狀況發(fā)生了本質(zhì)改變。 2023年 ,煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范 (MT/T1104 2023)”發(fā)布 ,標(biāo)志著煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。目前 ,我國(guó)很多礦區(qū)煤巷錨桿支護(hù)率達(dá)到 60%,有些礦區(qū)超過(guò)了 90%,甚至達(dá)到 100%。我國(guó)煤礦已經(jīng)形成了有中國(guó)特色的煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)體系 ,錨桿支護(hù)已經(jīng)成為煤礦巷道首選的、安全高效的主要支護(hù)方式。 二、 錨桿支護(hù)歷史 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 ? 時(shí)至今日，人們不僅成功地在穩(wěn)定和中等穩(wěn)定以上的巖巷中使用錨桿，而且在軟巖巷道、以及受采動(dòng)影響的煤巷中也成功地使用了錨桿支護(hù)技術(shù)。一批技術(shù)先進(jìn)的國(guó)有重點(diǎn)礦區(qū)的煤巷錨桿支護(hù)率在逐年穩(wěn)步提高。由于對(duì)巷道圍巖強(qiáng)度的強(qiáng)化作用，可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性，并且有支護(hù)成本較低、成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度減輕、提高了巷道斷面的利用率、簡(jiǎn)化回采面端頭維護(hù)工藝、明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件等優(yōu)點(diǎn)，可提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益，因而成為礦井巷道的一種主要支護(hù)形式。也代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向。 ? 錨桿支護(hù)可大幅度的降低巷道支護(hù)維修費(fèi)用，提高巷道掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率；在巷道跨度增大時(shí)，即在大跨度巷道的情況下，單純用錨桿對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)可能會(huì)引起巷道頂板在一定高度范圍內(nèi)整體垮落，在這種情況下可以進(jìn)行“錨桿 +錨索”聯(lián)合支護(hù)，可將整個(gè)潛在冒落范圍內(nèi)的巖層懸吊在較穩(wěn)定的巖層中，從而使得該巷道頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)。 二、 錨桿支護(hù)歷史 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 三、 巷道支護(hù)型式 支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)方式 ,如各種類(lèi)型的支架、噴射混凝土、砌碹支護(hù)等 支護(hù)力不但作用在圍巖表面 ,而且作用在圍巖內(nèi)部的支護(hù)方式 ,如錨桿與錨索支護(hù) 改善巷道圍巖力學(xué)性質(zhì) ,提高圍巖強(qiáng)度的加固方法 ,如各種注漿加固方法 改善巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài) ,使巷道處于應(yīng)力降低區(qū) ,如各種應(yīng)力控制技術(shù)。 1 2 4 3 根據(jù)支護(hù)對(duì)圍巖的作用方式可將煤礦巷道支護(hù)分為4類(lèi): 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)方式 ,如各種類(lèi)型的支架、噴射混凝土、砌碹支護(hù)等 三、 巷道支護(hù)型式 砌碹支護(hù) :砌碹支護(hù)是應(yīng)用很早的支護(hù)方式 ,目前在一些礦井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支護(hù)材料可分為 :料石、混凝土砌塊、現(xiàn)澆混凝土、現(xiàn)澆鋼筋混凝土等。 砌碹支護(hù)的巷道是靠砌體形成的較之圍巖更堅(jiān)硬更密實(shí)的殼體圍護(hù)圍巖。這種支護(hù)的原理本是想增加圍巖表面的強(qiáng)度，但最終結(jié)果是砌體與圍巖體的接合不嚴(yán)，使得堅(jiān)硬殼體與圍巖之間不能很好的傳遞應(yīng)力。 同時(shí)由于砌碹支護(hù)屬于剛性被動(dòng)支護(hù)，因支護(hù)體的堅(jiān)硬性而不能適應(yīng)圍巖的變形，不僅支護(hù)成本高、施工速度慢 ,勞動(dòng)強(qiáng)度大 ,而且不能適應(yīng)圍巖大變形，只能在應(yīng)力現(xiàn)象不明顯，地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單的情況下使用。目前主要在各礦明槽開(kāi)挖至基巖段使用。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)方式 ,如各種類(lèi)型的支架、噴射混凝土、砌碹支護(hù)等 三、 巷道支護(hù)型式 棚式支架 :棚式支護(hù)曾經(jīng)是煤礦巷道的主要支護(hù)方式 ,在 20世紀(jì) 90年代初 ,這種支護(hù)所占的比重高達(dá) 80%以上。按支護(hù)材料可分為木支架、鋼筋混凝土支架及金屬支架 ,其中木支架與鋼筋混凝土支架已經(jīng)逐步被淘汰。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架 。按支架材料分為工字鋼、 U型鋼及其它 。按斷面分為梯形、拱形、圓形、環(huán)形。但是 ,棚式支架也屬于被動(dòng)支護(hù) ,支架與巷道表面很難密切接觸 ,控制圍巖早期變形的能力差 ,在復(fù)雜困難條件下支護(hù)效果差、成本高。 棚式支架對(duì)巷道圍巖的支護(hù)作用是靠支架與圍巖之間的背板傳遞抗力，這種抗力是一種被動(dòng)的支護(hù)方式。這種支護(hù)的觀(guān)點(diǎn)一開(kāi)始就將所有圍巖都視為載荷。而且背板與圍巖的接觸并沒(méi)有預(yù)應(yīng)力 ,只能被動(dòng)地等圍巖來(lái)壓變形 。因此，架棚式支護(hù)很難維護(hù)松軟破碎或高應(yīng)力圍巖。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 支護(hù)力作用在巷道圍巖表面的支護(hù)方式 ,如各種類(lèi)型的支架、噴射混凝土、砌碹支護(hù)等 三、 巷道支護(hù)型式 摩擦 支柱 液壓 支柱 U型鋼 Arch sets 拱形支架 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 支護(hù)力不但作用在圍巖表面 ,而且作用在圍巖內(nèi)部的支護(hù)方式 ,如錨桿與錨索支護(hù) 三、 巷道支護(hù)型式 錨桿支護(hù)：用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿體，打入地表巖體或硐室周?chē)鷰r體預(yù)先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托板（亦可不用），或依賴(lài)于黏結(jié)作用將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起而產(chǎn)生懸吊效果、組合梁效果、補(bǔ)強(qiáng)效果、減跨效果，以達(dá)到支護(hù)的目的。 錨桿之所以能對(duì)巷道圍巖起到支護(hù)作用，是因?yàn)閲鷰r自身具有自我承載能力并能自我穩(wěn)定，錨桿的作用只是限制圍巖巖體使其保持連續(xù)變形。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 鋼筋或鋼