巷道断面与交岔点设计.pdf

“ “ “ “ 第八篇 巷道断面与交岔点设计 第一章巷道断面形状选择 与尺寸确定 第一节巷道断面形状的选择 煤矿常用的巷道断面形状有半圆拱形、 圆弧拱形、 三心圆拱形、 梯形及矩形。底鼓严 重时， 亦有采用拱形直墙加砌底拱的封闭形断面。 在不稳定的、 地压大的岩体中， 如果常用巷道断面及支护方式难维护时， 则应采用特 殊断面， 如马蹄形、 圆形、 椭圆形等。 一、 选择断面形状应考虑的因素 “ 巷道所处的位置及围岩的物理力学性质、 地压作用方向及大小； “ 巷道的服务年限； “ 支护方式和支护材料； “ 邻近矿井同类巷道的断面形状等。 二、 巷道断面形状及其适用条件 常用巷道断面和几种封闭形断面形状及其适用条件， 见表 3 弹性模量 “ 1489， 螺纹圆钢 5489 振动疲劳寿命 ； 岩石体积力， 67 , -。 按组合梁理论计算 53 ’ “ “ “2 （ “） 式中“ 安全系数， 一般取 “. - ; 3； 均布载荷， 67 - ’ “ “ （“2/“ ） （ “） 式中 “ 原岩水平应力， 89； 反映与梁应力和弯曲有关的各岩层间摩擦作用的惯性矩折减系数 （表 “） 。 --“ 第四章巷道支护设计 表 “ “ 由组合梁岩层数目决定的系数数值 组合岩层数目 ’*’’* 根据组合梁的抗剪强度， 计算锚杆的间排距 、 （,） ， 通常按锚杆等距排列 - “’’* . “ “ （ “ /） 式中 “ 杆体材料抗剪强度， 012； 顶板抗剪安全系数， 一般取 - 3 。 系统设计法 对于大量工程岩石力学问题， 只有少数能得到解析解， 这一方面是由于岩体的非匀 质、 各向异性等特征， 造成岩体本构关系的非线性， 以及控制偏微分方程的非线性。另一 方面， 边界条件常常不能表示为简单的数学函数。因此， 当力学模型建立之后， 设计分析 和反馈分析阶段通常要采用数值方法得出近似解。利用有限元法、 有限差分法、 边界元 法和离散元法等工程数值方法， 使我们有可能选择更精确的力学模型处理锚固体的复杂 力学特征， 例如， 非线性、 非匀质性、 各向异性和时变性等。也有可能解决复杂的巷道锚 杆支护中的工程问题， 例如， 分步开挖、 复杂几何形状、 地下水作用、 采动影响等问题。 我国巷道锚杆支护系统设计的基本思想是认为地质调查、 设计、 施工、 监测、 信息反 馈等是相互关联、 制约和影响的有机整体， 巷道支护系统是一个复杂的系统工程。系统 设计方法包括 个基本部分 地质力学评估， 主要是围岩应力状态和岩体力学性质评估。 “初始设计， 以有限差分数值模拟分析为主要手段， 辅以工程类比和理论计算法。 对初始设计选定的方案进行稳定性分析。 按初始设计选定的方案进行施工。 现场监测， 主要有锚杆受力和巷道围岩表面及深部位移的监测。 信息反馈与修改、 完善设计， 选用巷道表面及深部位移、 全长锚固锚杆的受力分 布、 端部锚固锚杆的载荷、 锚固区内和区外的离层值作为反馈指标， 提出修改方案。 重复进行由初始设计至信息反馈与修改、 完善设计步骤， 直到满意为止。 第八篇巷道断面与交岔点设计 第五节软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 一、 软岩的基本属性 “ 软岩的概念 软岩定义分为地质软岩和工程软岩。 （） 地质软岩 地质软岩是指强度低、 孔隙度大、 胶结程度差、 受构造面切割及风化影响显著或含有 大量膨胀性粘土矿物的松、 散、 软、 弱岩层的总称。 （） 工程软岩 工程软岩是指在巷道工程力作用下， 能产生显著变形的工程岩体。巷道工程力是指 作用在巷道工程岩体上的力的总和， 工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。 “ 软岩的基本属性 （） 软化临界荷载 岩石的蠕变试验表明， 施加的载荷小于某一载荷水平时， 岩石处于稳定变形状态， 蠕 变曲线趋于某一变形值。施加的载荷大于该载荷水平时， 岩石的应变不断增加， 出现明 显的塑性变形加速现象。这一载荷水平称为软岩的软化临界载荷。施加的载荷水平低 于软化临界荷载时， 岩石处于硬岩范畴， 施加的载荷水平高于软化临界荷载时， 岩石称为 软岩。 （） 软化临界深度 与软化临界荷载相对应地存在软化临界深度。对特定矿区， 软化临界深度是客观存 在的。当巷道埋深大于某一开采深度时， 围岩产生明显的塑性大变形； 当巷道埋深小于 该开采深度时， 巷道围岩不出现明显变形。这一临界深度称软化临界深度。 软化临界荷载和软化临界深度可以相互推求， 不考虑工程扰动力的影响， 在无构造 残余应力的矿区， 其关系为 ’’ “ （ * ’） 式中 软化临界深度， ； , 第四章巷道支护设计 软化临界荷载， “； “ 上覆岩层第 层岩层体积力， ’ *； “ 上覆岩层总厚度， ； 上覆岩层第 层岩层厚度， ； 上覆岩层层数。 二、 软岩巷道围岩变形力学机制和变形规律 , 软岩巷道围岩变形力学机制 按照软岩的自然特征、 物理化学性质， 以及在工程力的作用下产生显著变形的机理， 将软岩分为膨胀性软岩 （也称低强度软岩） 、 高应力软岩、 节理化软岩和复合型软岩四种 类型 （表 - . / . *） 。从理论上分析软岩巷道围岩变形力学机制， 可分为三种形式， 即物 化膨胀类型 （也称低强度软岩） 、 应力扩容类型和结构变形类型。 表 - . / . *软岩类型及变形特性 软岩类型泥质含量 单轴抗压强度 “ 塑性变形特点 膨胀性软岩 （低强度软岩） 0 1234 12 结构松散软弱， 胶结程度差， 在工程力作用下， 沿片架状硅 酸盐粘土矿物产生滑移， 遇水显著膨胀 高应力软岩 123“12 遇水发生少许膨胀， 在高应力状态下， 沿片架状粘土矿物 发生滑移 节理化软岩少含低 5 中等沿节理等结构面产生滑移、 扩容等塑性变形 复合型软岩含低 5 高具有上述某种组合的复合机制 （） 膨胀变形机制 膨胀岩含有蒙脱石、 高岭土和伊利石等强亲水粘土矿物， 这几类矿物由于其晶体结 构特殊， 能将水分子吸附在晶层表面和晶层内。既具有矿物颗粒内部分子膨胀， 又具有 矿物颗粒之间的水膜加厚的胶体膨胀。同时通过毛细作用吸入水， 使岩石体积膨胀。 （1） 应力扩容变形机制 变形机制与力源有关， 软岩在构造应力、 地下水、 重力、 工程偏应力作用下， 岩体产生 破坏变形， 微裂活动迅速加剧， 形成拉伸破坏和剪切面， 体积扩胀。工程偏应力即本书中 的矿山压力， 是应力扩容变形中不可忽视的力源。 （*） 结构变形机制 变形机制与硐室结构和岩体结构面的组合特征有关。结构面的成因类型， 结构面的 61* 第八篇巷道断面与交岔点设计 结合特征， 结构面的力学性质， 结构面相对于硐室的空间分布规律及它制约下形成的岩 体结构控制着软岩变形、 破坏规律。 “ 软岩巷道围岩变形规律 （） 软岩巷道围岩变形的影响因素 岩石本身的强度、 结构、 胶结程度及胶结物的性能、 膨胀性矿物的含量等岩石性质 是影响软岩巷道围岩变形的内部因素。 “自重应力、 残余构造应力、 工程环境和施工的扰动应力， 特别是诸应力的叠加状况 和主应力的大小、 方向是影响软岩巷道围岩变形的主要的外部因素。 膨胀性软岩浸水后颗粒表面水膜增厚、 间距加大、 连结力削弱， 体积急剧增大， 同 时引起岩石内部应力不均， 容易破坏。因此， 地下水和工程用水对膨胀岩危害性很大。 对扰动的敏感是软岩的特性之一， 邻近巷道施工、 采面回采对软岩巷道围岩变形 的影响较明显。 软岩具有明显的流变特性， 时间也是不可忽略的影响因素。 （） 软岩巷道围岩变形规律 软岩巷道围岩变形具有明显的时间效应。表现为初始变形速度很大， 变形趋向稳 定后仍以较大速度产生流变， 持续时间很长。如不采取有效的支护措施， 由于围岩变形 急剧增大， 势必导致巷道失稳破坏。 “软岩巷道多表现为环向受压， 且为非对称性。软岩巷道不仅顶板变形易冒落， 底 板也产生强烈底鼓， 并引发两帮破坏顶板坍塌。 软岩巷道围岩变形随埋深增加而增大， 存在一个软化临界深度， 超过临界深度变 形量急剧增加。 软岩巷道围岩变形在不同的应力作用下， 具有明显的方向性。巷道自稳能力差， 自稳时间短。 三、 软岩巷道支护技术 “ 软岩巷道支护技术特点 软岩变形力学机制不同， 引起巷道变形破坏特点也不一样。从软岩巷道变形力学机 制分类可以看出， 软岩巷道之所以具有大变形、 高压力、 难以支护的特点， 是因为软岩并 非具有单一的变形力学机制， 而是同时具有多种变形力学机制的复合型变形力学机制。 对软岩巷道实施有效支护， 必须注重以下关键技术 （） 正确地确定软岩变形力学机制的复合型式。 第四章巷道支护设计 （） 有效地将复合型变形力学机制转化为单一型。 （“） 合理地运用复合型变形力学机制的转化技术。 软岩巷道支护原理 （） 巷道支护原理 软岩巷道支护和硬岩巷道支护原理截然不同， 这是由它们的结构关系决定的。硬岩 巷道支护不允许硬岩进入塑性， 因为硬岩进入塑性状态意味着丧失承载能力。软岩巷道 支护时软岩进入塑性状态不可避免， 应以达到其最大塑性承载能力为最佳； 同时其巨大 的塑性能 （如膨胀变形能） 必须以某种形式释放出来。软岩支护设计的关键之一是选择 变形能释放时间和支护时间。 （） 最佳支护时间和时段 岩石力学理论和工程实际表明， 硐室开挖之后， 围岩变形逐渐增加。以变形速度区 分， 可划分三个阶段 即减速变形阶段、 近似线性的恒速变形阶段和加速变形阶段。最佳 支护时间是以变形的形式转化的工程力 和围岩自撑力 最大， 工程支护力最小的 支护时间 （图 ’ *） 。 图 ’ *最佳支护时间 “ （“） 最佳支护时间的物理意义 巷道开挖以后， 原岩应力状态被破坏， 切向应力增大的同时， 径向应力减小， 并在硐 壁处达到极限。这种变化使围岩本身的裂隙发生扩容和扩展， 力学性质随之不断恶化， 致使这一区域岩层屈服而进入塑性工作状态。塑性区的出现使应力集中区向纵深偏移， 当应力集中的强度超过围岩的屈服强度时， 又将出现新的塑性区。如此逐层推进， 使塑 性区不断向纵深发展。如果不采取适当的支护措施， 硐壁围岩塑性区将随变形加大而出 现松动破坏。 塑性区可分为稳定塑性区和非稳定塑性区。松动破坏出现之前的最大塑性区范围， ’“ 第八篇巷道断面与交岔点设计 称为稳定塑性区， 对应的宏观围岩的径向变形称为稳定变形。出现松动破坏之后的塑性 区， 称为非稳定塑性区， 对应的宏观围岩的径向变形称为非稳定变形。塑性区的出现改 变了围岩的应力状态， 应力集中偏移深部后， 一方面应力集中程度降低， 减少了作用于支 护体上的载荷； 另一方面改善了围岩的受力状态， 使深部岩石处于三轴受力条件下， 其破 坏可能性大大减小。因此， 对于高应力软岩巷道支护而言， 要允许出现稳定塑性区， 严格 限制非稳定塑性区的扩展。其宏观判别标志就是最佳支护时间 “， 最佳支护时间的力学 含意就是最大限度地发挥塑性区承载能力而又不出现松动破坏的时刻。 （） 关键部位支护 软岩巷道破坏过程是渐进的力学过程， 往往是从一个或几个部位开始变形、 损伤， 进 而导致整个支护系统失稳。这些首先破坏的部位， 称为关键部位。关键部位产生的根本 原因是支护体力学特性与围岩力学特性不耦合， 通常发生在围岩应力集中处和围岩岩体 强度薄弱位置。及时加强支护关键部位可取得事半功倍之效果。 软岩巷道常用支护形式 （） 锚喷网支护 锚喷网支护系列是目前软岩巷道有效、 实用的支护形式。喷射混凝土能及时封闭围 岩和隔离水。网不仅可以支承锚杆之间的围岩， 并将单个锚杆连结成整个锚杆群， 和混 凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈。锚喷网支护允许围岩有一定的变形， 支 护性能符合对软岩一次支护的要求。根据围岩条件， 也可不喷射混凝土， 仅选用锚网、 桁 架锚网、 钢筋梯锚网、 钢带锚网支护， 也可二次喷射混凝土支护。 （’） 可缩性金属支架 型钢可缩性金属支架具有可缩量和承载能力在结构上的可调性， 通过构件间可缩 和弹性变形调节围岩应力。在支架变形和收缩过程中， 保持对围岩的支护阻力， 促进围 岩应力趋于平衡状态。我国在 型钢可缩性金属支架架后充填、 架间支护、 支护材料调 质处理、 支护工艺规范化等方面进行了大量的研究工作， 型钢可缩性金属支架已获得 较广泛的应用。 （） 弧板支护 在软岩中可使用断面为圆形且可缩的碹体支护， 能防止水的浸蚀及风化， 可有效地 控制底鼓。使碹体可缩的措施有 “木砖夹缝料石圆碹” 和条带碹法。弧板支架利用高强 度混凝土施工技术， 组成全断面封闭、 密集连续式的高强钢筋混凝土板块结构巷道支架。 四、 巷道底鼓机理和防治 巷道底鼓的基本形式 ’ 第四章巷道支护设计 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。 “ 巷道底鼓的影响因素 （） 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。 （） 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。 （） 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， 此时 应引入时间参数。软岩抗剪强度、 粘结力 、 内摩擦角“均是时间的函数， 莫尔库仑 准则应为 （“） ’“（“） *“（“） *“（“） *“（“） （, ） 依据软岩的时刻力学参数值， 可以分析计算该时刻底板的破坏范围和底鼓量。显 然， 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。 （,） 软岩物化性质及力学性质的相互影响 底板岩层在偏应力作用下扩容后， 岩层体积增加， 引起软岩孔隙率、 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。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。此外， 巷道支护强度、 巷道断面形状也是软岩巷道底鼓的不容忽视的影响因素。 “ 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 - 第八篇巷道断面与交岔点设计 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。 （） 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。 （“） 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。 （） 支护加固方法 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锚杆支护， 注浆加 固和封闭式支架支护， 增加底板岩层强度和改善受力状态。 （） 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。 （） 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。 五、 巷道围岩注浆加固技术 巷道围岩注浆加固机理 （） 提高岩体强度 利用压力把浆液充压到围岩体的各种裂隙中去， 改善弱面的力学性能， 提高裂隙的 粘聚力和内摩擦角， 增大岩体内部岩块间相对位移的阻力， 从而提高围岩的整体稳定性。 研究表明， 注浆加固使破裂后砂岩的强度提高 “’ ’， 使破裂后粉砂岩和页岩的 强度提高 倍。 （“） 形成承载结构 对巷道的破裂松散围岩实施注浆加固， 可以使破碎岩块重新胶结成整体， 形成承载 结构， 充分发挥围岩的自稳能力， 与巷道支架共同作用， 减轻支架承担的载荷。有关研究 第四章巷道支护设计 表明， 巷道围岩注浆加固后可使巷道支架载荷降低 “ “， 如围岩与支架协调变形时， 巷道支架载荷将降低 “ “’。 （） 改善围岩赋存环境 巷道破碎围岩注浆后， 浆液固结体封闭裂隙， 阻止水、 气浸入岩体内部， 防止水害和 风化， 保持围岩力学性质长期稳定。同时， 注浆后围岩体的渗透性也大大降低， 据前苏联 的研究， 注浆后围岩体的渗透性约为注浆前的 “ “。 * 水泥浆液类注浆材料 巷道围岩注浆材料主要有化学浆液和水泥浆液两大类。化学浆液有聚氨酯类、 丙烯 酰胺类等浆液， 这类浆液的优点是渗透性好、 凝胶时间可调， 主要缺点是凝胶体强度低 （* *,-.） 、 价格昂贵 （每吨约 万元 万元） 。受到工程成本的制约， 巷道围岩注 浆材料一般只考虑采用价格相对低廉的水泥类材料， 并通过添加剂调节其性能。常用的 水泥浆液类材料有水泥单液类、 水泥水玻璃双液类和高水速凝材料。 （） 水泥单液类材料 水泥单液类材料是以水泥或在水泥中加入一定量的附加剂为原料， 用水配制成浆 液， 采用单液系统注入。目前常用的水泥最大粒径为 *//， 在一般的压力下只能注 入最小宽度为 *// 的空隙中。这种浆液存在颗粒粗、 可注性差、 凝结时间长且不易 控制、 浆液易沉淀淅水、 结石率低等缺点， 但材料来源广、 价格低、 结石体强度高， 现在仍 被广泛采用。 （） 水泥水玻璃双液类材料 水泥水玻璃双液类浆液以水泥和水玻璃为主剂， 按一定比例， 采用双液方式注入。 其结石率较高、 可注性比水泥好、 凝结时间短且易控制， 但结石体强度较低， 如果控制不 好经过一段时间后结石体容易松散， 对工艺流程要求较高， 价格较高。 （） 高水速凝材料 高水速凝注浆材料由两种材料混合而成， 主料由硫铝酸盐水泥熟料、 超缓凝剂和适 量悬浮剂组成， 配料由石膏、 石灰、 悬浮剂、 速凝早强剂等多种配料组成。各种添加剂以 及双液输送至充填地点混合的目的是确保材料具有高水、 长距离泵送、 速凝早强三大特 点。 * 注浆工艺 封孔质量对注浆效果影响很大， 要求封孔严密， 能承受一定压力作用， 在封孔长度和 封孔直径方面适应性强。注浆参数是影响和确定注浆工艺的最重要因素， 巷道破碎围岩 注浆加固的主要参数包括注浆孔的几何参数 （孔长、 孔口位置、 方位） ， 浆液渗透半径， 封 第八篇巷道断面与交岔点设计 孔长度， 注浆压力， 注浆量和注浆时间。 六、 巷道支架架后充填 “ 巷道支架架后充填的必要性 目前我国有些矿井仍采用爆破法掘进巷道， 掘进断面很难与支架外廓相互吻合， 从 而不可避免地在支架背后形成架后空间。生产实践表明， 架后空间的存在会对 “支架 围岩” 的相互作用产生极为不利的影响。 （） 架后空间的存在使支护体在周边上与巷道围岩呈不规律的点线接触， 围岩变形 时支架将受到不均匀的集中载荷的作用。支架受围岩侧向压力， 支架拱顶向上弯曲， 呈 现尖桃形破坏。支架腿部特别是可缩性构件上受到集中载荷时， 会使可缩性连接件损 坏、 棚腿弯曲、 支架 “拒缩” 。支架顶部受集中载荷， 支架拱顶容易压平而严重破坏。 （） 巷道掘出后如支架不能及时支撑围岩， 松动圈的范围将进一步扩大， 并随着时间 的延续而扩展。在松动圈形成和发展过程中， 地应力峰值不断向岩体深部转移， 松动圈 内的岩体将不断向巷道空间内移动， 临空的岩体有可能随变形加大出现松动破坏。 “ 巷道支架架后充填的作用 （） 围岩的载荷通过充填层均匀地传递给支架， 使支架沿周边承受均布载荷。理论 计算和实验室支架架后充填试验结果表明 对支架实施架后充填后， 支护强度提高 倍以上。现场应用实测表明， 对 ’ 型钢金属支架实施架后充填后， 整架承载能力由 * 左右， 提高到 *， 提高了 倍。 （） 及时对架后空间用非膨胀性材料进行充填， 可起到封闭围岩的作用， 使围岩与矿 井空气隔离， 阻止围岩的风化和吸水软化， 对于膨胀性软岩尤其重要。 （） 如对架后空间用流动性较好的材料加压充填， 充填材料中的胶结浆液在压力作 用下渗透到围岩浅部的裂隙中， 可起到加固围岩的作用。另外， 良好的架后充填可使巷 道周边围岩平整， 消除局部应力集中， 减轻周边岩体破碎的剧烈程度。 （） 支架提供的支撑力与围岩变形同步出现， 可及时抑制围岩变形， 改变支架被动承 载状况。 （） 如果架后充填材料具有一定的可缩性， 围岩应力重新分布时所释放的变形能可 部分地为充填层所吸收， 降低支架所承受的载荷。 “ 架后充填工艺 （） 湿式充填 湿式充填适合于充填较小颗粒、 水灰比较大的充填材料， 充填材料预先在搅拌机内 第四章巷道支护设计 搅拌成浆糊状， 然后由管路泵送挤出。在支架上铺设一层强度高、 柔性好的钢筋网背板， 在钢筋网背面再铺一层比较致密的隔离层。充填工作分段独立进行， 每孔充满后及时封 孔。 （） 干式充填 干式充填适用于水灰比较低的充填材料， 混合搅拌均匀的充填干料一般借风力经管 道输送至充填地点， 在管道出口与水混合后直接喷射入架后空间。干式充填多为紧跟掘 进头随掘随充， 故不需要设置充填隔断和布置充填管头， 其他工艺过程与湿式充填基本 相同。 七、 软岩巷道锚注支护 “ 锚注支护原理概述 锚杆支护与棚式支架支护的一个重要区别是， 锚杆支护的锚固力在很大程度上取决 于岩体的力学性能， 软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因。利用锚 杆兼做注浆管， 实现锚注一体化， 是软岩巷道支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的 岩体， 注浆可改变围岩的松散结构， 提高粘结力和内摩擦角， 封闭裂隙， 显著提高岩体强 度。注浆加固为锚杆提供可靠的着力基础， 使锚杆对松碎围岩的锚固作用得以发挥， 进 一步提高岩体强度。但注浆只能在围岩的一定深处进行， 需要与锚喷支护共同维持巷道 周边围岩的稳定。因此， 采取锚杆与注浆相结合的方法， 使锚杆和注浆的作用在各自适 用的范围内得到充分发挥， 可提高对软岩的支护效果。 锚注式 （外锚内注式） 锚杆结构和施工工艺 外锚内注式锚杆 （图 ’） 由杆体、 托板、 压紧螺母等几部分组成。锚杆体为空 心钢管， 分为注浆段、 锚固段和尾部的螺纹段， 锚固段周围是环形密封锚固卷。我国采用 快硬、 高强、 圆环体状密封锚固卷。密封锚固卷可为空心快硬水泥卷， 内径略大于杆体外 径， 外径略小于钻孔。密封锚固卷的长度按围岩的裂隙发育程度调节。一般情况下， 在 回采巷道注浆压力小于 *。围岩吸浆量差别较大， 应本着既有效控制加固围岩， 达到 一定的扩散半径， 又要节约注浆材料和注浆时间的原则， 确定注浆量。锚注支护的效果 主要通过对巷道围岩锚注前后岩石物理力学性质判定。徐州旗山煤矿东大巷锚注前后 岩石物理力学性质变化见表 “， 巷道锚注段两帮位移量仅为非锚注段的 , - ,， 顶板下沉量为 ’, - ’,。 “ 第八篇巷道断面与交岔点设计 图 “ “ 外锚内注式锚杆和参数 空心钢管； 注浆段； ’锚固段； 尾部螺纹段； 挡环； 射浆孔 表 “ “ 旗山煤矿东大巷锚注前后砂质泥岩力学性质参数 力学性质参数未锚注段锚注段增长率 * 单轴抗压强度 ,-./ ./0’ 抗拉强度 ,-/’ /’’1 粘聚力 ,- /.1/001 内摩擦角 （2）/.’/’0 弹性模量 ,-/’ 3 1 ’/ 3 1 泊松比1/1/’1 ’/ 锚注式 （内锚外注式） 锚杆结构和施工工艺 锚杆 （图 “ “ ’） 分为三个部分， 每段由挡环隔开 锚固段可增大端头锚固力； 注浆 段留有注浆孔； 封孔段采用橡胶圈 （或软木塞或快速凝结剂） 配合混凝土来实现。安装锚 杆和注浆分两个工序进行。掘进巷道时按普通端头锚固或加长锚固锚杆使用， 在锚杆尾 部套上楔形环状软木塞或橡胶圈， 再上托盘拧紧螺母， 软木塞或橡胶圈与钻孔孔壁贴紧 起封孔作用。最后喷射混凝土， 增加封孔及支护效果。巷道围岩变形达到一定程度， 在 巷道周边形成松动破裂区时， 实施注浆工艺， 既能使巷道围岩得到充分卸压， 又能达到最 佳的注浆加固效果。 图 “ “ ’内锚外注式锚杆结构 喷层； 托盘； ’环状塞； 杆体； 出浆孔； 挡环； 0锚固剂 ’’ 第四章巷道支护设计 第六节锚杆支护质量监测 一、 锚杆支护质量检查 锚杆支护材料 （杆体、 锚固剂、 钢筋梁、 钢带、 托板、 螺母、 网等） 性能、 强度及结构必须 与锚杆的设计锚固力相匹配， 按行业标准检查产品合格证和材料试验报告。 锚杆施工必须符合施工组织设计或作业规程， 锚杆安装不得超出允许误差。 检查锚杆支护质量必须做抗拔力试验， 巷道每 “ “， 锚杆在 ““ 根以下， 抽样不 少于一组， 每组测试抗拔力不得少于 根锚杆， 都应符合设计要求。 每班对顶帮锚杆各抽样一组 （ 根） 进行锚杆螺母扭矩检查， 每个螺母拧紧力矩都应 符合设计要求。 二、 锚杆支护质量监测 锚杆支护巷道围岩的活动状况具有一定的隐蔽性， 围岩的破坏失稳一般无明显预 兆， 破坏往往带有突发性质。因此， 所有采用锚杆支护的巷道都应进行锚杆支护质量监 测， 保障安全生产。主要监控指标有锚杆受力及分布状况和锚固区内、 外的离层值。 ’ 测力锚杆 测力锚杆是测量锚杆全长锚固工作状态下受力的大小及分布状况的专用锚杆。测 力锚杆采用与巷道支护使用相同的锚杆加工而成， 在杆体上相隔一定距离布置一对电阻 应变片。依据杆体拉力与应变之间的标定曲线确定杆体应力大小及分布 （图 * *） 。 ,’ 锚杆测力计 锚杆液压枕 （锚杆测力计） 用于监测端部锚固锚杆工作时轴向力的大小。由一个有 中心孔的托盘式密封充油压力盒和与之相连的压力表组成， 可测得锚杆的托锚力。 ’ 顶板离层指示仪 顶板离层指示仪是监测顶板锚固范围内及锚固范围外离层值变化趋势的一种监测 装置。通过对顶板离层情况提供连续的直观信息显示， 能及早发现顶板失稳的征兆。顶 板离层指示仪实质是钻孔两点巷道围岩位移计， 一个测点设置在围岩深部稳定处， 另一 个安装在锚固范围内靠近锚杆的前锚固端部 （图 * ） 。离层值是围岩中两测点之 第八篇巷道断面与交岔点设计 间以及锚杆前锚固端部围岩与巷道周边的相对位移值 （图 “ “ ） 。顶板离层监测仪 器， 基本分为两类， 一类是结构较为简单的纯机械式顶板离层指示仪， 另一类是借助电气 元件以声光方式报警的顶板离层报警仪。顶板离层界限是指锚杆支护巷道在正常情况 下所允许的顶板离层的范围。超过该范围意味着顶板将处于非稳定状态中， 应及时采取 补救措施。 图 “ “ 测力锚杆轴向力和弯矩变化曲线 图 “ “ 顶板离层指示仪的安装 ’’ 第四章巷道支护设计 图 “ “ 顶板离层曲线 （） 锚固区内；（） 锚固区外 ’’ 第八篇巷道断面与交岔点设计 第五章平巷交岔点设计计算 第一节交岔点分类 平巷岔交点， 按交岔点处巷道断面结构形式， 可分为普通交岔点和穿尖交岔点两种， 见图 “ “ 。 图 “ “ 交岔点结构形式 普通交岔点； 穿尖交岔点 ’ 第五章平巷交岔点设计计算 一、 普通交岔点 普通交岔点在交岔点长度内两巷道相交部分， 共同形成一个渐变跨度的大断面， 其 最大断面的跨度和拱高是由两相交巷道宽度和柱墙 （牛鼻子） 宽度决定的。这种交岔点 较穿尖交岔点工程量大， 施工时间较长， 但受力条件较好， 适用地各类岩层和不同规格的 巷道， 所以普遍使用。 二、 穿尖交岔点 穿尖交岔点在交岔点长度内， 两巷道为自然相交， 其相交部分， 保持各自巷道断面， 顶板由两拱共同支撑。这种交岔点工程量小， 施工时间短， 又可减少通风阻力。但这种 交岔点较普通交岔点在相同条件下拱部承载能力小， 仅适用于小跨度的巷道， 围岩坚硬、 稳定、 完整的条件下， 所以对矿车运输的巷道设计很少采用。 普通交岔点按轨道布置， 常用的有八类， 见交岔点平面尺寸计算公式表 “ “ 。 第二节交岔点平面尺寸的确定 一、 确定交岔点平面尺寸的依据 交岔点的平面尺寸， 应根据运输设备、 道岔类型、 巷道的断面规格、 管线布置、 人行允 许的安全间隙等因素确定。 道岔按轨距、 运输设备的轨型选择。 年部颁标准道岔的型号和技术特征。 交岔点内轨道曲线半径， 巷道内外侧加宽， 双轨中线距加宽等数值， 均应按本篇曲线 巷道有关部分要求选取。单轨交岔点道岔部分的巷道在非分岔的一侧， 有人行道时， 一 般可不加宽； 无人行道时须加宽 ’ 毫米， 加宽长度由理论中心起一般取 米， 见图 “ “ *。 双轨交岔点轨道中线距离及巷道加宽方式有三种形式， 见图 “ “ ’。 在设计交岔点时， 为减少巷道断面规格， 便于设计、 施工， 交岔点道岔部分的巷道断 面， 一般多选用曲线巷道断面， 这就不须再另行加宽了， 见图 “ “ ’。 ,- 第八篇巷道断面与交岔点设计 图 “ “ 双轨交岔点轨道中线距离及巷道加宽方式 在交岔点内变双轨中线距， 巷道宽度不改变； 在交岔点内两轨中线距及巷道宽度同时改变； ’在交岔点中两轨中线距及巷道宽度均不改变 普通交岔点的柱墙宽度一般采用 毫米， 既便于施工， 也能满足支护要求。 * 第五章平巷交岔点设计计算 二、 交岔点平面尺寸计算公式 （表 “ “ ） 表 “ “ 交岔点平面尺寸计算公式 类别第一类第二类 图 示 符号计算公式 “’ ’* ’“ “’* “ , ’ “ -“ .. “ ’/ , ’* “’ ’*“ -“ .. “ ’/ “ 0.1““ . “ . “ ““ */ ’* （ “） */’*“ （“ “ /） ’* （“） （“ “ / ） ’* “ , ,- ’“ -’* , “’* “’* ,- “ ..’* *2*/ ’ （ “） *- .. * *2- - */- （*- ..） - -*/ （* - ..） ’* - “ “’- -- -（ , “ ） 34 --“ （ “ ’） .5 “ （ “） . “ . -...-... -2/ 第八篇巷道断面与交岔点设计 类别第三类第四类 图 示 符号计算公式 ““ “’“ “ “ “ “’ “ * “ ,-- “ ’. * “ ,-- “’ ’. ’/- “ ’/- “’ ““ *. （ “） *. （ “） （“ .） （“） （“ .） （“） , ,’ “ “’ *0*. “ （ “） * ,-- *. “ （ “） * ,-- *, *0 *0 - ““ “’“ . “’12 ’ “’12 /3 “ （ “） ’/- “ （ “） ’/- ------ .0.’ 第五章平巷交岔点设计计算 类别第五类第六类 图 示 符号计算公式 ““ ’ ““ ’ “* “* “,- “ ./ “ ,- “ ./ “ 0/’ “ 0/’ “