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[摘 要]介绍了井巷压力的产生原因及种类，并根据具体情况分析了影响井巷稳定性的主要因素，着重介绍了棚式支护、砌碹支护、锚喷支护三种支护方式。
[关键词]地压；巷道；围岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0313-01
井巷维护的目的首先在于保证井巷稳定性，但必须以经济合理为前提，两者兼顾不可偏废。井巷稳定性的基本决定因素是围岩应力与围岩强度，当围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态，当围岩应力恰等于围岩强度时，井巷才能算是稳定，井巷维护方法很多，但总的原则应抓住围岩应力与围岩强度二者之间的相对关系。
1 井巷压力的性质及产生原因
1.1 地压的性质
地壳中的岩体，包括原岩和巷道周围的围岩之间相互机械作用，以压力的形式表现出来，称为地压。没有经掘进或回采工作面破坏的岩层，其中任何一处的岩体都受上下、左右、前后三向六面压力的挤压，这种压力相互均势，称为自然相对平衡状态或原始应力相对平衡状态。在岩层或煤层中开掘巷道后，岩体由原来的三向压力变为双向压力，这就破坏了自然压力相对平衡状态，因此围岩压力要重新分布。
1.2 水平巷道地压
1.2.1 巷道顶压的产生
巷道开掘后，顶板岩石就暴露出来，除特别坚硬的岩石外，一般“岩梁”受力后都向下弯曲，当弯曲和受拉力达到一定限度，即超过岩石本身的抗拉强度时，岩梁产生裂缝。随着裂缝的不断增多和加大，岩石就开始向下冒落，并从周边向岩体深度扩展。随着顶板岩石的冒落，顶板压力逐渐降低，而作用到两帮岩石上和支架上的压力就逐渐加大，这就是顶板压力。
1.2.2 巷道侧压的产生
随着顶板岩石的冒落，平衡拱的形成，所有向下的作用力都传到两帮岩石上。如果两帮岩石所受的力没有超过本身的强度，两帮岩石就不遭受破坏，当两帮岩石松软，强度低而承受不住上面传来的压力时，两帮岩石就遭受到破坏而垮落，巷道宽度随之增大，直到形成新的自然平衡拱为止。这时支柱将承受岩帮垮落所产生的水平推力，这就是巷道侧压。
1.2.3 巷道底压的产生
巷道产生侧压，得到新的平衡之后，新的自然拱仍然把压力传给两帮，再传给底板，当底板岩石松软而受到上面的压力之后，底板就会从巷道两侧向中间方向运动，从而使底板鼓起来。另外，如果巷道岩石具有遇水膨胀的特性，当巷道有积水时，就会由于岩石的膨胀而产生底压。
1.3 垂直巷道的地压
在岩层中开掘立井后，岩层的原始应力平衡状态同样受到破坏。立井周围的岩石所受的力超过自身强度之时，井筒周围就要形成破坏区，破坏区内的岩石便向立井内倒落。当有支架时，对支架就产生挤压力。
1.4 倾斜巷道的地压
在倾斜巷道中作用于支架上的地压的大小，是根据巷道的倾角而采用不同的计算，但由于倾角的影响，在自然平衡拱内的岩石重力可分解为两个分力：法线分力和切线分力。
2 影响井巷稳定性的主要因素
2.1 围岩性质
煤系地层中煤的普氏系数为0.5—1.5。硬砂岩石与石灰岩的普氏系数为8-10，若将巷道从煤中移到硬岩中，它的稳定性立即提高8-10倍以上，其它任何因素影响绝没有这样大，所以岩性是最重要的影响因素。
2.2 巷道轴线方向
实践证明，巷道轴线方向与原岩应力最大应力的方向一致时，稳定性较好。两者相垂直时，稳定性较差。
2.3 断面尺寸
原则上应在满足使用面积要求，并考虑变形裕量以后，力争其断面积最小，以减少破裂范围，在最不利条件下，可以考虑将双轨巷道或其它大断面巷道一分为二。
2.4 破岩方法
从维护角度来看，人力破岩最好，其次为掘进机和风镐破岩，再次为光面爆破和控制爆破，最差为不加控制的普通爆破。
2.5 掘进时间与沿空护巷
主要指采区下阶段风巷的掘进时间，一般应安排在动压稳定以后开始掘进，为了解决跟不上回采需要的问题，广泛采用沿空留巷、沿空护巷、无煤柱护巷。
2.6 掘进方案
主要指薄煤层中半煤岩巷的宽面掘进施工方案，采用宽面掘进方案的好处，可以多出煤，少出矸，而且可将上覆岩层重力转嫁到较远的实体煤体上，使巷道易于维护。
3 支护方式
由于上述地压情况，为了维护巷道的稳定性，防止巷道围岩变形与垮落，巷道掘出后，一般都要进行适宜的支护，以维护安全的工作空间，巷道维护形式虽多，按其结构可分为棚式支护、拱碹支护、锚喷支护等，下面重介绍这三类支护形式。
3.1 棚式支护
按材料分为木支架，金属支架，钢筋混凝土支架，按形式分为梯行、拱行、马蹄形。按性能分为刚性支架、可缩性支架。
1）木支架：由于强度有限、不防火、易腐烂，故多用于地压不大，断面小，服务年限短的采区巷道，适用于维修和巷道掘进时作临时支护。
2）金属支架：在回采巷道和准备巷道可使用，在断面较大、地压严重的巷道也可使用，特别是可缩性支架更适宜，但在有酸性水的情况下应避免使用金属支架。
3）钢筋混凝土支架：用于不要有动压的采区巷道内，在地压稳定，服务年限较长以及断面小于12m2的巷道效果较好。
3.2 砌碹支护
这种支护具有坚固、耐久、防火、阻水、通风阻力小、材料来源广阔等优点。缺点是成本高、施工复杂，主要用于服务年限长的开拓巷道，但在地压大，地质条件差的巷道和其它支护材料缺的情况下，服务年限不长的巷道，用石材支护也是较为适宜的。
3.3 锚喷支护
锚喷支护是锚杆支护和喷浆或喷射混凝土支护的一种联合支护形式，也是将刚性支护化为软性支护的一种形式。下面分述不同围岩条件下锚喷支护的作用原理：
1）在整体硬岩中，由于这类围岩强度高，在中等深度开采条件下，只有巷道选型合理并采用光面爆破，通常自身即可稳定而不需要支护，有时为了防止风化和消除因尖角状岩块所引起的应力集中，也对开掘在这类岩层中的主要大巷主要硐室进行支护。
2）在块状岩体中，这类围岩较坚硬，但整体性能差，岩块之间往往是镶嵌、咬合、锁在一起，锚喷支护能及地防止“个别”危石掉落，并能有效地保证围岩整体的稳定性。
3）在层状岩层中，锚杆作用比较显著，对于岩层可能产生顺层面滑动，可借助锚杆提供的抗剪、抗拉以及由于锚杆压紧层面增加的摩擦力，将要产生滑动的岩块得以稳定，对于离层与弯张可能出现的破坏，则要靠一组与层面相垂直的锚杆把各岩层组合在一起，形成“组合梁”，增加抗弯刚度。
4）在软岩中，软岩强度低，变形能力大，不能承受拉应力，易造成围岩过大的变形，松动及破坏。所以，应充分利用锚喷支护的技术及时进行支护。
4 结语
在井巷掘进过程中，应根据实际情况来采取相应的支护方式，以维护巷道，保证安全的工作环境。
[关键词]地压；巷道；围岩
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0313-01
井巷维护的目的首先在于保证井巷稳定性，但必须以经济合理为前提，两者兼顾不可偏废。井巷稳定性的基本决定因素是围岩应力与围岩强度，当围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态，当围岩应力恰等于围岩强度时，井巷才能算是稳定，井巷维护方法很多，但总的原则应抓住围岩应力与围岩强度二者之间的相对关系。
1 井巷压力的性质及产生原因
1.1 地压的性质
地壳中的岩体，包括原岩和巷道周围的围岩之间相互机械作用，以压力的形式表现出来，称为地压。没有经掘进或回采工作面破坏的岩层，其中任何一处的岩体都受上下、左右、前后三向六面压力的挤压，这种压力相互均势，称为自然相对平衡状态或原始应力相对平衡状态。在岩层或煤层中开掘巷道后，岩体由原来的三向压力变为双向压力，这就破坏了自然压力相对平衡状态，因此围岩压力要重新分布。
1.2 水平巷道地压
1.2.1 巷道顶压的产生
巷道开掘后，顶板岩石就暴露出来，除特别坚硬的岩石外，一般“岩梁”受力后都向下弯曲，当弯曲和受拉力达到一定限度，即超过岩石本身的抗拉强度时，岩梁产生裂缝。随着裂缝的不断增多和加大，岩石就开始向下冒落，并从周边向岩体深度扩展。随着顶板岩石的冒落，顶板压力逐渐降低，而作用到两帮岩石上和支架上的压力就逐渐加大，这就是顶板压力。
1.2.2 巷道侧压的产生
随着顶板岩石的冒落，平衡拱的形成，所有向下的作用力都传到两帮岩石上。如果两帮岩石所受的力没有超过本身的强度，两帮岩石就不遭受破坏，当两帮岩石松软，强度低而承受不住上面传来的压力时，两帮岩石就遭受到破坏而垮落，巷道宽度随之增大，直到形成新的自然平衡拱为止。这时支柱将承受岩帮垮落所产生的水平推力，这就是巷道侧压。
1.2.3 巷道底压的产生
巷道产生侧压，得到新的平衡之后，新的自然拱仍然把压力传给两帮，再传给底板，当底板岩石松软而受到上面的压力之后，底板就会从巷道两侧向中间方向运动，从而使底板鼓起来。另外，如果巷道岩石具有遇水膨胀的特性，当巷道有积水时，就会由于岩石的膨胀而产生底压。
1.3 垂直巷道的地压
在岩层中开掘立井后，岩层的原始应力平衡状态同样受到破坏。立井周围的岩石所受的力超过自身强度之时，井筒周围就要形成破坏区，破坏区内的岩石便向立井内倒落。当有支架时，对支架就产生挤压力。
1.4 倾斜巷道的地压
在倾斜巷道中作用于支架上的地压的大小，是根据巷道的倾角而采用不同的计算，但由于倾角的影响，在自然平衡拱内的岩石重力可分解为两个分力：法线分力和切线分力。
2 影响井巷稳定性的主要因素
2.1 围岩性质
煤系地层中煤的普氏系数为0.5—1.5。硬砂岩石与石灰岩的普氏系数为8-10，若将巷道从煤中移到硬岩中，它的稳定性立即提高8-10倍以上，其它任何因素影响绝没有这样大，所以岩性是最重要的影响因素。
2.2 巷道轴线方向
实践证明，巷道轴线方向与原岩应力最大应力的方向一致时，稳定性较好。两者相垂直时，稳定性较差。
2.3 断面尺寸
原则上应在满足使用面积要求，并考虑变形裕量以后，力争其断面积最小，以减少破裂范围，在最不利条件下，可以考虑将双轨巷道或其它大断面巷道一分为二。
2.4 破岩方法
从维护角度来看，人力破岩最好，其次为掘进机和风镐破岩，再次为光面爆破和控制爆破，最差为不加控制的普通爆破。
2.5 掘进时间与沿空护巷
主要指采区下阶段风巷的掘进时间，一般应安排在动压稳定以后开始掘进，为了解决跟不上回采需要的问题，广泛采用沿空留巷、沿空护巷、无煤柱护巷。
2.6 掘进方案
主要指薄煤层中半煤岩巷的宽面掘进施工方案，采用宽面掘进方案的好处，可以多出煤，少出矸，而且可将上覆岩层重力转嫁到较远的实体煤体上，使巷道易于维护。
3 支护方式
由于上述地压情况，为了维护巷道的稳定性，防止巷道围岩变形与垮落，巷道掘出后，一般都要进行适宜的支护，以维护安全的工作空间，巷道维护形式虽多，按其结构可分为棚式支护、拱碹支护、锚喷支护等，下面重介绍这三类支护形式。
3.1 棚式支护
按材料分为木支架，金属支架，钢筋混凝土支架，按形式分为梯行、拱行、马蹄形。按性能分为刚性支架、可缩性支架。
1）木支架：由于强度有限、不防火、易腐烂，故多用于地压不大，断面小，服务年限短的采区巷道，适用于维修和巷道掘进时作临时支护。
2）金属支架：在回采巷道和准备巷道可使用，在断面较大、地压严重的巷道也可使用，特别是可缩性支架更适宜，但在有酸性水的情况下应避免使用金属支架。
3）钢筋混凝土支架：用于不要有动压的采区巷道内，在地压稳定，服务年限较长以及断面小于12m2的巷道效果较好。
3.2 砌碹支护
这种支护具有坚固、耐久、防火、阻水、通风阻力小、材料来源广阔等优点。缺点是成本高、施工复杂，主要用于服务年限长的开拓巷道，但在地压大，地质条件差的巷道和其它支护材料缺的情况下，服务年限不长的巷道，用石材支护也是较为适宜的。
3.3 锚喷支护
锚喷支护是锚杆支护和喷浆或喷射混凝土支护的一种联合支护形式，也是将刚性支护化为软性支护的一种形式。下面分述不同围岩条件下锚喷支护的作用原理：
1）在整体硬岩中，由于这类围岩强度高，在中等深度开采条件下，只有巷道选型合理并采用光面爆破，通常自身即可稳定而不需要支护，有时为了防止风化和消除因尖角状岩块所引起的应力集中，也对开掘在这类岩层中的主要大巷主要硐室进行支护。
2）在块状岩体中，这类围岩较坚硬，但整体性能差，岩块之间往往是镶嵌、咬合、锁在一起，锚喷支护能及地防止“个别”危石掉落，并能有效地保证围岩整体的稳定性。
3）在层状岩层中，锚杆作用比较显著，对于岩层可能产生顺层面滑动，可借助锚杆提供的抗剪、抗拉以及由于锚杆压紧层面增加的摩擦力，将要产生滑动的岩块得以稳定，对于离层与弯张可能出现的破坏，则要靠一组与层面相垂直的锚杆把各岩层组合在一起，形成“组合梁”，增加抗弯刚度。
4）在软岩中，软岩强度低，变形能力大，不能承受拉应力，易造成围岩过大的变形，松动及破坏。所以，应充分利用锚喷支护的技术及时进行支护。
4 结语
在井巷掘进过程中，应根据实际情况来采取相应的支护方式，以维护巷道，保证安全的工作环境。