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[摘 要]现重点讨论巷道的破坏机理及支护类型和适用条件。
[关键词]巷道；破坏机理；支护类型
中图分类号：TV638 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0058-01
1 巷道的破坏机理
1.1 岩石的原始应力状态。开采以前，岩层都处于原始应力状态。垂直方向上由于上覆岩层的作用形成垂直应力δ1，在垂直应力作用下，岩块A要沿三个相互垂直的方向（X，r，Z方向）产生变形，而受到相邻岩体对岩块侧向变形的约束面产生侧向应力δ2，δ3；一般认为水平方向上的条件是一致的而且都是由于垂直应力δ1所引起的，所以：
δl=δ2=δ3=λyH
式中，δ2δ3-侧向应力，N/m2；λ-压系数，取决岩块所处力学状态；H-岩块所在位置距地表的深度，m。需要指出的是，岩层中的原始应力除重力应力外，还有可能存在的构造应力、温度应力和膨胀应力等。采动前存在于岩层的原始应力是采动后矿山压力的来源。
1.2 巷道囤岩的应力分布
1.2.1 采动、采动空间和围岩。在岩体中开掘巷道和进行回采工作，称为对岩体的采动，采动所形成酌空间称为“采动空间”，采动空间周围的岩体称为围岩，采动空间上方的岩层称顶板，下方的岩层称底板，两侧的岩体称为两帮。
1.2.2 巷道的应力分布。采动后围岩的原始平衡状态遭到破坏，各部分应力将重新分布，应力重新分布的结果是顶板的两端出现应力集中区。其中顶板各岩层将因失去支撑面，在自重的作用下，弯曲下沉。结果在其底部出现拉应力，当拉应力超过限度，顶板岩层遭到破坏，围岩应力的重新分布促使岩层产生新的运动。
1.3 自然平衡拱的形成及破坏。当开掘井下巷道或采出煤炭后，顶板被暴露出来，好像—根梁一样承受着上下岩石的压力。如果不及时进行支护，经过一段时间，梁将向下弯曲，靠近巷道顶板的岩石产生拉应力，当拉应力超过岩石所能承受的极限时，岩石将产生裂隙；并随着裂隙不断增加；岩石开始破碎、脱落下来，其冒落范围不断向上发展，最后形成一个岩拱就不再冒落了，这种拱叫自然平衡拱。
巷道形成自然平衡拱后，巷道两帮将承受集中的压力，该压力超过两帮岩石强度时，就要产生裂隙，并向巷道内塌落或片帮，巷道两帮塌落使巷道宽度增大，自然平衡拱也随之扩大；直到形成新的自然平衡拱。这时，巷道支架柱腿承受两帮岩石垮落所产生水平推力，这个力就是巷道的侧压。巷道产生的侧压达到新的平衡后，顶板岩石的压力仍然通过两帮传给底板。当底板岩石较软时，底板受压后，巷道的下底部分将鼓起，称为底压。没有足够的力维护侧压、底压，巷道将遭到破坏。
综上所述，掘进巷道时就做好支护工作，防止顶板冒落、片帮和底鼓。因此，在掘进巷道过程中，针对巷道围岩的岩性情况适当选择恰当的支护类型是十分重要的。
2 巷道的支护类型及其适用条件
2.1 巷道的支护类型。根据井下开采的需要，巷道的位置和用途可分为三类即：开拓巷道、准备巷道和回采巷道。三类巷道的支护根据其围岩特性、位置、服务年限又有所不同，常见的巷道支护有木支护，钢筋混凝土支护，料石混凝土砌碹，金属支架和锚喷支护，其中锚喷支护目前应用最为广泛。
2.2 支护类型的适用条件。支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动发展速度，以维护安全的工作空间。
支护方式的选择，决定围岩的稳定状况，对受工作面采动影响小的巷道，可采用沉缩量小的刚性支护，如井下运输大巷井底事场一些 开拓巷道。对受采动影响大的不稳定巷道，应选用可缩性支护，如采区的准备巷道和回采巷道。
2.2.1木支架。这种支护形式在煤矿掘进生产中比较常见，而且历史很悠久，主要结构是梯形棚子，常见有亲口棚子和鸭嘴棚子两种。亲嘴棚子顶梁与立柱的连接为相互咬合的亲口接合形式，这种方法最简单。它可以在各种地压条件下使用。
木棚子的架设质量要求较严格，有一点架设不好，将影响棚子支护效果，因此架设时要认真仔细作业，不能马虎，以免留有后患。
木支护的优点是重量轻，容易加工架设，具有一定的强度和可缩性，其缺点是易燃易腐回收复用率低，维护费用高。为了节约木材尽量少用或不用木材支护。
2.2.2 金属支架。金属支架具有坚固耐用、防火、架设方便、可回收复用等优点，可做永久支护和临时支护。金属支架所用的钢材有槽钢，废旧钢轨，矿用工字钢和“U”型钢等。采用金属支架支护时，可根据巷道的服务年限，选用钢筋混凝土背板或木背板。
在地压较大，尤其是动压较大的巷道中，使用金属拱形支架比较理想，它的缺点是重量较大，搬运和修理不方便，初期投资大。目前金属支架大部分用于煤巷，尤其是综合机械化采煤的大断面顺槽更适宜拱形金属支架。
2.2.3石材支护。石材支护是指用料石（砖、混凝土或钢筋混凝土等）砌筑的拱形支架，-由基础、墙和拱顶三部分组成。
在地压较大或不均匀地区，拱顶或墙上会出现拉应力，而料石及混凝土等均为脆性材料，它们的抗拉强度都很小（较比抗压强度），为使碹体不被拉坏，在这些地区应采取針对性措施，如钢筋混凝土砌碹等。
料石砌碹能抵抗较大的静压力，具有防火隔水，防止围岩风化和通风阻力小等优点。但它施工工艺复杂，属隐蔽工程，管理困难，速度慢，劳动强度大，常有局部空顶作业的情况，易出现顶板人身事故，成本较高。一般只在井筒附近才使用这种支护。
2.2.4 锚喷支护。
（1）支护原理。锚杆支护是新兴的一种支护形式。锚杆支护与一般支架不同，已不是消极地承受巷道的围岩压力，而是把围岩锚固起来，形成支架与围岩共同作用的受力整体，从而减少围岩变形防止围岩冒落。在层状岩层中，锚杆可把薄层的岩石锚合起，形成组合梁，锚杆还可以把松软围岩牢固悬吊在坚固稳定的岩层上，在非层状岩层中，锚杆可将巷道周围的岩块彼此拉紧使其形成一个拱，如图3所示。
（2）锚杆的种类。a.木锚杆结构简单，容易制造、成本低，但锚固力小（10kN左右）使用期限短，一般用于围岩压力不大，服务年限不长（1s左右）的巷道，如果经过防腐处理，可服务2—3a。b.压缩木锚杆锚固力比普通木锚杆大，如果进行防腐处理，使用期限可达5a以上。c.金属楔缝式锚杆的优点是结构简单工作可靠。缺点是使用后一般不能回收，岩层较软时不能使用。d.金属倒楔式锚杆的锚固力一般可达40kN以上，适用于服务年限3a以上的巷道，如果服务年限很长，钻眼孔口中最好注入水泥砂浆。e.药卷锚杆的锚固力比倒楔式还要大，可达50kN以上，因此它被广泛地应用于各类巷道支扩中。唯一的缺点是药卷的浸泡程度不好掌握，初期锚固力低。f钢丝绳砂浆锚杆结构简单制造容易，成本低，可利用废旧钢丝绳做原料，锚固力大。缺点是不能立即产生实锚力。如果将钢丝绳砂浆锚杆配合喷浆使用，可用在服务年限较长的主要巷道和硐室。此外，它还可用来防止巷道底鼓。
（3）锚杆支护的优点。锚杆支护与其它支护方式相比，其优点是：坚固、耐用、安全可靠，巷道维护量少；施工艺简单，劳动强度低；可紧跟掘进工作面便于组织，掘进支护平行作业和一次成巷；有利于实现快速掘进和支护机械化；可缩小巷道断面约10%～20%，节省大量建筑材料，掘进费用低。它的缺点是人工打顶板眼困难。单纯的锚杆支护，不能防止围岩的风化和脱落。为此锚杆支护最好和喷浆（或喷射混凝土）支护联合使用。有时与挂金屑网和喷浆共同使用以达到支护的目的。
3 结论
综上所述，采动前存在于岩层中的原始应力是采动后矿山压力的来源，开掘后巷道的应力发生变化重新分布。而支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动发展速度，以维护安全的生产空间。所以，巷道的支护是必要的。在井下掘进中，针对工作现场的实际，确定使用正确的支护方式，既能很好地支护巷道，保证正常的安全生产，又能避免不必要的浪费。
[关键词]巷道；破坏机理；支护类型
中图分类号：TV638 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0058-01
1 巷道的破坏机理
1.1 岩石的原始应力状态。开采以前，岩层都处于原始应力状态。垂直方向上由于上覆岩层的作用形成垂直应力δ1，在垂直应力作用下，岩块A要沿三个相互垂直的方向（X，r，Z方向）产生变形，而受到相邻岩体对岩块侧向变形的约束面产生侧向应力δ2，δ3；一般认为水平方向上的条件是一致的而且都是由于垂直应力δ1所引起的，所以：
δl=δ2=δ3=λyH
式中，δ2δ3-侧向应力，N/m2；λ-压系数，取决岩块所处力学状态；H-岩块所在位置距地表的深度，m。需要指出的是，岩层中的原始应力除重力应力外，还有可能存在的构造应力、温度应力和膨胀应力等。采动前存在于岩层的原始应力是采动后矿山压力的来源。
1.2 巷道囤岩的应力分布
1.2.1 采动、采动空间和围岩。在岩体中开掘巷道和进行回采工作，称为对岩体的采动，采动所形成酌空间称为“采动空间”，采动空间周围的岩体称为围岩，采动空间上方的岩层称顶板，下方的岩层称底板，两侧的岩体称为两帮。
1.2.2 巷道的应力分布。采动后围岩的原始平衡状态遭到破坏，各部分应力将重新分布，应力重新分布的结果是顶板的两端出现应力集中区。其中顶板各岩层将因失去支撑面，在自重的作用下，弯曲下沉。结果在其底部出现拉应力，当拉应力超过限度，顶板岩层遭到破坏，围岩应力的重新分布促使岩层产生新的运动。
1.3 自然平衡拱的形成及破坏。当开掘井下巷道或采出煤炭后，顶板被暴露出来，好像—根梁一样承受着上下岩石的压力。如果不及时进行支护，经过一段时间，梁将向下弯曲，靠近巷道顶板的岩石产生拉应力，当拉应力超过岩石所能承受的极限时，岩石将产生裂隙；并随着裂隙不断增加；岩石开始破碎、脱落下来，其冒落范围不断向上发展，最后形成一个岩拱就不再冒落了，这种拱叫自然平衡拱。
巷道形成自然平衡拱后，巷道两帮将承受集中的压力，该压力超过两帮岩石强度时，就要产生裂隙，并向巷道内塌落或片帮，巷道两帮塌落使巷道宽度增大，自然平衡拱也随之扩大；直到形成新的自然平衡拱。这时，巷道支架柱腿承受两帮岩石垮落所产生水平推力，这个力就是巷道的侧压。巷道产生的侧压达到新的平衡后，顶板岩石的压力仍然通过两帮传给底板。当底板岩石较软时，底板受压后，巷道的下底部分将鼓起，称为底压。没有足够的力维护侧压、底压，巷道将遭到破坏。
综上所述，掘进巷道时就做好支护工作，防止顶板冒落、片帮和底鼓。因此，在掘进巷道过程中，针对巷道围岩的岩性情况适当选择恰当的支护类型是十分重要的。
2 巷道的支护类型及其适用条件
2.1 巷道的支护类型。根据井下开采的需要，巷道的位置和用途可分为三类即：开拓巷道、准备巷道和回采巷道。三类巷道的支护根据其围岩特性、位置、服务年限又有所不同，常见的巷道支护有木支护，钢筋混凝土支护，料石混凝土砌碹，金属支架和锚喷支护，其中锚喷支护目前应用最为广泛。
2.2 支护类型的适用条件。支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动发展速度，以维护安全的工作空间。
支护方式的选择，决定围岩的稳定状况，对受工作面采动影响小的巷道，可采用沉缩量小的刚性支护，如井下运输大巷井底事场一些 开拓巷道。对受采动影响大的不稳定巷道，应选用可缩性支护，如采区的准备巷道和回采巷道。
2.2.1木支架。这种支护形式在煤矿掘进生产中比较常见，而且历史很悠久，主要结构是梯形棚子，常见有亲口棚子和鸭嘴棚子两种。亲嘴棚子顶梁与立柱的连接为相互咬合的亲口接合形式，这种方法最简单。它可以在各种地压条件下使用。
木棚子的架设质量要求较严格，有一点架设不好，将影响棚子支护效果，因此架设时要认真仔细作业，不能马虎，以免留有后患。
木支护的优点是重量轻，容易加工架设，具有一定的强度和可缩性，其缺点是易燃易腐回收复用率低，维护费用高。为了节约木材尽量少用或不用木材支护。
2.2.2 金属支架。金属支架具有坚固耐用、防火、架设方便、可回收复用等优点，可做永久支护和临时支护。金属支架所用的钢材有槽钢，废旧钢轨，矿用工字钢和“U”型钢等。采用金属支架支护时，可根据巷道的服务年限，选用钢筋混凝土背板或木背板。
在地压较大，尤其是动压较大的巷道中，使用金属拱形支架比较理想，它的缺点是重量较大，搬运和修理不方便，初期投资大。目前金属支架大部分用于煤巷，尤其是综合机械化采煤的大断面顺槽更适宜拱形金属支架。
2.2.3石材支护。石材支护是指用料石（砖、混凝土或钢筋混凝土等）砌筑的拱形支架，-由基础、墙和拱顶三部分组成。
在地压较大或不均匀地区，拱顶或墙上会出现拉应力，而料石及混凝土等均为脆性材料，它们的抗拉强度都很小（较比抗压强度），为使碹体不被拉坏，在这些地区应采取針对性措施，如钢筋混凝土砌碹等。
料石砌碹能抵抗较大的静压力，具有防火隔水，防止围岩风化和通风阻力小等优点。但它施工工艺复杂，属隐蔽工程，管理困难，速度慢，劳动强度大，常有局部空顶作业的情况，易出现顶板人身事故，成本较高。一般只在井筒附近才使用这种支护。
2.2.4 锚喷支护。
（1）支护原理。锚杆支护是新兴的一种支护形式。锚杆支护与一般支架不同，已不是消极地承受巷道的围岩压力，而是把围岩锚固起来，形成支架与围岩共同作用的受力整体，从而减少围岩变形防止围岩冒落。在层状岩层中，锚杆可把薄层的岩石锚合起，形成组合梁，锚杆还可以把松软围岩牢固悬吊在坚固稳定的岩层上，在非层状岩层中，锚杆可将巷道周围的岩块彼此拉紧使其形成一个拱，如图3所示。
（2）锚杆的种类。a.木锚杆结构简单，容易制造、成本低，但锚固力小（10kN左右）使用期限短，一般用于围岩压力不大，服务年限不长（1s左右）的巷道，如果经过防腐处理，可服务2—3a。b.压缩木锚杆锚固力比普通木锚杆大，如果进行防腐处理，使用期限可达5a以上。c.金属楔缝式锚杆的优点是结构简单工作可靠。缺点是使用后一般不能回收，岩层较软时不能使用。d.金属倒楔式锚杆的锚固力一般可达40kN以上，适用于服务年限3a以上的巷道，如果服务年限很长，钻眼孔口中最好注入水泥砂浆。e.药卷锚杆的锚固力比倒楔式还要大，可达50kN以上，因此它被广泛地应用于各类巷道支扩中。唯一的缺点是药卷的浸泡程度不好掌握，初期锚固力低。f钢丝绳砂浆锚杆结构简单制造容易，成本低，可利用废旧钢丝绳做原料，锚固力大。缺点是不能立即产生实锚力。如果将钢丝绳砂浆锚杆配合喷浆使用，可用在服务年限较长的主要巷道和硐室。此外，它还可用来防止巷道底鼓。
（3）锚杆支护的优点。锚杆支护与其它支护方式相比，其优点是：坚固、耐用、安全可靠，巷道维护量少；施工艺简单，劳动强度低；可紧跟掘进工作面便于组织，掘进支护平行作业和一次成巷；有利于实现快速掘进和支护机械化；可缩小巷道断面约10%～20%，节省大量建筑材料，掘进费用低。它的缺点是人工打顶板眼困难。单纯的锚杆支护，不能防止围岩的风化和脱落。为此锚杆支护最好和喷浆（或喷射混凝土）支护联合使用。有时与挂金屑网和喷浆共同使用以达到支护的目的。
3 结论
综上所述，采动前存在于岩层中的原始应力是采动后矿山压力的来源，开掘后巷道的应力发生变化重新分布。而支护的作用在于改善围岩稳定状况和控制围岩运动发展速度，以维护安全的生产空间。所以，巷道的支护是必要的。在井下掘进中，针对工作现场的实际，确定使用正确的支护方式，既能很好地支护巷道，保证正常的安全生产，又能避免不必要的浪费。