第三章巷道支護第一節錨桿（索）網噴支護一錨桿支護（一）錨桿支護的優點1改善圍巖受力狀態2變“被動”為“主動”3減少巷道的維修量4簡化工作面超前支護5提高掘進速度

6消除安全隱患7降低支護成本8減小工人的勞動強度9減小了輔助運輸量10有利于生產組織（三）錨桿支護機理1懸吊理論懸吊理論認為錨桿的作用是將軟弱的直接頂懸吊于上部堅固穩定的巖層上，或者是用錨桿將因巷道開挖而引起松動的巖塊連結在松動區外的完整堅固巖體上，使松動巖塊不致冒落2組合梁理論組合梁理論認為：頂板錨桿的作用，一方面體現在錨桿的錨固力增加了各巖層間的接觸壓力，避免各巖層間出現離層現象；另一方面增加了巖層間的抗剪剛度，阻止巖層間的水平錯動，從而將作用范圍內的幾個巖層錨固成一個較厚的組合巖梁。

錨桿的楔固作用錨桿的楔固作用是在圍巖中存在一組或幾組不同產狀的不連續面的情況下，由于錨桿穿過這些不連續面，防止或減少了圍巖沿不連續面的移動。3組合拱理論具有預應力的錨桿，能形成以錨頭和緊固端為頂點的錐形體壓縮區。將錨桿沿拱形巷道周邊按一定間距徑向排列，每根錨桿周圍形成的錐形體壓縮區彼此重疊連接，便在圍巖中形成一個均勻的連續壓縮帶，擠壓加固拱。錨桿一方面在錐形體壓縮區內產生壓應力，增加節理裂隙面或巖塊間的摩擦阻力，防止巖塊的轉動和滑移，亦即增大了巖體的粘結力，提高了破碎巖體的強度；另一方面，錨桿產生的壓應力，改善了圍巖應力狀態，使壓縮帶內的巖石處于三向受力狀態，從而使巖體強度得到提高。5.最大水平應力理論該理論認為：礦井巖層的水平應力通常大于垂直應力，水平應力具有明顯的方向性，最大水平應力一般為最小水平應力的1.5～2.5倍。巷道頂底板的穩定性主要受水平應力的影響，且有如下特點：與最大水平應力平行的巷道受水平應力影響最小，頂底板穩定性最好；與最大水平應力呈銳角相交的巷道，其頂底板變形破壞偏向巷道某一幫；與最大水平應力垂直的巷道，頂底板穩定性最差。在最大水平應力作用下，頂底板巖層易于發生剪切破壞，出現錯動與松動而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯動，因此要求錨桿必須具備強度大、剛度大、抗剪阻力大，才能起約束圍巖變形的作用。開挖前開挖后（四）錨桿支護的設計方法（1）工程類比法根據已有的巷道工程，通過類比提出新建工程的支護設計；通過巷道圍巖穩定性分類提出支護設計；采用簡單的經驗公式確定支護設計。（2）理論計算法基于某種錨桿支護理論，如懸吊理論；組合梁理論及加固拱理論，計算得出錨桿支護參數。（3）以計算機數值模擬為基礎的設計方法1常規錨桿支護設計方案1）經驗公式計算法（1）巖巷錨噴支護（2）煤巷錨桿及與網、梁組合支護2）懸吊理論法錨桿長度的計算公式為

式中：L1為錨桿外露長度，一般L1=0.1～0.15m。對于端頭錨固型錨桿，L1=墊板厚度+螺母厚度+（0.03～0.05）m；對于全長錨固錨桿，還要加上穹形球體的厚度。L2為錨桿有效長度。L3為錨桿錨固段長度，一般端錨L3=0.3～0.4m，由拉拔實驗確定；當圍巖松軟時還要加大。對于全長錨固錨桿，錨桿的有效長度則為L2+L3。錨桿的間距，排距計算，通常間、排距相等，取為a，并根據錨桿的錨固力應等于或大于被懸吊巖石的重量的原則確定，即：式中，γ為巖石體積力，KN/m3。2工程類比法（1）直接類比法@1圍巖力學性質@2地質構造影響程度@3開采深度@4煤柱尺寸

@5巷道斷面形狀與尺寸@6開采時間、空間影響因素（2）間接類比法二錨索支護預應力錨索支護是錨桿支護技術發展中占有重要地位的一種支護形式。在大斷面、地質構造破壞地段、頂板軟弱且較厚、高地應力、綜放巷道等困難、復雜的巷道中，為增加錨桿支護的可靠性，可使用小孔徑預應力錨索進行加強支護。錨索的主要部件有鋼絞線、鎖具、錨固劑等。鋼絞線鎖具錨固劑按鋼絞線的根數分有單根錨索和錨索束。按錨固材料分有樹脂錨固錨索、水泥錨固錨索及樹脂水泥聯合錨固錨索，按錨固長度分有端部錨固錨索和全長錨固錨索。按預緊力分有預應力錨素和非預應力錨索。2．煤巷錨索煤巷適合采用結構簡單、小孔徑(孔徑28—32mm)、長度約為5—20m的錨索，利用輕型錨桿鉆孔即可施工。3）為了保證噴射質量、提高工效，應合理劃分噴射區段。一般以6m長為一基本段，基本段再分為2m長的三小段。噴墻時，每噴完1.5m高使依次向相鄰小段前進。圖5-33為拱形巷道合理劃分噴射區段的一個實例。對于凹凸嚴重的巖面，應先凹后凸、自下而上地正確選擇噴射次序。（二）支護參數的確定（三）噴射混凝土材料及混合比⑴材料1）水泥：一般選用硅酸鹽水泥或普通水泥，其強度等級不應低于32.5。2）砂：以采用中、粗砂為好。3）石子：一般選用堅硬的河卵石或碎石，其中碎石回彈力低，但易于堵管和磨損管道，而河卵石則相反。石子粒徑應根據噴射機性能選取。在實際工作中，為了減少回彈，石子粒徑不能大于15mm。石子的合理級配是影響混凝土質量、水泥用量和回彈率的重要因素之一，其合理級配可參考表5—19。表5-19噴射混凝土用石子的合理級配

4）水，要求潔凈、不合雜質。污水、pH＞4的酸性水和硫酸鹽含量按SO4計超過水重1％的水，都不許使用。5）速凝劑：為了使混凝土速凝，提高早期強度，一般摻入水泥重量的2.5％～4％的速凝劑。要求初凝時間小于5min，終凝時間小于10min。⑵混凝土配合比合適的配合比應使噴層有足夠的抗壓、抗拉和粘結強度，收縮變形值要小，回彈率要低。表5-20混凝土重量配合比

2）水壓水壓應比風壓高0.1MPa左右，以保證噴頭處的水環能充分濕潤高速流過的拌合料。3）水灰比噴射泥凝土的最佳水灰比為0.4～0.45。4）噴頭與受噴面的距離及傾角

合適的距離應使回彈率低而混凝土強度高，一般控制在0.8～1.2m。噴頭方向除了噴墻下部可下俯10～15°外，應盡量與受噴面正交。5）一次噴射厚度若一次噴射厚度過大，由于重力作用，會使混凝土顆粒之間的凝著力減弱，混凝土將發生墜落；若噴層厚度過小，石子無法嵌入灰漿層，使回彈增大。經驗表明一次噴厚，墻50～100㎜，拱30～60㎜為宜。6）分層噴射的間歇時間一般噴射順序為分段從下向上噴射，一次噴射厚度逐漸減小。需要進行復噴時，其間隔時間與水泥品種、工作溫度、速凝劑摻量等因素有關。7）混合料的存放時間由于砂、石含有一定水分，與水泥混合后，存放時間也應該縮短。不摻速凝劑，存放時間不應超過2h；摻速凝劑，存放時間不應超過20min。四錨噴聯合支護（一）錨噴支護的選用（二）錨噴支護質量檢驗錨桿和噴射混凝土雖各自有優點，但也有不足之處。錨噴聯合支護，恰能使兩者取長補短，互為補充，是一種性能更好的支護形式。噴射混凝土能有效的控制錨桿間的石塊掉落，但其本身是脆弱的，當巖石變形大時，容易開裂剝落。解決辦法之一就是在噴射混凝土中加入鋼纖維，增加混凝土的抗彎能力和韌性。另外就是噴射混凝土之前敷設金屬網，噴后成鋼筋混凝土層，提高了混凝土的整體性，改善了噴層的抗拉性能，這就形成了錨噴網聯合支護，能有效的支護松散破碎的軟弱巖層。金屬網用鋼筋直徑一般為6～12㎜，鋼筋間距一般為200～400㎜。錨網支護錨網支護是將金屬網用托板固定或綁扎在錨桿上所組成的支護形式。金屬網用來維護錨桿間的圍巖，防止小塊松散巖石掉落，也可作為噴射混凝土的配筋。被拉緊的金屬網還能起到聯系各錨桿組成支護整體的作用。常見的金屬網有金屬菱形網、經緯網，一般采用直徑3～4㎜的鐵絲編制而成，一般采用鍍鋅鐵絲，由于金屬網消耗鋼材較大，目前正在使具有一定抗拉強度和延伸率的玻璃鋼纖維或塑料網代替。菱形網錨網支護梯形巷道錨網支護拱形巷道第二節砌碹支護什么是砌碹支護？？？一適用條件二砌碹支護施工工藝（1）拆除臨時支架架腿（2）掘砌基礎（3）砌墻（4）砌拱（5）挖砌水溝三砌碹支護的質量評比（1）保證項目（2）基本項目（3）允許偏差項目第三節支架支護一、木支架二、金屬支架三、鋼筋混凝土(棚式)支架四、石材整體式支架一、木支架

巷道中常用的木支架是梯形棚子，由頂梁、棚腿和背板、木楔等組成，其結構如圖5-37所示。頂梁承受頂板巖石給它的垂直壓力構件。棚腿承受頂梁傳給它的軸向壓力和側幫巖石給它的擠壓力。背板將巖石壓力均勻地傳給主要構件梁與腿上，并能阻擋巖石垮落。木楔的作用是使棚子與圍巖緊固在一起，為防止放炮崩倒棚子，木楔向工作面方向打緊。撐柱的作用是加強棚子在巷道軸線方向上的穩定性。１—頂梁；2—棚腿；3—木楔；4—背板；5—撐柱；6—楔子

４

Ⅰ

Ⅰ

３80°

２

６

１

５

頂梁與棚腿的聯接，有“親口接”和鴨嘴式結合兩種，前者常用。(圖5—38)。頂梁和棚腿應選用同樣直徑的坑木，以便加工和架設。根據巷道頂梁處的凈寬度，支架坑木直徑和每米巷道架棚數可按表5-21選取。鴨嘴式結合表5-21木材支架坑木直徑與每米巷道架棚數

優點：

木棚重量輕，加工架設容易，有一定的強度；在構造上可作成具有一定剛性或較大可縮性的支架，能適應多變的地質條件，當地壓突增時還能發出聲響訊號，故在地下采礦工程中用得最早，過去也用得最多．缺點：由于木棚強度不高，不防火，易腐朽，不能阻水和防止圍巖風化，使用日漸減少，每年消耗的坑木量十分巨大，因此，節約坑木并尋求坑木代用品，勢在必行。木支架破壞情況二、金屬支架

㈠梯形金屬支架梯形金屬支架用18～24kg/m鋼軌、16～20號號工字鋼或礦用工字鋼制作，由兩腿一梁構成(圖5-39)，其常用的梁、腿連接方式亦如圖示。這種支架通常用在回采巷道中，在斷面較小、地壓較不嚴重的其它巷道里也可使用。工字鋼梯形支架㈡拱形可縮性金屬支架拱形可縮性金屬支架是用特殊型鋼制作，它的結構如圖5-40所示。1—拱梁；2—柱腿；3—卡箍；4—底座

圖5-40拱形可縮性金屬支架

每架棚子由三個基本構件所組成，一根曲率為R1的弧形頂梁和兩根上端部帶曲率為R2的柱腿。弧形頂梁的兩端插入相搭接在柱腿的彎曲部上，組成一個三心拱。

拱形可縮性金屬支架適用于地壓大，地壓不穩定和圍巖變形量大的巷道，支護斷面一般不大于12m2。支架棚距一般為0.7～1.1m，棚子之間應用金屬拉桿通過螺栓、夾板等互相緊緊拉住，或打入撐柱撐緊，以加強支架沿巷道軸線方向的穩定性。

U型鋼拱形可縮性支架U型鋼方環形可縮性支架三、鋼筋混凝土(棚式)支架

鋼筋混凝土支架和木支架、梯形金屬支架一樣，構件為直線形，故構件主要承受彎而混凝土抗壓強度高，抗拉強變甚低(一般相當于抗壓強度的1/8～1/12)，故需在構件中配置鋼筋以承受因彎曲而產生的拉應力，而混凝土則主要承受構件中的壓應力，二者結合，各用其長，使構件承載能力提高。它適應于地壓穩定、服務年限長及斷面不小于12m2。不適宜用于有動壓的巷道。由于它構件重，架設困難，隨著錨噴文護的發展，鋼筋混凝土棚子使用已日漸減少。

四、石材整體式支架

1．石材整體式支架的結構

石材整體式支架(簡稱石材支架、俗名砌碹)是指用料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的連續整體式支架。其主要形式是直墻拱頂式，由拱、墻和基礎三部分組成，如圖5-42所示。

拱的作用是承受頂壓，并向墻和兩幫傳遞。

墻的作用是支承拱和抗側壓，在拱基處，拱傳給墻的力可分為堅壓力V和橫推力H，要求壁后充填密實，以防在壓力作用下拱與墻開裂。基礎的作用是將墻傳來的荷載和自重均勻傳給底板。底板巖石堅硬時，墻與基礎可以同寬，巖石松軟時，基礎必須加寬，在有底鼓時，還要砌筑底拱。

使用料石砌筑拱、墻時，一般采用拱、墻等厚，即拱厚d。=墻厚T，可按表5-22選取拱墻厚度。使用混凝土砌拱、料石砌墻時，一般拱、墻不等厚，可按表5-23選取拱墻厚。拱、墻均使用混疑土砌筑時，可參照表5-23混凝土拱厚數據選用。石材支架具有堅固耐久、防火阻水、通風阻力小、材料來源廣等優點。缺點是施工復雜，工期長，成本較高。故多用于服務期長的主要巷道。

表5-22料石或磚砌巷道拱壁厚度㎜

表5-23混凝土拱、料石墻砌巷道拱壁厚度㎜

2．石材支架的施工石材支架的巷道多是在掘進后先架設臨時支架，以防止掘進與砌碹之間這段距離(20～40m)中的頂、幫巖石垮落。

臨時支架有兩種：一種是采用帶腿的金屬拱形支架，由架頂、架肩、架腿或架頂、架腿組成，前者(圖5-43)適用于寬度較大的斷面后者用于寬度小于4m的巷道。在圍巖穩定、側壓小的情況下，可采用無腿拱形金屬臨時支架，如圖5-44所示。

石材支架的施工過程簡述如下：

1）拆除臨時支架的架腿

2）掘砌基礎基礎挖出后，將溝內積水排凈，掛好中、腰線，在硬底上鋪50mm厚砂漿，然后在上面砌筑料石。3）砌墻在砌墻的同時，應用矸石或混凝土將壁后充填密實。砌筑混凝土墻時，必須根據中、腰線組立模板(圖5-46)，然后分層澆灌與搗固。4）砌拱其工作內容包括拆除臨時支架的架肩和架頂、搭工作臺、立碹胎、砌拱。目前多采用金屬碹胎和金屬模板