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礦山地開(kāi)采巷道設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及要點(diǎn)

 格林文庫(kù) 2024-03-30 發(fā)布于安徽

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在礦山生產(chǎn)中,開(kāi)采巷道是連接生產(chǎn)系統(tǒng)和運(yùn)輸系統(tǒng)的主要通道,它的設(shè)計(jì)好壞對(duì)整個(gè)礦山的生產(chǎn)和建設(shè)有重要影響。隨著開(kāi)采深度的加大,采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)也日益嚴(yán)重。采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成地表變形,甚至出現(xiàn)冒頂、片幫等現(xiàn)象,直接影響著采礦生產(chǎn)。因此,在設(shè)計(jì)巷道時(shí),必須充分考慮采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)對(duì)巷道的影響。要降低采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)對(duì)巷道的影響,應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件、圍巖類(lèi)型和開(kāi)采技術(shù)條件,進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。





PART 01

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采場(chǎng)巷道布置方法



采場(chǎng)巷道布置方式,即是指從采場(chǎng)中起出礦柱或采空區(qū)邊界位置起出礦石,到回采結(jié)束為止的全部巷道布置方式。其布置原則是:
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01

必須沿礦體走向或傾向布置巷道,盡量避免回采工作面與礦體接觸,以減少?lài)鷰r松動(dòng)范圍。如果實(shí)在無(wú)法避開(kāi),可采取短、平、快的方式布置巷道,即在靠近采場(chǎng)幫壁位置沿礦體走向布置一組巷道,在工作面上、下兩組巷道的延長(zhǎng)線上各布置一組巷道

02

為便于回采工作面的準(zhǔn)備和正常工作,必須在采場(chǎng)幫壁外沿向采空區(qū)方向按一定坡度向下延伸至少2m的巷道。如果這2m以內(nèi)沒(méi)有其他安全出口可供撤人時(shí)使用,則必須在這段距離內(nèi)留出不小于2m的工作空間。此外,為保證采場(chǎng)圍巖有足夠的穩(wěn)定性和支撐能力,還應(yīng)留設(shè)不小于2.0m寬的圍巖支撐空間

03

對(duì)于薄、中厚及厚大礦體,其回采巷道的位置和傾角,應(yīng)根據(jù)采場(chǎng)條件、頂板情況、巖石物理力學(xué)性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造等因素綜合考慮。


一般情況下,采場(chǎng)底板較穩(wěn)定的中段回采巷道應(yīng)布置在采場(chǎng)底板巖層中;當(dāng)采場(chǎng)底板不穩(wěn)定時(shí),則可布置在離底板巖層較遠(yuǎn)的一側(cè)。如果存在兩個(gè)以上的采場(chǎng)時(shí),則應(yīng)根據(jù)具體條件選擇合理的回采巷道布置方式。為了保證工作面順利推進(jìn)和降低巷道維護(hù)成本,回采巷道應(yīng)盡可能靠近采區(qū)邊界。
1.平行巷道布置

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平行巷道布置方式適用于采掘平衡區(qū)。其特點(diǎn)是:巷道間距小,且巷道圍巖穩(wěn)定,布置工作方便,維護(hù)費(fèi)用低;回采工作面長(zhǎng)度長(zhǎng),且各工作面之間可以互相銜接。其缺點(diǎn)是:由于回采巷道間的相互影響較大,尤其是對(duì)于回采巷道間距較大的工作面,容易造成局部冒頂、片幫等事故,甚至導(dǎo)致整個(gè)工作面的破壞。此外,由于工作面上、下兩組巷道延長(zhǎng)線上各布置一組巷道,所以在回采結(jié)束后的巷道維修工作量較大。

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在實(shí)際應(yīng)用中,這種布置方式必須考慮與其他采礦方法的配合。例如,為了利用井下廢石或廢矸作為回采巷道維護(hù)材料,可采用廢石或矸石回填平行巷道的布置方式;在回采巷道與其他采煤方法重疊時(shí),應(yīng)適當(dāng)增加平行巷道的寬度和間距;在有其它安全出口時(shí),則應(yīng)優(yōu)先考慮使用回采巷道作為安全出口;在工作面較長(zhǎng)且開(kāi)采條件復(fù)雜時(shí),為了合理組織生產(chǎn)、便于多工種聯(lián)合作業(yè)以及降低采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)程度等因素,宜采用平行巷道布置方式。


2.垂直巷道布置

1)應(yīng)盡量避免回采工作面與采場(chǎng)幫壁直接接觸,以免影響圍巖穩(wěn)定和增加巷道維護(hù)費(fèi)用。如果實(shí)在無(wú)法避開(kāi),則應(yīng)盡量將回采巷道布置在采場(chǎng)幫壁外,以減少?lài)鷰r松動(dòng)范圍。
2)對(duì)于厚大礦體或其他特殊情況,宜采用垂直巷道布置方式。如斜井、豎井、斜巷、平硐等,其斷面尺寸及布置方式與平巷相似,但必須采取措施對(duì)圍巖進(jìn)行加固。
3)垂直巷道的高度應(yīng)根據(jù)礦體傾角、開(kāi)采深度和頂板穩(wěn)定性等因素綜合考慮。
一般情況下,垂直巷道的高度應(yīng)不低于2m,其傾角一般不超過(guò),傾斜長(zhǎng)度不超過(guò)10m。
4)垂直巷道的位置和角度應(yīng)盡可能靠近采場(chǎng)底板,以便于回采工作面的準(zhǔn)備和正常工作。
6)回采巷道必須位于采區(qū)邊界上,以便回采工作面出礦及進(jìn)風(fēng)時(shí)使用。
7)垂直巷道布置方式可用于單一薄、中厚及厚大礦體,以及其它特殊情況。

3.傾斜巷道布置


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其布置原則是:在采場(chǎng)內(nèi)按一定坡度向下延伸至少2m的巷道,以保證回采工作面的正常生產(chǎn)和安全。在條件允許時(shí),宜選擇在采場(chǎng)幫壁外沿向采空區(qū)方向按一定坡度向下延伸至少2m的巷道,以便于回采工作面的準(zhǔn)備和正常工作。傾斜巷道布置方式又分為兩種情況:一種是由幾個(gè)采場(chǎng)組成的采場(chǎng),采用傾斜巷道布置方式;另一種是由幾個(gè)或多個(gè)采場(chǎng)組成的采場(chǎng),采用傾斜巷道布置方式。這種布置方式主要適用于開(kāi)采厚大礦體。在厚大礦體中,當(dāng)開(kāi)采標(biāo)高和厚度等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都比較好時(shí),宜采用傾斜巷道布置方式;否則,可采用“短、平、快”的方式布置。

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采場(chǎng)回采結(jié)束后,必須及時(shí)在工作面上、下兩組巷道的延長(zhǎng)線上各布置一組巷道進(jìn)行回風(fēng)。因此,回采工作面上、下兩組巷道之間應(yīng)留有一定的安全空間。但在這種情況下,為保證工作面上、下兩組巷道之間有足夠的安全空間供撤人用,必須在工作面上、下兩組巷道之間留有2m寬的圍巖支撐空間。


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PART 02

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巷道斷面形式



根據(jù)巷道的用途,斷面形式可分為以下幾種:
1、平斷面:一般巷道斷面形狀為矩形,寬為3m左右,高2~2.5m。這種斷面形式易于施工、運(yùn)輸及通風(fēng),并有利于裝運(yùn)機(jī)械化作業(yè),在我國(guó)大部分礦井中都采用這種斷面形式。但由于平巷中的巖石破碎,不易支護(hù),如果在采區(qū)的平巷內(nèi)進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí),常會(huì)引起地表沉降及冒頂?shù)仁鹿省?/span>
2、拱形斷面:是指巷道高度與寬度之比在1~2之間的斷面形式。拱形斷面在我國(guó)大部分礦井中采用,因?yàn)檫@種斷面形式的巷道穩(wěn)定性好,對(duì)圍巖擾動(dòng)小,而且有利于支護(hù)和管理。但這種斷面形式不利于運(yùn)輸、通風(fēng)和安裝設(shè)備。
3、混合斷面:即以平巷和拱形斷面為基礎(chǔ)的混合斷面。
4、不規(guī)則面(折線形):在采區(qū)平巷內(nèi)進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí),巷道高度與寬度之比小于1/10~1/10的巷道稱(chēng)為不規(guī)則面(折線形)巷道。不規(guī)則面巷道布置方便、運(yùn)輸能力大,但對(duì)圍巖的擾動(dòng)也較大,容易發(fā)生冒頂和片幫事故。

1.巷道斷面形狀

巷道斷面形狀應(yīng)根據(jù)礦山地質(zhì)條件、運(yùn)輸、通風(fēng)和設(shè)備安裝等條件來(lái)確定。
目前,我國(guó)大多數(shù)礦井采用平斷面,這樣既便于施工、運(yùn)輸和安裝設(shè)備,又有利于通風(fēng)和降低成本。當(dāng)巷道埋深較大或走向較長(zhǎng)時(shí),為了降低工程費(fèi)用,可以采用拱形斷面。
拱形斷面的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好,對(duì)圍巖擾動(dòng)小,有利于支護(hù)和管理,并有利于運(yùn)輸、通風(fēng)和安裝設(shè)備。但由于其穩(wěn)定性好,故不利于機(jī)械化作業(yè)。
混合斷面是根據(jù)平巷與拱形斷面的優(yōu)點(diǎn)綜合而成的,它既能保證巷道的穩(wěn)定性,又能最大限度地發(fā)揮運(yùn)輸、通風(fēng)和安裝設(shè)備等方面的優(yōu)點(diǎn)。
一般在采區(qū)平巷內(nèi)進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)采用這種斷面形式。
但混合斷面由于巷道高度與寬度之比較大,對(duì)圍巖的擾動(dòng)也較大,而且不利于機(jī)械化作業(yè)。

2.巷道的支護(hù)形式

巷道的支護(hù)方式主要有錨桿、錨索和混凝土梁三種。

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首先,錨桿作為一種常見(jiàn)的巷道支護(hù)方式,主要是通過(guò)錨桿與圍巖之間產(chǎn)生的支護(hù)壓力來(lái)維持巷道的穩(wěn)定。錨桿的作用主要是提高圍巖的強(qiáng)度,增加圍巖巖體的抗剪強(qiáng)度,從而提高巷道的穩(wěn)定性。錨桿支護(hù)方式適用于各種巖石地層,特別是在煤礦巷道和爆破工程中,為了保證施工安全,必須采取有效的支護(hù)方式。在我國(guó)煤礦中,一般采用噴漿或噴混凝土對(duì)圍巖進(jìn)行封閉支護(hù),以提高圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此外,錨桿支護(hù)還具有施工簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),因此在巷道支護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。
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其次,混凝土梁是另一種重要的巷道支護(hù)方式。混凝土梁主要是用來(lái)支護(hù)巷道底板和頂板的,它主要是通過(guò)梁與圍巖之間形成支護(hù)壓力來(lái)保證巷道底板和頂板不會(huì)破壞?;炷亮喊凑掌浣Y(jié)構(gòu)形式可分為簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁兩種類(lèi)型。在煤礦中,一般采用連續(xù)梁或簡(jiǎn)支梁進(jìn)行支護(hù)。連續(xù)梁與簡(jiǎn)支梁相比,由于其支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便,其成本較低。然而,當(dāng)圍巖較為破碎時(shí),連續(xù)梁支護(hù)效果不佳,此時(shí)需要采用更為強(qiáng)大的支護(hù)方式,如錨索等。
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除了錨桿和混凝土梁外,錨索也是一種重要的巷道支護(hù)方式。錨索支護(hù)是通過(guò)在巷道圍巖中埋設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索,利用錨索的預(yù)應(yīng)力對(duì)圍巖進(jìn)行主動(dòng)加固,從而提高巷道的承載能力。錨索支護(hù)方式具有支護(hù)效果好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),特別適用于高地應(yīng)力、軟弱破碎圍巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下的巷道支護(hù)。然而,錨索支護(hù)的施工成本較高,施工難度也較大,需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)和設(shè)備支持。
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PART 03

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巷道高度要求



巷道高度應(yīng)根據(jù)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的程度、圍巖性質(zhì)、采礦方法和采場(chǎng)生產(chǎn)能力確定。
1.采場(chǎng)允許的最大高度是指巷道掘進(jìn)后,在滿足安全生產(chǎn)條件下,其頂板不冒落,并能保證采礦工程正常進(jìn)行的最低高度。在礦壓顯現(xiàn)不嚴(yán)重的條件下,采場(chǎng)允許的最高高度應(yīng)高于巷道高度。
2.由于頂板冒落時(shí)會(huì)形成冒落帶,因此巷道高度應(yīng)大于冒落帶的高度。
3.若采場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜,巷道高度應(yīng)小于工作面寬度,以減少巷道周?chē)鷰r層移動(dòng)和變形對(duì)頂板的影響。
4.對(duì)于高應(yīng)力、高滲透性巖石,巷道高度應(yīng)大于工作面寬度。對(duì)于受壓后的巖層,巷道高度應(yīng)大于其厚度。
5.在煤層中掘進(jìn)巷道時(shí),要考慮到巷道頂板巖層受壓后可能產(chǎn)生的變形和破壞。為了減少頂板巖層破壞和冒落事故發(fā)生的幾率,必須將巷道高度限制在一定范圍內(nèi)。
一般情況下,開(kāi)采水平掘進(jìn)巷道寬度不宜超過(guò)30m。

1.采礦方法

開(kāi)采技術(shù)條件不同的礦山,應(yīng)采用不同的采礦方法。對(duì)于技術(shù)上不復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)上合理,而開(kāi)采條件復(fù)雜、開(kāi)采成本高的礦山,應(yīng)優(yōu)先采用充填采礦法。充填采礦法的特點(diǎn)是采下的礦石能夠被及時(shí)充填,并能較快地形成采空區(qū)。
為了充分回收礦石,提高采礦效率,必須對(duì)礦石進(jìn)行回采,同時(shí)進(jìn)行回采作業(yè)時(shí),也要保留足夠的頂板。因此,對(duì)圍巖穩(wěn)定性差、頂板下沉較快、開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜的礦山,可采用回采巷道超前支護(hù)或超前充填回采方法。
這種采礦方法先進(jìn)行回采作業(yè),然后對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填。它具有施工方便、生產(chǎn)能力大、回采效率高和礦石損失率低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也可利用采空區(qū)為采場(chǎng)運(yùn)輸巷道或做其他用途。

2.采場(chǎng)生產(chǎn)能力

采場(chǎng)生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間內(nèi),采場(chǎng)從采出礦石量到最終出礦量的總能力。采場(chǎng)生產(chǎn)能力是衡量礦山生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)之一,其大小直接影響著礦山生產(chǎn)規(guī)模及經(jīng)濟(jì)效益。提高采場(chǎng)生產(chǎn)能力可以延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限,減少基建投資和設(shè)備折舊費(fèi)用,加快回采速度,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,為企業(yè)創(chuàng)造更多的利潤(rùn)。
在滿足安全生產(chǎn)條件下,采場(chǎng)生產(chǎn)能力主要受礦石價(jià)格、礦石品位、生產(chǎn)規(guī)模等因素的影響。
1)礦石價(jià)格:提高采場(chǎng)生產(chǎn)能力首先應(yīng)考慮提高礦石價(jià)格,這樣不僅可以擴(kuò)大礦山生產(chǎn)規(guī)模,而且可以降低采場(chǎng)的生產(chǎn)成本。
2)生產(chǎn)規(guī)模:露天開(kāi)采一般在15~60萬(wàn)t/a之間;地下開(kāi)采一般在1~5萬(wàn)t/a之間。大型礦山如露天礦的采場(chǎng)規(guī)模通常為500~2000萬(wàn)t/a;地下礦的采場(chǎng)規(guī)模通常為3~30萬(wàn)t/a。
3)生產(chǎn)規(guī)模與礦石品位:礦山生產(chǎn)能力與礦石品位呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)?shù)V石品位較低時(shí),提高采場(chǎng)生產(chǎn)能力需要增加投資,因此需要考慮到礦山的經(jīng)濟(jì)效益;當(dāng)?shù)V石品位較高時(shí),提高采場(chǎng)生產(chǎn)能力可以減少基建投資和設(shè)備折舊費(fèi)用,提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。


PART 04

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支護(hù)參數(shù)



支護(hù)參數(shù)是指巷道所使用的支護(hù)材料、支護(hù)形式、支護(hù)密度、支護(hù)力和支護(hù)效果的綜合技術(shù)指標(biāo)。支護(hù)參數(shù)的合理設(shè)計(jì)是保證巷道正常使用的重要條件。在巷道維護(hù)中,要根據(jù)圍巖穩(wěn)定狀況和礦壓顯現(xiàn)情況,合理選擇巷道支護(hù)參數(shù)。
1.圍巖穩(wěn)定情況良好,礦壓顯現(xiàn)不明顯時(shí),可適當(dāng)縮小支護(hù)密度或減少支護(hù)密度。當(dāng)巷道斷面小,礦壓顯現(xiàn)較大時(shí),應(yīng)加大巷道斷面,采用密集支柱或錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。
2.巷道頂、幫圍巖不穩(wěn)定,頂板下沉量較大,礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重時(shí),應(yīng)采取加強(qiáng)支護(hù)措施。
3.在巷道中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩幫圍巖變形量大而兩幫內(nèi)移、底鼓等現(xiàn)象,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取加固措施。在特殊情況下,應(yīng)采取特殊的支護(hù)方式。

1.錨網(wǎng)噴

錨網(wǎng)噴是巷道支護(hù)的基本方法之一。錨網(wǎng)噴具有如下特點(diǎn):
1)支護(hù)施工迅速,能縮短支護(hù)時(shí)間。由于錨網(wǎng)噴有一次成型的特點(diǎn),支護(hù)一次完成,大大減少了工作量。
2)支護(hù)強(qiáng)度大,可用于軟弱破碎圍巖中的巷道。在破碎巖體中進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù),不僅能夠提高巖體的強(qiáng)度,而且還能有效地防止巖塊掉塊和塌落現(xiàn)象發(fā)生。
3)能適應(yīng)圍巖變形。由于錨網(wǎng)噴支護(hù)具有一定的整體性和較強(qiáng)的承載能力,因此可以適應(yīng)圍巖變形。
4)支護(hù)成本低。錨網(wǎng)噴支護(hù)采用高強(qiáng)度、高錨固力的樹(shù)脂錨桿或鋼筋網(wǎng),可大幅度降低支護(hù)成本,一般為鋼棚支護(hù)的1/3左右。

2.錨索

錨索是巷道支護(hù)的主要受力構(gòu)件,它可以將巷道圍巖和支架固定在一定范圍內(nèi),與傳統(tǒng)的剛性支護(hù)相比,錨索具有承載能力大、支護(hù)效果好、施工方便等特點(diǎn)。
1.當(dāng)巷道穩(wěn)定情況好,圍巖強(qiáng)度較高時(shí),宜采用高強(qiáng)錨索,但其延伸率應(yīng)不小于20%
2.當(dāng)巷道圍巖條件差、強(qiáng)度低時(shí),宜采用中粗砂或中砂礫作為錨索的主要承載體;
3.當(dāng)圍巖不穩(wěn)定時(shí),宜采用粘結(jié)能力強(qiáng)的樹(shù)脂錨固劑或低松弛預(yù)應(yīng)力錨索。
4.錨索的間距根據(jù)圍巖條件和支護(hù)要求確定。當(dāng)巷道穩(wěn)定時(shí),應(yīng)采用等間距布置;當(dāng)巷道變形量大、壓力大、煤巖體破碎嚴(yán)重時(shí),應(yīng)采用加密錨索支護(hù)。


PART 05

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支護(hù)材料的選用



支護(hù)材料主要是指巷道的支護(hù)構(gòu)件,包括錨桿、錨索、鋼筋混凝土襯砌和金屬網(wǎng)。其作用主要有:
支護(hù)構(gòu)件可形成整體結(jié)構(gòu),有效地控制圍巖移動(dòng)和變形;
用來(lái)提高圍巖的整體強(qiáng)度;
對(duì)圍巖產(chǎn)生約束作用,防止松動(dòng)圈進(jìn)一步擴(kuò)大;
對(duì)圍巖頂板施加預(yù)緊力,保證工作面前方圍巖的穩(wěn)定。
錨桿(索)是巷道支護(hù)中最基本、最重要的支護(hù)構(gòu)件,它可以說(shuō)是巷道支護(hù)的基礎(chǔ)。錨桿(索)是將一種金屬或非金屬材料制成的長(zhǎng)桿狀結(jié)構(gòu)物,通過(guò)錨固劑固定在巖石或其它材料上。錨桿(索)分為鋼筋混凝土襯砌、金屬網(wǎng)、組合梁、組合拱、錨桿拉拔試驗(yàn)等。鋼筋混凝土襯砌是一種較傳統(tǒng)的支護(hù)方法,它具有施工方便、成本低和耐腐蝕等特點(diǎn),但也有強(qiáng)度低和整體性差等缺點(diǎn)。因此,目前在巷道支護(hù)中多采用鋼筋混凝土襯砌,但我國(guó)目前所用的鋼筋混凝土襯砌有兩種類(lèi)型:一是鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件型鋼筋混凝土襯砌;二是鋼筋混凝土整體成型型鋼筋混凝土襯砌。
錨索(索)是一種由金屬索制成的長(zhǎng)圓筒狀構(gòu)件,可以與鋼軌、鐵軌等構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu),其作用主要有兩方面:一是錨固作用;二是抵抗巷道圍巖壓力。目前我國(guó)應(yīng)用的錨索(索)有三種類(lèi)型:?jiǎn)胃^索、雙根錨索和三根錨索。單根錨桿為多根鋼軌或鋼軌與鋼軌間的組合梁組成;雙根錨桿為雙根鋼軌與鋼軌間的組合梁組成;三根錨索為單根鋼軌或鋼軌與鋼軌間的組合梁組成。
金屬網(wǎng)是由金屬網(wǎng)板或金屬網(wǎng)條按一定間距鋪設(shè)而成。它是由網(wǎng)、網(wǎng)骨架和錨桿支護(hù)構(gòu)成。它主要用于圍巖與頂板之間的隔離和加固,防止頂板下沉;也可以用于巷道兩幫和頂?shù)装宓募庸?,防止圍巖松動(dòng)或冒落。

1.鋼筋混凝土襯砌

鋼筋混凝土襯砌主要用于無(wú)支護(hù)條件下的巷道襯砌,如隧洞、平硐、斜井、豎井等。鋼筋混凝土襯砌采用鋼筋和混凝土兩種材料組成,其作用主要有:抗壓強(qiáng)度高,一般可達(dá)200~300 MPa;耐久性好,適用于潮濕、腐蝕和高溫的環(huán)境中;施工方便,施工速度快;具有一定的剛度,使圍巖應(yīng)力分布均勻,防止圍巖松動(dòng)和破壞;有利于與周?chē)鷩鷰r緊密結(jié)合,共同受力;可改善洞室斷面形狀和斷面尺寸,從而減少支護(hù)費(fèi)用。鋼筋混凝土襯砌的結(jié)構(gòu)形式有整體成型襯砌(也稱(chēng)整體式鋼筋混凝土襯砌)和預(yù)制構(gòu)件型鋼筋混凝土襯砌兩種。
鋼筋混凝土整體成型襯砌是將鋼筋混凝土預(yù)制件加工成型后裝入洞室,再澆注混凝土形成襯砌。這種襯砌施工方便、成本低、整體性好。其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、整體性好和剛度大,可對(duì)圍巖施加足夠的預(yù)緊力。缺點(diǎn)是鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)作用差,易產(chǎn)生裂縫或脫落。整體式鋼筋混凝土襯砌分為整體成型、整體澆注、整體噴混和整體澆筑四種施工方法。在拱形巷道中,一般采用整體成型的施工方法;在圓形巷道中,一般采用整體澆注的施工方法;在不規(guī)則巷道中,一般采用整體澆筑的施工方法;在平硐和斜井中,一般采用整體澆筑的施工方法。

2.錨索

錨索是一種由鋼絞線制成的長(zhǎng)桿狀構(gòu)件,一般分為無(wú)粘結(jié)和有粘結(jié)兩種。按其作用的不同,可分為懸吊式、錨固式和組合梁。其特點(diǎn)如下:
1)無(wú)粘結(jié)錨索:是將無(wú)粘結(jié)的鋼絞線直接纏繞在圍巖表面,通過(guò)錨桿與圍巖接觸,從而把鋼絞線變成一個(gè)整體,共同承受?chē)鷰r的壓力。當(dāng)圍巖壓力較大時(shí),錨索與圍巖形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu),共同承受壓力;當(dāng)圍巖壓力較小時(shí),錨索作為一個(gè)支護(hù)體,用來(lái)防止圍巖松動(dòng)和冒落。這種錨索結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便,但需要在鉆孔前進(jìn)行鉆孔、注漿、張拉等作業(yè)。
2)錨固式錨索:是在無(wú)粘結(jié)形式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新形式,它利用了錨桿的優(yōu)點(diǎn)。用鋼絞線纏繞在巖體表面上,使其形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。這種錨索結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:
整個(gè)錨索體系為整體結(jié)構(gòu);
采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù);
把預(yù)應(yīng)力作用的范圍限制在錨固體范圍內(nèi);
采用了鋼絞線外包樹(shù)脂材料的加固方法。
這種錨索體系雖然解決了無(wú)粘結(jié)錨索存在的一些缺點(diǎn),但它也有一些缺點(diǎn):
錨固體與巖體接觸面小,影響了其承載能力和作用范圍;
張拉、卸載容易造成錨索鋼絲繩的損壞;
由于鋼絲繩與水泥砂漿的粘結(jié)性能差,張拉過(guò)程中容易產(chǎn)生大量的砂漿離析現(xiàn)象。因此目前應(yīng)用較少。
它利用鋼梁與圍巖相互作用來(lái)承受壓力。它由三根鋼梁和兩根木柱組成。每根鋼梁的兩端分別與兩根木柱連接,中間用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連接。由于它是一種組合結(jié)構(gòu),因此這種結(jié)構(gòu)形式可以充分發(fā)揮鋼和木構(gòu)件各自的優(yōu)點(diǎn),并使其達(dá)到最佳組合效果。它主要用于圍巖比較穩(wěn)定、斷面尺寸比較小的巷道支護(hù)。目前我國(guó)應(yīng)用較多的有鋼木組合梁、鋼木組合拱等形式。
4)錨桿拉拔試驗(yàn):是將桿體沿桿體長(zhǎng)度方向進(jìn)行切割后,用電火花加工機(jī)將切割面加工成小角度缺口(以防止在注漿孔中產(chǎn)生氣泡),再用高壓水或空氣對(duì)切割面進(jìn)行清洗;然后將切割面進(jìn)行打磨平整處理;再將錨索鋼絲繩置于臺(tái)架上進(jìn)行注漿;最后利用壓力表對(duì)漿液進(jìn)行注漿壓力的測(cè)定。它是一種直接測(cè)試錨固體系錨固能力的方法。試驗(yàn)表明:使用拉拔儀時(shí),其測(cè)試結(jié)果與錨固體系理論計(jì)算值基本一致;采用電火花加工機(jī)進(jìn)行切割處理后,可使其抗剪強(qiáng)度增加30%~40%。因此用這種方法測(cè)試錨索的抗剪強(qiáng)度是可行的。
5)組合拱:是將兩根鋼絞線按一定間距進(jìn)行捆綁、綁扎后組成一道拱形結(jié)構(gòu)的一種新型支護(hù)形式。它的特點(diǎn)是:這種組合拱能有效地限制圍巖移動(dòng)和變形;對(duì)圍巖起到加固作用;具有承載能力強(qiáng)、整體性好、施工方便等特點(diǎn)。但這種支護(hù)形式還處于試驗(yàn)階段。
6)錨桿拉拔試驗(yàn):是使用錨桿拉拔試驗(yàn)機(jī),在無(wú)粘結(jié)形式錨索上進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)可以得到無(wú)粘結(jié)形式錨索、有粘結(jié)形式錨索的承載能力及其他性能指標(biāo),并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.金屬網(wǎng)

其主要作用是用來(lái)提高圍巖的整體強(qiáng)度,對(duì)圍巖進(jìn)行加固,防止圍巖松動(dòng)和冒落,增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力,對(duì)巷道起到支護(hù)作用。金屬網(wǎng)一般采用鐵絲編織而成,也可采用金屬網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)等。按其形狀可分為網(wǎng)片、網(wǎng)板、網(wǎng)條三種。
網(wǎng)片:由不銹鋼或碳鋼等金屬絲編織而成。由于其具有抗腐蝕性好、強(qiáng)度高、成本低和不易生銹等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)外已普遍采用。我國(guó)在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始使用。
網(wǎng)板:由低碳鋼絲編織而成,但其抗拉強(qiáng)度比網(wǎng)片高得多,是目前我國(guó)普遍采用的支護(hù)材料。在我國(guó)生產(chǎn)的金屬網(wǎng)主要有高密度聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯三種材質(zhì)。
網(wǎng)條:由低碳鋼絲編織而成,其抗拉強(qiáng)度與網(wǎng)片相當(dāng),但價(jià)格較高。目前我國(guó)常采用的有普通網(wǎng)、高阻和低阻網(wǎng)三種。普通網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度為14~20 MPa,低阻網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度為10~20 MPa;高阻網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度為20~30 MPa,低阻網(wǎng)的抗拉強(qiáng)度為5~10 MPa。通常,采用普通網(wǎng)作為巷道支護(hù)時(shí),采用錨桿、錨索和鋼筋混凝土襯砌等支護(hù)手段即可滿足要求;采用高阻或低阻網(wǎng)時(shí),應(yīng)在錨桿上設(shè)置網(wǎng)片、金屬網(wǎng)或金屬條進(jìn)行支護(hù)。
在煤礦井下使用的金屬網(wǎng)主要是普通網(wǎng)片和高阻網(wǎng)片。高阻網(wǎng)片又稱(chēng)高強(qiáng)絲網(wǎng),是用低碳鋼絲編織而成的一種柔性網(wǎng)墻。它具有很好的柔性,能適應(yīng)巷道圍巖變形;同時(shí)由于高阻網(wǎng)片具有抗拉強(qiáng)度高和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等特點(diǎn),能有效地限制圍巖變形。


PART 06

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礦壓監(jiān)測(cè)方法



在采場(chǎng)礦壓觀測(cè)中,主要是根據(jù)巷道圍巖的變形破壞情況,確定巷道圍巖穩(wěn)定性和圍巖應(yīng)力的變化。因此,要有合理的觀測(cè)方法,包括錨桿(索)支護(hù)后的支護(hù)阻力及頂板下沉量觀測(cè);巷道圍巖變形監(jiān)測(cè);巷道表面位移觀測(cè);巷道內(nèi)圍巖松動(dòng)圈測(cè)定;圍巖內(nèi)部位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。
錨桿(索)支護(hù)后,要根據(jù)錨桿(索)的支護(hù)阻力及頂板下沉量觀測(cè),來(lái)確定錨桿(索)的工作阻力大小和頂板下沉量大小。在巷道表面位移監(jiān)測(cè)中,主要是通過(guò)對(duì)巷道表面位移變化進(jìn)行分析,來(lái)確定巷道圍巖穩(wěn)定性。在圍巖內(nèi)部位移和應(yīng)力監(jiān)測(cè)中,主要是通過(guò)對(duì)圍巖內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)來(lái)確定圍巖內(nèi)部變形量大小。
在巷道內(nèi)圍巖松動(dòng)圈測(cè)定中,主要是通過(guò)對(duì)巷道內(nèi)松動(dòng)圈的測(cè)定來(lái)確定巷道內(nèi)的巖體穩(wěn)定性。在支護(hù)結(jié)構(gòu)的周邊頂板離層觀測(cè)中,主要是通過(guò)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊離層巖體的分析,來(lái)確定支護(hù)結(jié)構(gòu)周邊離層巖體的穩(wěn)定性。

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