井巷支護監(jiān)測簡介

井巷支護監(jiān)測是指在井巷支護過程中和支護后，對巷道圍巖穩(wěn)定性、支護工作狀況進行的監(jiān)控和測試工作。支護監(jiān)測的任務是預報支護的安全程度，及時調整支護參數(shù)，修改支護設計，有效地維護好井巷工程。以噴錨支護為例，支護監(jiān)側有下列幾方面的應用：

(1)按測得的圍巖允許的最大變形量，設計支護結構的合理的柔性；

(2)按測得的圍巖松動圈尺寸設計錨桿的合理長度；

(3)按測得的圍巖變形時間效應，確定兩種支護合理間隔時間；

(4)按一次支護噴層應力大小設計二次噴層厚度；

(5)按測得的錨桿受力情況，調整其參數(shù) 。

按錨噴支護設計規(guī)范.監(jiān)測的項目和要求主要有：

(1)用收斂計或測桿測試巷道周邊的收斂值；

(2)用水平儀或測桿測量巷道拱頂下沉量；

(3)用波速儀及多點位移計測圍巖松動圈；

(4)用應變片、測力計側錨桿和錨索內力及預拉應力；

(5)用應變計、應力計測噴層切向應力；

(6)用應變片溯噴層表面應力；

(7)用壓力計測接觸壓力；

(8)用水平儀測地表下沉等。

上述項目均應選擇有代表性地段進行測試。

包括測試位移量和收斂量兩種方法。位移量測試包括測試巷道周邊收斂值和圍巖內部位移值 。

用收斂計、測桿、動態(tài)應變儀和水平儀等測量巷道圍巖周邊(或支護)向內收縮(或向外擴張)的時間與位移變化。測量結果得到收斂一時間曲線，從而得知巷道周邊變形收斂值和變化速率，據(jù)此可修改支護參數(shù)，直至測得的收斂值和變化速率接近允許值，從而可獲得最終的支護參數(shù)和適當?shù)闹ёo時間。不同圍巖條件及地應力，不同工程規(guī)模和支護方式都有不同的收斂允許值。當出現(xiàn)下列情況之一，如：

(1)噴層出現(xiàn)大量明顯裂縫；

(2)巷道支護表面任何部位實測相對收斂值已達到規(guī)定數(shù)值的70%；

(3)用回歸分析法預報的總相對收斂值已接近規(guī)定所列數(shù)值，而收斂速率又無明顯下降時，必須立即采取措施，加強初期支護。

最終(二次)支護施工前，收斂值應同時滿足下列條件：

(1)巷道周邊收斂速率明顯下降；

(2)收斂值已達到總收斂值的80%-90%；

(3)收斂速率小于0.1mm/d或拱頂位移速率小于0.1mm/d。

采用多點位移計或聲波儀進行圍巖內部不同深度各點的位移值和位移速率觀測，借以判明圍巖的穩(wěn)定性和圍巖分區(qū)，得出松動范圍和移動范圍，為支護參數(shù)選擇提供依據(jù) 。2100433B

井巷支護是指為保持井巷穩(wěn)定，防止圍巖坍塌，并滿足設計斷面和形狀的要求而架設的支護結構。井巷掘進時，巖體中形成空確，其圍巖的原始應力狀態(tài)受到破壞而發(fā)生圍巖過大變形，甚至局部或整體坍塌，從而影響井巷使用。井巷支護應有效地控制住圍巖變形，防止坍塌，同時力求技術先進、經濟合理。井巷支護分為支撐結構和加固結構兩類。

采用不同材料支撐井巷空間，使巖層處于穩(wěn)定狀態(tài)的作業(yè)。井巷支護按工程項目分為豎井支護，平、斜巷支護和硐室支護三類。

巷道支護豎井支護

豎井斷面一般都采用圓形，小型豎井也有采用矩形斷面。在穩(wěn)定巖層中施工豎井一般采用永久支護;當豎井穿過表土層、破碎不穩(wěn)定巖層時，還必須在掘進過程中進行臨時支護。使用的支護材料有木材、鋼材、石材、混凝土和鋼筋混凝土、錨噴混凝土等。

木材支護：用于小型豎井或淺井的支護。也可用作圓形空豎井的背板。支護用木材一般采用直徑20cm以下的松原木，背板采用厚度為5cm的松木板。支護形式有懸吊井框和間隔井框兩種。間隔井框之間可用木柱分隔，井框支承在下部基框上，其段高視地層條件而定;懸吊井框設鋼筋吊鉤，支承在上部基框上，其段長根據(jù)井框重量和配用鋼筋數(shù)量經計算確定。

鋼材支護：用于小型豎井或淺井的永久支護和圓形豎井的臨時支護，有井圈背板支護和金屬掩護筒支護兩種。

(1)井圈背板支護。用井圈背板作臨時支護，先往下掘進一段，隨即架設背板，直至達到所定的施工段高，然后再由下而上一邊拆除井圈背板，一邊進行永久支護。其施工方式有長段單行作業(yè)和平行作業(yè)，適用于磚石、混凝土與鋼筋混凝土永久支護的井筒。支護形式有倒魚鱗式、對頭式、花背板式。倒魚鱗式用于表土層、松軟巖層和淋水較大巖層，具有防止片幫，安全可靠和背板可作模板用等優(yōu)點;對頭式用于一般基巖，具有封閉巖幫嚴密，背板可作模板等優(yōu)點;花背板式用于穩(wěn)定巖層。

(2)金屬掩護筒支護。采用型鋼和鋼絲網或鋼板制成筒形結構物，吊掛在掘進工作面上方，并隨下掘而下放的支護方法，適用于穩(wěn)定圍巖和采用平行作業(yè)方式的井筒支護，金屬掩護筒按構造分柔性掩護筒和剛性掩護筒兩種。柔性掩護筒采用型鋼制成比掘進直徑小200mm的多層圓形骨架，其間距為1m，用鋼絲繩相連，在骨架外圍敷設三層鍍鋅鋼絲網，構成一個柔性圓筒;剛性掩護筒由采用型鋼、鋼板制成的外、內兩層掩護筒和懸吊裝置組成。金屬掩護筒懸掛在吊盤的下層盤，隨吊盤下降而下降。

石材支護：用料石砌筑豎井井壁的支護方法。僅用于小型豎井、涌水量小的巖層支護。它具有就地取材、施工簡單、節(jié)約投資、不用木材和鋼材等優(yōu)點，但存在施工效率低、機械化程度低、勞動強度大、封水性能差等缺點，適用于長段單行作業(yè)的井筒支護。支護方法是：當豎井掘進至所要求的段高后，澆筑混凝土壁座或壁圈，并由下而上一邊砌筑一邊進行壁后充填混凝土，直至上段井壁底部。

混凝土支護：由于井筒斷面和井深的不斷加大，越來越多的豎井采用整體澆灌混凝土井壁作為永久支護的方法。表土井頸段井壁、穿過破碎巖層和地耐力較大地層的豎井段井壁應配置鋼筋?；炷辆谥ёo包括模板支設、混凝土攪拌、混凝土輸送、井壁施工和井壁淋水綜合處理措施。

(1)模板支設。按材料分有繩捆式木模板、裝配式木模板和金屬模板。這些模板在地面加工而在井下組裝，并按設計規(guī)格進行測量固定，由下往上邊支模邊澆灌混凝土，直至上段混凝土井壁底部。這種模板作業(yè)簡單，但施工效率低、勞動強度大、材料用量多，僅適用于單行作業(yè)的豎井施工。按構造形式，模板又分為活動金屬模板和滑動模板?；顒咏饘倌０宥嘤糜诿旱V豎井，由模板、脫模裝置、刃腳、接碴模板構成，可懸掛在吊盤上或由地面穩(wěn)車直接懸吊，隨井筒下掘進行支護。這種模板適用于混合作業(yè)施工方式的豎井混凝土澆灌?；瑒幽０逵姓w上行滑動模板和液壓滑升模板兩種，利用絲杠、絞車或液壓千斤頂模板，進行自下而上邊提拉模板邊澆灌混凝土。這種模板適用于單行作業(yè)和異段平行作業(yè)的井壁混凝土澆灌，特別適用于結構復雜的井頸段和凍結段井壁的二次復壁混凝土施工。

(2)混凝土攪拌。整體澆灌混凝土井壁時，混凝土采用機械攪拌。攪拌站可設置在井口棚內或井口棚外。設在井口棚內的攪拌站有低于井口式、高于井口式和兩井共用式三種。

(3)混凝土輸送。有吊桶和輸送管(溜灰管)兩種輸送方式。吊桶輸送方式可利用矸石吊桶或采用專用的底卸式吊桶或翻轉式吊桶。用吊桶將混凝土下至吊盤，經受料斗、分灰器再把混凝土送至井壁模板內。輸送管(溜灰管)輸送方式包括受料斗、伸縮管、溜灰管、緩沖器、活節(jié)管等部分。輸送管采用直徑169mm、厚6mm無縫鋼管，隨工作面前進用法蘭盤接長。輸送管上部配置有伸縮管和受料斗，下部裝有緩沖器和活節(jié)管。緩沖器起減緩混凝土流速的作用，常用的為圓筒式緩沖器?；罟?jié)管由15～35個用薄鋼板制成的錐形短管組成，總長度為8～20m，在工作面內可以自由擺動并隨模板加高而逐節(jié)拆除。輸送管運輸方式可用于井深，大于600m的井筒施工。

(4)井壁施工。按不同作業(yè)方式進行現(xiàn)澆混凝土井壁施工。單行作業(yè)方式時，在工作面松碴上立底模，自下而上立模澆灌混凝土，直至上段井壁;平行作業(yè)方式時，利用吊盤或穩(wěn)繩盤進行高空立模澆灌混凝土;混合作業(yè)方式時，采用活動金屬模板隨工作面下掘進行混凝土澆灌。若上下兩段井壁接碴后仍有滲水，可用快干水泥處理;若有淋水，則應先導水，再進行壁后注漿堵水。當井壁設有梁窩時，可采用預梁窩或現(xiàn)鑿梁窩的方法，也可采用螺栓固定鋼梁，在安裝時進行施工。

(5)井壁淋水綜合處理措施。井壁淋水主要是上段井筒淋水、砌壁井段含水巖層涌水以及井口和管路漏水。上段井筒淋水可采取設置截水槽截水措施，將水集中后導入井底。當水量較大又集中出水時，應作注漿處理。對砌壁井段幫淋水，采取的措施之一是，將集中出水點包以卵石濾水層，外面以黃泥或磚石作擋水墻或采用雙層模板、快凝混凝土作隔水層，再插入導水管使涌水集中流出模板后進行砌壁或澆灌混凝土，再進行壁后注漿封水。措施之二是，在砌壁段井幫淋水的工作面上方架設木質或鋼質擋水板、防水圈、防水槽或在吊盤上層盤進行擋水，使淋水不流入模板內。措施之三是，模板內的積水可在模板上直接鉆孔放出或用集水盒、穿孔鋼管集水導出，或以虹吸管導水等辦法排出。井壁淋水需要采取多種綜合處理措施。

(6)錨噴支護。一般用于f>5，而裂隙小、涌水少的圍巖支護。錨噴支護的金屬網用16號鍍鋅鐵絲編成，支護時相互搭接，用楔縫式錨桿固定在井幫上，與噴射混凝土結合。在豎井支護中，噴射混凝土一般被用作永久支護。由于它分次施工，第一次先噴的一層厚度較小的混凝土可作為臨時支護。因而錨噴支護既適用于臨時支護，也可用于永久支護。

巷道支護平斜巷支護

巷道支護包括安設支架和維護巷道雙重含義。巷道支護有棚式支架、石材支護、錨桿支護和噴射混凝土支護。棚式支架和石材支護屬剛性支護，錨桿支護和噴射混凝土支護具有一定的柔性。

棚式支架：按材料不同有木支架、金屬支架、預制鋼筋混凝土支架。支架可在制作廠加工，也可在現(xiàn)場加工，采取邊掘進邊架設。棚式支架的架設順序為：挖棚腿窩一立棚腿一上頂梁一打角楔一背頂梁一背幫一加撐柱或架設支架縱向拉桿。木支架、金屬支架既可用作石材支護的臨時支架，又可作為永久支架。在斜巷支護中，當斜巷的傾角小于10°時，棚式支架應有3°～5°迎山角;傾角為10°～20°時，棚間應加頂撐;傾角為20°～30°時，棚間應加頂、底撐;傾角大于30°時，應加頂、底撐和底梁，并在每段下部設置基框或承木，并由下往上進行架棚。

石材支護：用于巖石松軟破碎和節(jié)理裂隙比較發(fā)育及滲水的基巖支護。按結構形式不同分為砌碹支護和整體式支護兩種。

(1)砌碹支護。支護材料有磚、料石、混凝土塊三種。砌碹支護具有堅固、耐久、防火、阻水、通風阻力小和就地取材等優(yōu)點，但勞動強度大、機械化程度低、速度慢、阻水效果和整體性能差。石材支護與掘進工作面之間的距離一般為20～40m，可采取單元作業(yè)或平行作業(yè)施工。當巖石較松軟時，常采用由型鋼制成的拱形構件作臨時支護，并隨掘進而架設，達到要求的段長后再進行永久支護施工。臨時金屬支架按圍巖性質不同有無腿支架和帶腿支架兩種。石材支護的砌筑順序為：拆除臨時支架—掘砌基礎—砌筑側墻—立碹胎模板—砌拱—充填—養(yǎng)護—拆模清理。當圍巖穩(wěn)定性較差時，采用先墻后拱的分段抬拱梁。支護材料采用材料車按需用量供應，砌筑用的砂漿和充填用的混凝土可在現(xiàn)場拌制。

(2)整體式支護。有現(xiàn)澆混凝土支護和鋼筋混凝土支護兩種，整體式支護的施工順序與砌碹支護相似。

錨桿支護：將錨桿錨入圍巖內，使巷道周圍形成一個整體而穩(wěn)定的巖石帶，以達到支架和圍巖共同工作目的的巷道支護。錨桿種類較多，按其結構形式有4類22種，礦山常用的錨桿有楔縫式、脹殼式 倒楔式以及樹脂和水泥等點錨式錨桿;全長粘結式水泥砂漿錨桿(包括鋼絲繩錨桿);管縫式、脹管式等摩擦式全長錨固錨桿;楔管式、砂漿楔縫式和砂漿楔管式等綜合式錨桿。錨桿材料可采用金屬材料或者竹、木。

錨桿安設包括打眼、安裝、注眼三個工序。(1)打眼。用鑿巖機打眼或用專用的錨桿鉆機。錨桿打眼安裝機打眼。(2)安裝。按錨桿種類和材料不同采用不同的安裝方法。竹、木錨桿用風錘或手錘打緊、錨固;楔縫式金屬錨桿用風錘、扭力扳手、普通扳手或手錘錨固;管縫式錨桿安裝用鑿巖，推入孔眼中預定位置;脹管式錨桿可用高壓水脹管安裝。(3)注眼。可采用先錨后注或先注后錨兩種方式。竹、木、金屬錨桿安裝后，用注眼器、注漿器將水泥砂漿注入。對于樹脂錨桿與快硬水泥錨桿，先將水泥藥卷或樹脂藥卷用錨桿體送至孔底，再用配有特殊鉆頭的普通電鉆、扭力扳手或普通扳手將錨桿一次安裝。

噴射混凝土支護：用壓縮空氣將混凝土拌合料經噴槍高速噴射于巖壁表面。并與巖壁緊密粘結，構成支承結構的井壁支護。它與錨桿、鋼筋網、鋼纖維相結合，能提高噴射混凝土的整體性，可用作臨時支護和永久支護。噴射混凝土支護具有許多優(yōu)點：能使混凝土與圍巖緊密粘結，在巷道周壁形成巖石拱，充分發(fā)揮圍巖的支承作用;巷道開挖后能及時支護圍巖;噴層可以薄層支護巷道，具有良好的柔性，對初次地壓大的巖層支護效果好;能填補巷道表面的凹穴，緩和應力集中;能及時封閉巖面，減少巖石的風化變形。

根據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定程度，可分別采用素噴射混凝土、鋼纖維噴射混凝土、錨噴混凝土、錨網噴混凝土進行支護。噴射混凝土施工包括備料、拌料、噴射機輸送、噴射、養(yǎng)護等工序。

(1)備料。噴射混凝土的原材料有水泥、砂、石、外加劑和水。所用材料除滿足普通混凝土的要求外，應采用標號為425以上的普通硅酸鹽水泥、中粗砂和最大粒徑不超過25mm的石子。砂石應進行篩洗，并設擋雨棚晾干，嚴格控制含水率。

(2)拌料。采用容積為375L的蝸槳式攪拌機或螺旋強制式攪拌機拌料。先按設計配合比將砂、石、水泥經計量后送入攪拌機攪拌，然后再將通過振動篩的合格拌合料送入貯料斗待用。

(3)噴射機輸送。專用噴射機有干式、濕式、干濕兩用和噴射機組四類。干式噴射機有罐式、轉體式和螺旋式;干濕兩用噴射機有JP型;噴射機組由上料機、混凝土噴射機和噴霧加水系統(tǒng)組成，有適用于巷道支護的PS-JP型噴射機組和適用于豎井支護的噴射機組。噴射機一般設置在支護工作面附近的井口或吊盤上。拌合料可以用礦車、專用材料車或管道運送，速凝劑可在拌料時一齊加入或在噴射機上料時加入。輸料管以采用鋼管為主，并用軟管分別連接噴射機與噴頭。輸送距離取決于噴射機的性能，水平輸送距離一般都在500m以內，向上垂直輸送為50m以內，若輸送距離較遠可在輸料管上加設壓氣噴嘴進行增壓。

(4)噴射。利用壓縮空氣將拌合料通過輸料軟管送至噴頭，在噴頭處加水混合后，噴射至支護工作面。噴頭有單水環(huán)式、雙水環(huán)式及異徑葫蘆管與預加水環(huán)式三種。噴射混凝土作業(yè)分區(qū)進行。巷道施噴按先墻后拱順序進行，當遇到松軟不穩(wěn)定巖層時，初噴為先拱后墻，復噴為先墻后拱，局部不穩(wěn)定部分應先期處理。豎井施噴由下而上分段噴射。噴槍應按螺旋狀軌跡一圈壓半圈的橫向運動，噴頭離工作面的距離為0.5～1.0m，噴槍與受噴面垂線的夾角為10°～15°。噴層較厚時，應分層噴射。

(5)養(yǎng)護。為使水泥充分水化，減少或防止噴射混凝土收縮開裂，混凝土應灑水養(yǎng)護。養(yǎng)護時間和灑水次數(shù)視作業(yè)面條件而定。

巷道支護硐室支護

硐室具有斷面大、長度短、形狀復雜、與周圍井巷工程聯(lián)接多等特點。大多硐室還要求具有隔水、防潮等性能。硐室支護常與井筒支護、車場巷道支護同時進行，使之成為一個整體。硐室支護可采用現(xiàn)澆混凝土和錨噴混凝土支護。其順序有先拱后墻和先墻后拱。在不穩(wěn)定巖層中施工硐室時，要進行臨時支護，常用的有木支架、鋼支架、錨噴臨時支護等。

在井巷支護過程中和支護后，對巷道圍巖穩(wěn)定性、支護工作狀況進行的監(jiān)控和測試工作。支護監(jiān)測的任務是預報支護的安全程度，及時調整支護參數(shù)，修改支護設計，有效地維護好井巷工程。

以噴錨支護為例，支護監(jiān)測有下列幾方面的應用：(1)按測得的圍巖允許的最大變形量，設計支護結構的合理的柔性。(2)按測得的圍巖松動圈尺寸設計錨桿的合理長度。(3)按測得的圍巖變形時間效應，確定兩種支護合理間隔時間。(4)按一次支護噴層應力大小設計二次噴層厚度。(5)按測得的錨桿受力情況，調整其參數(shù)。

監(jiān)測方法：包括測試位移量和收斂量兩種方法。位移量測試包括測試巷道周邊收斂值和圍巖內部位移值。