选择合适的支护形式——针对巷道的岩石特性和应用需求

岩体未开掘时，岩体内任一点的压力和抗力处于相对平衡的状态。在这种情况下，岩石不会发生变形和移动，因而它也不会受到破坏。

在岩体内开掘巷道后，原岩体的应力平衡状态遭到破坏，巷道周围岩石受力有的地点升高，有的地点降低。由于力的不平衡，会使巷道周围岩石发生变形、破坏乃至冒落。如果巷道中架设支架，则支架会受到由于岩体上述变化而产生的压力，甚至使巷道支架也发生变形、破坏。巷道围岩和支架经过上述变化后，岩体受力又逐渐获得新的平衡。这种来自巷道周围岩体内的作用力，就称为地压（或矿山压力）。

选用何种支护形式取决于巷道的岩石性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素。

通常采用的有木材支护、石材和混凝土支护、钢筋混凝土支护、金属支护、锚杆（锚索）喷射混凝土支护、喷射混凝土支护等。

（一）木材支护

用作矿山井巷支护的木材称为坑木，它是井巷支护中使用最早的支护材料，至今使用得仍然很广泛。它的优点是：自重轻，容易加工、架设，具有可缩性。其缺点是：强度小，易腐朽，使用年限短，不耐火，不能防火。为增加其使用年限，可将木材预先进行防腐处理。

常用的坑木有松木、杉木、桦木、榆木和柞木等。其中以松木用得最多，在距木材产地近的地方可就地取材。在井下，木材支架的使用寿命一般为1～2年，只有在干燥的巷道中使用寿命可达2～5年，在湿度大的巷道中使用寿命有时只有0.5～1年。若坑木经过防腐处理后，其使用年限可延长2～3倍。

用于水平及倾斜巷道的木材支护的基本形式是由一根顶梁、两根柱腿组成的梯形棚子，如图2⁃6所示。因它从三面支承巷道所以称为不完全棚子。如果巷道底板有底鼓现象时，可在底板上加一根底梁，从四面支承巷道，这种支护称为完全棚子（封闭形棚子）。

图2⁃6 梯形棚子

a）不完全棚子 b）完全棚子

1—顶梁 2—柱腿 3—底梁

（二）金属支护

金属支护在井巷中使用广泛。金属材料有许多优点：强度大，可支承较大的地压，使用期长，可多次使用，安装容易，耐火性强，必要时也可制成可缩性的结构。它的缺点在于质量大，一次投资费用高，搬运和维修比较困难。

常用的金属支护材料有：工字钢、角钢、槽钢和轻便钢轨等。图2⁃7所示为各种支护用的型钢断面图。此外，钢筋混凝土中的钢筋，金属锚杆的杆体和托板，以及个别井筒或溜井的钢板支护，都使用各种金属材料。

（三）石材和混凝土支护

石材支护是以天然石材及人工石材为主要材料，并以水泥砂浆胶结而成的支护。它和混凝土支护，主要用在服务年限较长，且地压较大的井筒及主要巷道中作为永久支护。

天然石材是从花岗岩、正长岩、玄武岩、石灰岩、砂岩等经加工而成的石料，通常称为料石。其外形尺寸大致为长250～300mm、宽200～250mm、厚150～200mm，质量为30～40kg。其使用寿命可达20～30年，在我国竖井井筒中使用较广。

人工石材有：黏土坯烘烧而成的普通砖，混凝土浇筑而成质量在35kg以下的混凝土砖，混凝土加钢筋浇筑成质量在35kg以上的混凝土块。普通砖的标准尺寸为240mm×115mm×53mm的长方形体。长方形常用来砌墙，弧形的、楔形的则常用来砌井壁或巷道的拱盖部分。

石材支护比木材支护坚固耐久，比混凝土支护砌筑的速度快，能及时承受地压。

混凝土是由水泥、砂子和碎石按一定比例混合加水制成的，常用的按体积的比例为水泥∶砂子∶碎石=1∶2∶4～1∶3∶6。水泥加水把砂子和碎石胶结在一起，成为坚固的整体。

混凝土必须在凝固后才能承受压力，其凝固是因混凝土中的水泥加水，经水化作用逐渐硬化，一般经28天后才能达到混凝土的最大抗压强度。为了使水泥硬化加快，可在水泥中加入速凝剂，常用的速凝剂是氯化钙。

图2⁃7 各种支护用的型钢断面图

a）工字钢 b）槽钢 c）钢轨 d）角钢 e）丁字钢 f）特型钢

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图2⁃8 石材支护的基本形状

1—拱 2—墙 3—基础 4—充填物 5—拱基 6—墙脚

h₀—拱高 l₀—拱的净半跨度

石材支护的胶结物，一般是用水泥砂浆，它是由水泥与砂子按一定比例混合加水制成的，常用的按体积的比例为水泥∶砂子=1∶2～1∶4。

石材及混凝土支护的基本形状在井筒中为圆形，在巷道中为直壁拱形，如图2⁃8所示。拱的作用是承受顶板的地压并传递到墙上。墙除承受从拱上传来的压力外，也可承受侧压力，并起防止围岩风化及阻挡地下水入侵等作用。基础是墙的支承座，它将所承受的荷重及其自重传到底板。充填物的作用在于使石材支护上的压力均匀分布，并避免围岩的局部冒落对支护产生冲击压力。而混凝土支护则不需要充填物。

（四）钢筋混凝土支护

钢筋混凝土支护是在混凝土中嵌入钢筋，如图2⁃9所示。因此它能承受较大的拉力和压力，是强度较大的一种支护。它多用在地压不均匀（和非对称）的巷道中作永久支护。例如，在竖井井筒、井底车场附近的巷道和硐室中。

（五）喷射混凝土支护

喷射混凝土是借助喷射机，利用压缩空气作动力，将按一定比例配合的拌和料，通过管道输送，并以高速（30～120m/s）喷射到岩石表面或其他受喷面上，经凝结硬化而成为的一种混凝土。这种混凝土实际上是一层紧密贴在岩面上的高强度薄层混凝土，如图2⁃10所示。

喷射混凝土或锚喷支护可用于不同类别的围岩，以及不同工作条件和不同工程跨度的矿山井巷、硐室、采场中。但下列地质条件不宜采用喷射混凝土作永久支护：膨胀性岩体、未胶结的松散状岩体、有严重湿陷性的黄土层、大面积淋水地段、能引起严重的腐蚀地段、严寒地区的冻胀岩体。喷射混凝土使用在稳定性差的围岩支护时，常在喷射混凝土中加配钢筋，或采用锚喷支护，或采用喷锚网支护。在喷射混凝土中加入钢筋有利于提高喷射混凝土的整体性能，防止收缩，使混凝土中的应力分布均匀，增大混凝土的抗压、抗剪、抗弯强度。钢筋的网度为150～300mm。

当巷道围岩为塑性流变岩体，或受采场开采影响较大的巷道里，或有高速水流冲刷的地段，宜采用钢纤维的喷射混凝土。

（六）锚杆喷射混凝土支护

棚式支架和石材支架是在巷道围岩的外部对岩石进行支承，它只是被动地承受围岩产生的压力和防止破碎的岩石冒落。锚杆支护则是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护巷道稳定的目的，它是一种积极防御的支护方法，是矿山支护技术的重大变革，如图2⁃11所示。

锚杆支护既可以使用在井巷、硐室和采场，也可用于露天边坡的加固。锚杆不仅可以单独使用，也可和其他支护配合使用，特别是和喷射混凝土配合使用，更能发挥各自的优势。

图2⁃9 某矿回风斜井表土段施工图

图2⁃10 某矿回风斜井基岩段施工图

图2⁃11 某矿锚喷支护巷道施工图

锚杆喷射混凝土支护（简称锚喷支护）是锚杆支护和喷射混凝土支护两种支护方式的结合体。根据围岩地质条件可以采用以下三种支护形式。

1）锚杆支护：一般只用于局部。

2）锚杆结合喷射混凝土：多用于巷道（硐室等）墙、拱支护（临时、永久）。

3）锚喷加金属网，并在喷层内架设金属支架：多用于围岩应力大，具有膨胀性岩层的支护。