1、第八章第八章 巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护第五节第五节 软岩巷道围岩变形规律及软岩巷道围岩变形规律及 其支护技术其支护技术2传统留煤柱护巷：传统留煤柱护巷：区段煤柱区段煤柱1.1.煤柱的载荷煤柱的载荷第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性2cot4BDHDPBB以以平面问题平面问题代替代替空间问题空间问题，以均质取，以均质取代复杂的岩层赋存状况，未涉及上覆岩层代复杂的岩层赋存状况，未涉及上覆岩层的
2、移动等。但迄今它仍是比较简单和实用的移动等。但迄今它仍是比较简单和实用的煤柱载荷估算方法的煤柱载荷估算方法各种方法的基本观点一致各种方法的基本观点一致：煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷：煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷不超过它的极限强度不超过它的极限强度R(R(七章一节七章一节)。煤柱的宽度。煤柱的宽度B B计算式：计算式：第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性1.1.煤柱的载荷煤柱的载荷1)1)一侧采空一侧采空第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性2.2.煤柱的应力分布煤柱的应力分布 煤柱煤柱(体体)的承载能力，随着远离
3、煤体的承载能力，随着远离煤体(煤柱煤柱)边缘而明显增长。在距煤体边缘而明显增长。在距煤体(煤柱煤柱)边缘一定宽度内，存在着煤柱边缘一定宽度内，存在着煤柱(体体)的承载的承载能力与支承压力处于极限平衡状态，运用能力与支承压力处于极限平衡状态，运用岩体的极限平衡理论，塑性区的宽度岩体的极限平衡理论，塑性区的宽度x x0 0：在实践中，在实践中，x x0 0的变化范围的变化范围3 320m20m，一般，一般5 512m12m。应力降低区宽度的变化范围。应力降低区宽度的变化范围为为2 27m7m，一般为，一般为3 35m5m。随着埋深、充分采动影响的增大，这个范围有所增大。随着埋深、充分采动影响的增大
4、，这个范围有所增大。01cotln2cotmK HCxfpC第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性2.2.煤柱的应力分布煤柱的应力分布2)2)两侧采空两侧采空B B2L2L2L2L B BL L BLBL破裂区破裂区塑性区塑性区弹性区弹性区原始应力区原始应力区 护巷煤柱保持稳定的基本条件：护巷煤柱保持稳定的基本条件：回采空间塑性区的宽度为回采空间塑性区的宽度为x x0 0；采准巷道塑性区的宽度为采准巷道塑性区的宽度为x x1 1 在煤柱中央存在一定宽度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤在煤柱中央存在一定宽度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度的柱高度的2 2
5、倍。倍。012BxMx第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性3.3.护巷煤柱的稳定性护巷煤柱的稳定性我国应用的经验公式为：我国应用的经验公式为：210034.110022.867.17HHB210012.710035.1559.49HHB210079.610074.2721.0HHB第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性4.4.煤柱宽度的经验公式煤柱宽度的经验公式底板为较厚软岩底板为较厚软岩底板为薄层软岩底板为薄层软岩中等稳定围岩中等稳定围岩第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷二、老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系二、老顶结构
6、与沿空巷道围岩稳定的关系顶底板坚硬顶底板坚硬第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律1.1.沿倾斜方向支承压力分布规律沿倾斜方向支承压力分布规律顶底板较软顶底板较软巷道埋藏深度/m 围岩性质 200 300 400 500 600 700 比较稳定 18 21 24 27 30 33 中等稳定 19 24 30 35 42 47 不稳定 24 30 39 48 53 58 第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律2.2.巷道围岩变形与护巷煤柱宽度关系巷道围岩变形与护巷煤柱宽度关系回采巷道保持稳定状态的护
7、巷煤柱宽度值回采巷道保持稳定状态的护巷煤柱宽度值H/m H/m 第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律3.3.沿空掘巷的矿压显现沿空掘巷的矿压显现1 1）沿空巷道的围岩应力和围岩变形）沿空巷道的围岩应力和围岩变形图图8-10 8-10 沿空掘巷引起煤帮应力重新分布沿空掘巷引起煤帮应力重新分布11掘巷前的应力分布掘巷前的应力分布 22掘巷后的应力分布掘巷后的应力分布 图图8-11 8-11 窄煤柱护巷引起煤帮应力重新分布窄煤柱护巷引起煤帮应力重新分布11掘巷前的应力分布掘巷前的应力分布 22掘巷后的应力分布掘巷后的应力分布 第一节第一节 无煤柱护巷
8、无煤柱护巷三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律3.3.沿空掘巷的矿压显现沿空掘巷的矿压显现2 2）窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形）窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形窄煤柱巷道是指巷窄煤柱巷道是指巷道与采空区之间保道与采空区之间保留留5 58m8m的煤柱的煤柱。第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律3.3.沿空掘巷的矿压显现沿空掘巷的矿压显现3 3）沿空掘巷的三种方式）沿空掘巷的三种方式完全沿空掘巷完全沿空掘巷 留小煤墙沿空掘巷留小煤墙沿空掘巷保留部分老巷保留部分老巷沿空留巷是在上区段工作面采过后，通过沿空留巷是在上区段工作面采过后，通
9、过加强支护或采用其它有效方法，将上区段加强支护或采用其它有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。面回采时作为回风平巷。第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷四、沿空留巷的矿压显现规律四、沿空留巷的矿压显现规律1.1.采动使其的受力状况采动使其的受力状况第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷四、沿空留巷的矿压显现规律四、沿空留巷的矿压显现规律2.2.沿空掘巷的顶板下沉规律沿空掘巷的顶板下沉规律 采面前采面前202040m40m处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩层处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩层起始沉降期。起始
10、沉降期。在工作面后方在工作面后方101020m20m处，下沉速度最大；在处，下沉速度最大；在0 060m60m范围内，下沉量范围内，下沉量占最终下沉量的占最终下沉量的8080左右，称为岩层强烈沉降期。左右，称为岩层强烈沉降期。在工作面后方约在工作面后方约60m60m以外，上覆岩层沉降速度逐渐衰减，在以外，上覆岩层沉降速度逐渐衰减，在100m100m左右，左右，岩层运动基本稳定，称为岩层沉降衰减期。岩层运动基本稳定，称为岩层沉降衰减期。若直接顶板冒落能够填满采空区，采动期间沿空留巷的顶板下沉量若直接顶板冒落能够填满采空区，采动期间沿空留巷的顶板下沉量与采高呈正比，一般为采高的与采高呈正比，一般为
11、采高的10102020，属于，属于“给定变形给定变形”。沿。沿空巷道的顶板往往明显地向采空区方向倾斜，倾角一般为空巷道的顶板往往明显地向采空区方向倾斜，倾角一般为3 30 06 60 0。巷旁支护是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设的巷旁支护是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设的一些特殊类型的支架或人工构筑物。它的主要作用：一些特殊类型的支架或人工构筑物。它的主要作用：控制直接顶的离层和及时切断直接顶板控制直接顶的离层和及时切断直接顶板，使垮落矸石在采，使垮落矸石在采空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。减少巷内支护所承受的载荷减少巷内支护
12、所承受的载荷，保持巷道围岩稳定。，保持巷道围岩稳定。封闭采空区，防止漏风和煤炭自燃发火封闭采空区，防止漏风和煤炭自燃发火，避免采空区内有，避免采空区内有害气体逸出害气体逸出 。第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷五、沿空留巷巷旁支护形式五、沿空留巷巷旁支护形式1.1.巷旁支护的作用巷旁支护的作用第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷五、沿空留巷巷旁支护形式五、沿空留巷巷旁支护形式2.2.巷旁支护的类型和实用条件巷旁支护的类型和实用条件3.3.整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块支护等方式。木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块支护等方式。它们
13、的主要缺点是，增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗它们的主要缺点是，增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多和机械化程度不高多和机械化程度不高 。对于对于级级类至类至级级类顶板围岩条件，适合选用切顶型巷旁支护类顶板围岩条件，适合选用切顶型巷旁支护方式，一般采用整体浇注护巷带或混凝土砌块构筑的护巷带，护巷带高方式，一般采用整体浇注护巷带或混凝土砌块构筑的护巷带，护巷带高度不宜超过度不宜超过3m3m，护巷带的宽高比一般应大于，护巷带的宽高比一般应大于0.50.5。整体浇注巷旁充填技术具有增阻速度快、支承能力大、密封性整体浇注巷旁充填技术具有增阻速度快、支承能力大、密封性能好和机械化程
14、度高等优点，使发展沿空留巷技术的关键问题得能好和机械化程度高等优点，使发展沿空留巷技术的关键问题得到解决。到解决。一、跨巷回采进行巷道卸压一、跨巷回采进行巷道卸压第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压1 1不留区段煤柱、先跨；不留区段煤柱、先跨；22留区段煤柱、先跨；留区段煤柱、先跨；33留区段煤柱、后跨；留区段煤柱、后跨；44较宽的煤柱维护上山较宽的煤柱维护上山 横跨横跨纵跨纵跨跨巷跨巷回采回采aa无切缝；无切缝；bb两帮切缝；两帮切缝；cc顶底切缝；顶底切缝；dd两帮及顶底同时切缝两帮及顶底同时切缝 二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压第二节第二节 巷道围岩卸压巷道
15、围岩卸压1.1.巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响开槽卸压原理：开槽卸压原理：使作用于使作用于周边围岩的高应力周边围岩的高应力向卸压向卸压压区以外的岩体深部转移压区以外的岩体深部转移11未卸压未卸压;22卸压钻孔深卸压钻孔深8m;8m;33卸压钻孔深卸压钻孔深9m 9m（a a）a ab b1 1时；时；（b b）a ab b1 1时时 二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压2.2.巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用松动爆破卸压钻孔布置松动爆破卸压钻孔布置 二、巷道围
16、岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压3.3.巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道围岩松动爆破卸压法的应用表表8-2 8-2 卸压措施合理使用范围卸压措施合理使用范围二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压3.3.巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道围岩松动爆破卸压法的应用三、利用卸压巷硐进行巷道卸压三、利用卸压巷硐进行巷道卸压第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压3.3.巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道一侧布巷道一侧布置卸压巷硐置卸压巷硐宽面掘巷卸压宽面掘巷卸压巷道
17、顶部布置卸压巷硐巷道顶部布置卸压巷硐四、掘前预采的应用四、掘前预采的应用第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压掘前预采是效果最理想的卸压掘前预采是效果最理想的卸压方法。掘前预采卸压技术在前苏方法。掘前预采卸压技术在前苏联煤矿曾用于生产，我国个别矿联煤矿曾用于生产，我国个别矿区也进行过工业性试验。实践表区也进行过工业性试验。实践表明，掘前预采卸压技术可使巷道明，掘前预采卸压技术可使巷道围岩变形量减小围岩变形量减小4 45 55 56 6。前。前苏联煤矿曾在采空区内掘进和维苏联煤矿曾在采空区内掘进和维护巷道也取得了令人满意的效果。护巷道也取得了令人满意的效果。巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有
18、着根本性区别，支架受载巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着根本性区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学特性（承载能力、刚度和结构特征），而的大小不仅取决于本身的力学特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护对象且与其支护对象围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就是围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就是“支支架架-围岩围岩”相互作用关系。相互作用关系。巷道空间上方岩层的重量将由巷道支架与巷道周围岩体共同承担，巷巷道空间上方岩层的重量将由巷道支架与巷道周围岩体共同承担，巷道上覆岩体的重量由巷道支架承担的仅占道上覆岩体的重量由巷道支架承担的仅占1 12 2，其余的完全由巷道，其余的完
19、全由巷道周围岩体承受。周围岩体承受。支架受载的大小不仅取决于支架本身的力学特性（承载能力、刚度和支架受载的大小不仅取决于支架本身的力学特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护对象结构特征），而且与其支护对象围岩本身的力学性质和结构有密切关围岩本身的力学性质和结构有密切关系。系。一、巷道支架支护原理一、巷道支架支护原理第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架1.1.巷道金属支架的工作特性巷道金属支架的工作特性 巷道顶板岩石与上覆岩层巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，支架处于离层或脱落时，支架处于“给定载荷给定载荷”状态。状态。巷道顶板岩石与上覆岩层巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落时，支
20、架没有离层或脱落时，支架处于处于“给定变形给定变形”状态。状态。“支架支架围岩围岩”相互作用力学模型相互作用力学模型aa给定载荷状态；给定载荷状态；bb给定变形状态给定变形状态 一、巷道支架支护原理一、巷道支架支护原理第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架2.2.“支架支架-围岩围岩”相互作用的基本状态相互作用的基本状态 巷道支架系统必须巷道支架系统必须具有适当具有适当的强度和一定的可缩性的强度和一定的可缩性，合理的，合理的“支架支架-围岩围岩”相互作用关系是充相互作用关系是充分利用围岩的自承力和承载力。分利用围岩的自承力和承载力。支架与围岩的相互作用关系支架与围岩的相互作用关系AA弹塑性阶段
21、弹塑性阶段 ；BB松动破裂阶段松动破裂阶段一、巷道支架支护原理一、巷道支架支护原理第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架2.2.“支架支架-围岩围岩”相互作用原理相互作用原理实行二次支护实行二次支护采用柔性支护采用柔性支护 强调主动支护强调主动支护矿用工字钢矿用工字钢（煤矿巷道支护专用型钢）（煤矿巷道支护专用型钢）与普通工字钢的区别在于与普通工字钢的区别在于断面的高宽比减小，腹板加厚，翼缘厚且斜度大，使得断面的高宽比减小，腹板加厚，翼缘厚且斜度大，使得W Wx x W Wy y趋趋于于1 1。我国生产的矿用工字钢有。我国生产的矿用工字钢有9 9号、号、1111号、号、1212号三种规格。号三种
22、规格。二、巷道金属支架二、巷道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架1.1.矿用工字钢矿用工字钢型号型号:9#:9#高度高度(h):90mm(h):90mm 腿宽腿宽(b):76mm(b):76mm 腰厚腰厚（d d）:8mm:8mm 理重：理重：17.69kg17.69kg型号型号:11#:11#高度高度(h):110mm(h):110mm 腿宽腿宽(b):90mm(b):90mm 腰腰厚（厚（d d）:9mm:9mm 理重：理重：26.05kg26.05kg型号型号:12#:12#高度高度(h):120mm(h):120mm 腿宽腿宽(b):95mm(b):95mm 腰腰厚（厚（d
23、 d）:11mm:11mm 理重：理重：31.18kg31.18kg制造可缩性金属支架的主要材料。我国生产的制造可缩性金属支架的主要材料。我国生产的U U型钢型号主要有型钢型号主要有U U1818、U25U25、U29U29、U36U36四种，研制的新四种，研制的新U25U25型钢断面见图型钢断面见图8-258-25。二、巷道金属支架二、巷道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架2.U2.U型钢型钢材质：材质：20mnk20mnk Q275 Q275具体参数：具体参数：18U 18U 高度：高度：99mm 99mm 厚度：厚度：10mm 10mm 理论重量：理论重量：18.96kg/m
24、18.96kg/m25U 25U 高度：高度：110mm 110mm 厚度：厚度：17mm 17mm 理论重量：理论重量：24.76kg/m24.76kg/m29U 29U 高度：高度：124mm 124mm 厚度：厚度：16mm 16mm 理论重量：理论重量：29kg/m29kg/m36U 36U 高度：高度：138mm 138mm 厚度：厚度：17mm 17mm 理论重量：理论重量：36kg/m36kg/m连接件是可缩性支架的连接件是可缩性支架的关键部件关键部件，分为，分为螺栓连接件螺栓连接件和和楔式连接件楔式连接件。常用的螺栓连接件有双槽形夹板式连接件，它是由两块槽形夹板和常用的螺栓连接
25、件有双槽形夹板式连接件，它是由两块槽形夹板和一对螺栓组成，一对螺栓组成，具有强度高、刚性较大、可缩性好、工作阻力稳定、型具有强度高、刚性较大、可缩性好、工作阻力稳定、型钢滑移平稳等优点钢滑移平稳等优点。双槽形夹板式连接件有。双槽形夹板式连接件有上限位连接件、中间连接件、上限位连接件、中间连接件、下限位连接件下限位连接件三种形式三种形式二、巷道金属支架二、巷道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架3.U3.U型钢可缩性支架的连接件型钢可缩性支架的连接件aa三节式；三节式；bb四节式；四节式；cc五节式；五节式；dd曲腿式；曲腿式；ee非对称式；非对称式；ff封闭封闭二、巷道金属支架二、巷
26、道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架3.U3.U型钢可缩性支架型钢可缩性支架矿工钢刚性支架支护体系中的缩量包括柱腿插入底板、架矿工钢刚性支架支护体系中的缩量包括柱腿插入底板、架后破碎矸石压缩、接榫处木垫压缩以及支架本身的挠曲变后破碎矸石压缩、接榫处木垫压缩以及支架本身的挠曲变形等。由于缩量很小，刚性支架只能使用在围岩比较稳定形等。由于缩量很小，刚性支架只能使用在围岩比较稳定巷道中。巷道中。梯形刚性支架是使用最多的一种架型，有一梁二柱和梯形刚性支架是使用最多的一种架型，有一梁二柱和加设中柱两种基本形式梁、腿之间有接榫结构，柱腿下部加设中柱两种基本形式梁、腿之间有接榫结构，柱腿下部焊以
27、底座。焊以底座。二、巷道金属支架二、巷道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架5.5.矿用工字钢支架矿用工字钢支架二、巷道金属支架二、巷道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架5.5.矿用工字钢刚性支架矿用工字钢刚性支架拱形刚性支架主要使用在基本巷道，常用的有以下三种。拱形刚性支架主要使用在基本巷道，常用的有以下三种。拱形刚性支架拱形刚性支架a拱顶斜腿支架；拱顶斜腿支架；b拱顶直腿支架；拱顶直腿支架；c锚喷巷道加强拱顶支架锚喷巷道加强拱顶支架二、巷道金属支架二、巷道金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架5.5.矿用工字钢刚性支架矿用工字钢刚性支架二、巷道金属支架二、巷道
28、金属支架第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架6.6.矿用工字钢可缩性支架矿用工字钢可缩性支架金属支架的承载能力分金属支架的承载能力分极限承载能力极限承载能力和和实际承载能力实际承载能力。极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最大承极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最大承载能力，以支架不出现塑性变形为标准载能力，以支架不出现塑性变形为标准。实际承载能力是可实际承载能力是可缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连接件和支架的缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连接件和支架的工作状况决定工作状况决定。支撑效益。支撑效益(每每kgkg型钢材料所承担的载荷型钢材料所承担的载荷)计算计算结
29、果见表结果见表8-48-4。三、金属支架选型三、金属支架选型第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架载荷形式 均匀载荷 顶压大（对称）侧压大（对称）一侧压力大 一侧肩压大 支撑效益 kNkg 2.7 1.3 1.0 0.4 0.2 表表8-5 8-5 各种金属支架架型的力学特性和适用条件各种金属支架架型的力学特性和适用条件四、金属支架的拉杆和背板四、金属支架的拉杆和背板第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架类型 品种 刚性背板 钢筋混凝土背板，菱镁混凝土背板 弹性背板 钢筋网背板、荆笆、枇材、钢板带 柔性背板 金属网、塑料编织网、玻璃钢布 背板属于架间防护材料，其作用背板属于架间防护材料，其作用
30、是传递巷道围岩载荷，防止架间离散是传递巷道围岩载荷，防止架间离散岩块冒落，使支架受力均匀具有较高岩块冒落，使支架受力均匀具有较高的承载能力。背板的种类按力学性质的承载能力。背板的种类按力学性质可分为可分为刚性、弹性、柔性刚性、弹性、柔性三种。三种。四、金属支架的拉杆和背板四、金属支架的拉杆和背板第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架机械锚固式机械锚固式胀壳式、倒楔式、楔缝式；胀壳式、倒楔式、楔缝式；粘结锚固式粘结锚固式树脂、快硬水泥、水泥沙浆；树脂、快硬水泥、水泥沙浆；摩擦锚固式摩擦锚固式缝管式、水胀式管状锚杆。缝管式、水胀式管状锚杆。托锚力托锚力安装时，拖板与锚杆的预紧力；安装时，拖板与锚杆
31、的预紧力；粘锚力粘锚力粘结摩擦力与锚杆轴力；粘结摩擦力与锚杆轴力；切向锚固力切向锚固力限制岩块沿弱面滑动的力。限制岩块沿弱面滑动的力。初锚力、工作锚固力、残余锚固力一、锚杆的种类和锚固力一、锚杆的种类和锚固力第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护锚杆分类锚杆分类锚固力锚固力1 1）悬吊原理）悬吊原理2 2）组合梁原理）组合梁原理3 3）压缩拱原理）压缩拱原理4 4）最大水平应力原理）最大水平应力原理5 5）围岩强度强化理论）围岩强度强化理论二、锚杆支护原理二、锚杆支护原理第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护图图8-39 8-39 竹、木楔缝式锚杆竹、木楔缝式锚杆 三、锚杆三、锚杆第四节第四节
32、 巷道锚杆支护巷道锚杆支护1.1.机械式锚杆机械式锚杆摩擦式锚杆是通过钢管与孔壁之间摩擦式锚杆是通过钢管与孔壁之间的摩擦作用达到锚固的目的，多为全的摩擦作用达到锚固的目的，多为全长锚固式。长锚固式。主要包括主要包括缝管锚杆缝管锚杆和和水力膨胀锚杆水力膨胀锚杆。三、锚杆三、锚杆第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护2.2.摩擦式锚杆摩擦式锚杆三、锚杆三、锚杆第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护3.3.粘结式树脂锚杆粘结式树脂锚杆锚杆分为三类：锚杆分为三类：普通锚杆：普通锚杆：s s340MPa340MPa高强度锚杆：高强度锚杆：340MPa340MPas s600MPa600MPa超 高 强
33、度 锚 杆：超 高 强 度 锚 杆：s s600MPa600MPa。高强度螺纹钢锚杆结构高强度螺纹钢锚杆结构 三、锚杆三、锚杆第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护3.3.粘结式树脂锚杆粘结式树脂锚杆三、锚杆三、锚杆第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护3.3.粘结式树脂锚杆粘结式树脂锚杆柏建彪教授 50四、组合锚杆支护四、组合锚杆支护第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护1 1）锚梁网联合支护：）锚梁网联合支护：锚杆锚杆 +托托梁（钢带）梁（钢带）+金属网金属网2 2）桁架锚杆支护：）桁架锚杆支护：锚杆锚杆 +拉杆拉杆 +拉紧拉紧 +垫块垫块桁架锚杆在顶板内会形成水平和铅直方向挤压力，使顶板
34、桁架锚杆在顶板内会形成水平和铅直方向挤压力，使顶板的中性轴下移，增强顶板抗弯能力，提高其整体性。的中性轴下移，增强顶板抗弯能力，提高其整体性。四、组合锚杆支护四、组合锚杆支护第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护胀壳胀壳式式钢绞线预应钢绞线预应力力锚锚索索沙沙浆浆粘粘结结式式预应预应力力锚锚索索锚索比锚杆长，可锚索比锚杆长，可锚入深部较稳定的岩层锚入深部较稳定的岩层中。中。五、预应力锚索五、预应力锚索第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护类类型型五、预应力锚索五、预应力锚索第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护五、预应力锚索五、预应力锚索第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护由地质调查、设计、
35、施工、监测、信息反馈等相互制约影响，由地质调查、设计、施工、监测、信息反馈等相互制约影响，综合完成系统设计。主要包括：综合完成系统设计。主要包括：地质力学评估围岩应力及岩体强度；地质力学评估围岩应力及岩体强度；初始设计，并对选定方案进行稳定性分析；初始设计，并对选定方案进行稳定性分析；现场施工；现场施工；现场监测（锚杆受力、深部围岩移动）现场监测（锚杆受力、深部围岩移动）信息反馈与修改完善；信息反馈与修改完善；）重复进行上述步骤，直至满意为止。）重复进行上述步骤，直至满意为止。五、锚杆支护系统设计五、锚杆支护系统设计第四节第四节 巷道锚杆支护巷道锚杆支护埋深1280m的巷道支护一、软岩基本属性
36、一、软岩基本属性第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护1.1.软岩的概念软岩的概念1 1）地质软岩）地质软岩地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层的总称。软、弱岩层的总称。2 2）工程软岩）工程软岩工程软岩是指在巷道工程力作用下，能够产生显著变形的工程软岩是指在巷道工程力作用下，能够产生显著变形的工程岩体工程岩体。巷道工程力是指作用在巷道工程岩体上的力的。巷道工程力是指作用在巷道工程岩体上的力的总
37、和，工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。总和，工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。一、软岩基本属性一、软岩基本属性第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护2.2.软岩的基本属性软岩的基本属性1 1）软化临界荷载）软化临界荷载岩石的蠕变试验表明，当所施加的载荷小于某一载荷水平时，岩石岩石的蠕变试验表明，当所施加的载荷小于某一载荷水平时，岩石处于稳定变形状态，当所施加的载荷大于该载荷水平时，岩石的应处于稳定变形状态，当所施加的载荷大于该载荷水平时，岩石的应变不断增加，产生不稳定变形。这一载荷水平称为软岩的变不断增加，产生不稳定变形。这一载荷水平称为软岩的软化临界软化临界载
38、荷载荷。2 2）软化临界深度）软化临界深度对特定矿区，当巷道埋深大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑对特定矿区，当巷道埋深大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形；当巷道埋深小于该开采深度时，巷道围岩不出现明显变性大变形；当巷道埋深小于该开采深度时，巷道围岩不出现明显变形。这一临界深度称形。这一临界深度称软化临界深度软化临界深度。软岩巷道围岩变形力学机制软岩巷道围岩变形力学机制 膨胀变形机制膨胀变形机制 应力扩容变形机制应力扩容变形机制 结构变形机制结构变形机制 二、软岩巷道围岩变形力学机制和变形规律二、软岩巷道围岩变形力学机制和变形规律第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变
39、形及其支护软岩类型 泥质含量 单轴抗压强度c/MPa 塑性变形特点 膨胀性软岩（低强度软岩）25%25 结构松散软弱，胶结程度差，在工程力作用下，沿片架状硅酸盐粘土矿物产生滑移，遇水显著膨胀 高应力软岩 25%25 遇水发生少许膨胀，在高应力状态下，沿片架状粘土矿物发生滑移 节理化软岩 少含 低中等 沿节理等结构面产生滑移、扩容等塑性变形 复合型软岩 含 低高 具有上述某种组合的复合机制 三、软岩巷道支护技术三、软岩巷道支护技术第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护1.1.软岩巷道支护技术特点软岩巷道支护技术特点 确定软岩变形力学机制的复合型式。确定软岩变形力学机制的复
40、合型式。将复合型变形力学机制转化为单一型。将复合型变形力学机制转化为单一型。运用复合型变形力学机制的转化技术。运用复合型变形力学机制的转化技术。2.2.软岩巷道支护原理软岩巷道支护原理软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免，应以达到软岩巷道支护时软岩进入塑性状态不可避免，应以达到其最大塑性承载能力为最佳其最大塑性承载能力为最佳；同时其巨大的塑性能必须以某；同时其巨大的塑性能必须以某种形式释放出来。软岩支护设计的关键之一是选择变形能释种形式释放出来。软岩支护设计的关键之一是选择变形能释放时间和支护时间。放时间和支护时间。三、软岩巷道支护技术三、软岩巷道支护技术最佳支护时间最佳支护时间的力学含意就
41、是最大的力学含意就是最大限度地发挥塑性区承载能力而又不限度地发挥塑性区承载能力而又不出现松动破坏的时刻。出现松动破坏的时刻。关键部位关键部位是支护体力学特性与围岩力是支护体力学特性与围岩力学特性不耦合，常发生在围岩应力集学特性不耦合，常发生在围岩应力集中处和围岩岩体强度薄弱位置。中处和围岩岩体强度薄弱位置。第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护3.3.最佳支护时间最佳支护时间4.4.关键部位支护关键部位支护常用支护形式：锚喷网支护、可缩性金属支架、常用支护形式：锚喷网支护、可缩性金属支架、弧板支护弧板支护四、巷道底臌机理和防治四、巷道底臌机理和防治第五节第五节 软岩巷道
42、围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护1.1.巷道底鼓的基本形式巷道底鼓的基本形式巷道底臌的力学机制：物化膨胀型、应力扩容型、结构变形型和巷道底臌的力学机制：物化膨胀型、应力扩容型、结构变形型和复合型。复合型。起底起底 底板防治水底板防治水 支护加固方法支护加固方法 应力控制方法应力控制方法 联合支护方法联合支护方法四、巷道底臌机理和防治四、巷道底臌机理和防治第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护2.2.软岩巷道底臌防治软岩巷道底臌防治五、巷道围岩注浆加固技术五、巷道围岩注浆加固技术第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护1.1.巷道围岩注浆加固
43、机理巷道围岩注浆加固机理 提高岩体强度提高岩体强度 形成承载结构形成承载结构 改善围岩赋存环境改善围岩赋存环境 水泥单液类材料水泥单液类材料 水泥水泥-水玻璃双液类材料水玻璃双液类材料 高水速凝材料高水速凝材料2.2.水泥浆液类注浆材料水泥浆液类注浆材料六、巷道支架架后充填六、巷道支架架后充填第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护1.1.巷道支架架后充填的作用巷道支架架后充填的作用 围岩的载荷通过充填层使支架承受均布载荷围岩的载荷通过充填层使支架承受均布载荷 及时架后充填可起到封闭围岩的作用及时架后充填可起到封闭围岩的作用 起到加固围岩的作用起到加固围岩的作用 及时抑制
44、围岩变形，改变支架被动承载状况及时抑制围岩变形，改变支架被动承载状况 围岩释放的变形能可部分地为充填层所吸收围岩释放的变形能可部分地为充填层所吸收2.2.架后充填工艺架后充填工艺 湿式充填湿式充填 干式充填干式充填 软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因。利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化。对于节理裂隙因。利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可以改变围岩的松散结构，提高粘结力和发育的岩体，注浆可以改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。注浆加固为锚杆内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。注浆加固为锚杆提供可靠的着力基础。提供可靠的着力基础。六、软岩巷道锚注支护六、软岩巷道锚注支护第五节第五节 软岩巷道围岩变形及其支护软岩巷道围岩变形及其支护可编辑感感谢谢下下载载
