礦壓巷道維護原理與支護技術PPT課件

1、圖圖8-1 8-1 留煤柱護巷示意圖留煤柱護巷示意圖第一節(jié)第一節(jié) 無煤柱護巷無煤柱護巷一、護巷煤柱的穩(wěn)定性一、護巷煤柱的穩(wěn)定性傳統(tǒng)傳統(tǒng)留煤柱護巷方法留煤柱護巷方法：在上區(qū)段運輸平巷和下區(qū)：在上區(qū)段運輸平巷和下區(qū)段回風平巷之間留設一定寬度的煤柱，使下區(qū)段段回風平巷之間留設一定寬度的煤柱，使下區(qū)段平巷避開固定支承壓力峰值區(qū)。平巷避開固定支承壓力峰值區(qū)。第1頁/共90頁（一）（一） 煤柱的載荷煤柱的載荷1 1煤柱載荷的估算煤柱載荷的估算圖圖8-2 8-2 計算煤柱載荷示意圖計算煤柱載荷示意圖 4ctgDHDBp2第2頁/共90頁2 2煤柱寬度的理論計算煤柱寬度的理論計算 方法有：方法有：按煤柱的允許

2、應力，煤柱能承受按煤柱的允許應力，煤柱能承受的極限載荷；的極限載荷；按煤柱應力分布；按煤柱應力分布；其它多種方其它多種方法。各種方法的基本觀點都認為：煤柱的寬度必法。各種方法的基本觀點都認為：煤柱的寬度必須保證煤柱的極限載荷須保證煤柱的極限載荷不超過它的極限強度的不超過它的極限強度的R R。煤柱的寬度煤柱的寬度B B計算式：計算式：hBRctgDHDBBC222. 0778. 04110002hBRctgDHDBBC36. 064. 041100012第3頁/共90頁（二）（二） 煤柱的應力分布煤柱的應力分布1 1一側采空煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應力的分布一側采空煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)

3、及垂直應力的分布圖圖8-3 8-3 煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應力分布煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應力分布1 1彈性應力分布；彈性應力分布；2 2彈塑性應力分布；彈塑性應力分布；破裂區(qū)；破裂區(qū)；塑性區(qū)；塑性區(qū)；彈性區(qū)應力升高部分；彈性區(qū)應力升高部分；原始應力區(qū)原始應力區(qū)第4頁/共90頁2 2兩側采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及垂直應力的分布兩側采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及垂直應力的分布 兩側均已采空的煤柱，其應力分布狀態(tài)主要取決于兩側均已采空的煤柱，其應力分布狀態(tài)主要取決于回采引起的支承壓力影響距離回采引起的支承壓力影響距離L L及煤柱寬度及煤柱寬度B B，主要，主要有三種類型：有三種類型： B B

4、2L2L時（圖時（圖8-48-4） 2L2LB BL L時，見圖時，見圖8-58-5。 B BL L時時( (圖圖8-68-6）, ,受兩側采動影響時，受兩側采動影響時，K K值可達到值可達到4 45 5以上。以上。第5頁/共90頁圖圖8-4 8-4 煤柱寬度很大時彈塑性變煤柱寬度很大時彈塑性變形區(qū)及垂直應力分布形區(qū)及垂直應力分布破裂區(qū)；破裂區(qū)；塑性區(qū)；塑性區(qū)；中部為原巖應力的彈性區(qū)中部為原巖應力的彈性區(qū) 圖圖8-5 8-5 煤柱寬度較大時彈煤柱寬度較大時彈塑性變形區(qū)及垂直應力分布塑性變形區(qū)及垂直應力分布 破裂區(qū)；破裂區(qū)；塑性區(qū)；塑性區(qū)；應力升高的彈性區(qū)應力升高的彈性區(qū)第6頁/共90頁圖圖8-

5、6 8-6 寬度較小時煤柱的塑性變形區(qū)及垂直應力分布寬度較小時煤柱的塑性變形區(qū)及垂直應力分布 破裂區(qū)；破裂區(qū)；塑性區(qū)；塑性區(qū)；彈性區(qū)彈性區(qū) 第7頁/共90頁 圖圖8-7 8-7 煤柱的彈塑性變形區(qū)及應力分布煤柱的彈塑性變形區(qū)及應力分布 （三）、護巷煤柱的穩(wěn)定性（三）、護巷煤柱的穩(wěn)定性(1) (1) 護巷煤柱的寬度護巷煤柱的寬度 煤柱寬度影響煤柱的穩(wěn)定性。煤柱寬度影響煤柱的穩(wěn)定性。第8頁/共90頁(2) (2) 護巷煤柱保持護巷煤柱保持穩(wěn)定穩(wěn)定的基本條件的基本條件 護巷煤柱一側為回采空間，一側為采準巷道。回采空間和采準巷道在護巷煤護巷煤柱一側為回采空間，一側為采準巷道。回采空間和采準巷道在護巷煤

6、柱兩側形成各自的塑性變形區(qū)，塑性區(qū)的寬度分別為柱兩側形成各自的塑性變形區(qū)，塑性區(qū)的寬度分別為x x0 0、x x1 1（圖（圖8-78-7）。因此，）。因此，護巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是：煤柱兩側產生塑性變形后，在煤柱中央存在護巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是：煤柱兩側產生塑性變形后，在煤柱中央存在一定寬度的一定寬度的彈性核彈性核，彈性核的寬度應不小于煤柱高度的，彈性核的寬度應不小于煤柱高度的2 2倍。倍。 xmxB20第9頁/共90頁二、老頂結構與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關系二、老頂結構與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關系(1)(1) 在巷道整個服務時期，隨采面不斷前移，通過巷道頂板對沿空巷道圍巖穩(wěn)在巷道整個服務時

7、期，隨采面不斷前移，通過巷道頂板對沿空巷道圍巖穩(wěn)定的影響方式和程度差異懸殊。定的影響方式和程度差異懸殊。(2) (2) 沿空巷道頂板巖層處于采空區(qū)上覆巖層結構固支邊與鉸結邊之間，其頂板沿空巷道頂板巖層處于采空區(qū)上覆巖層結構固支邊與鉸結邊之間，其頂板巖層斷裂成弧形三角板。巖層斷裂成弧形三角板。(3) (3) 沿空巷道跨度較小，工作面老頂巖層結構對巷道圍巖穩(wěn)定性影響最顯著沿空巷道跨度較小，工作面老頂巖層結構對巷道圍巖穩(wěn)定性影響最顯著, ,老老頂一般可視為亞關鍵層。頂一般可視為亞關鍵層。 第10頁/共90頁圖圖8-8 8-8 采空區(qū)上覆巖層結構示意圖采空區(qū)上覆巖層結構示意圖第11頁/共90頁圖圖8-

8、9 8-9 回采工作面傾斜方向支承壓力分布回采工作面傾斜方向支承壓力分布a a頂?shù)装鍨樯皫r頂?shù)装鍨樯皫r b b頂?shù)装鍨槟噘|或較破碎的砂質頁巖頂?shù)装鍨槟噘|或較破碎的砂質頁巖 三、沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律三、沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（一）沿傾斜方向支承壓力分布規(guī)律（一）沿傾斜方向支承壓力分布規(guī)律第12頁/共90頁（二）巷道圍巖變形與護巷煤柱寬度的關系（二）巷道圍巖變形與護巷煤柱寬度的關系表表8-1 8-1 回采巷道保持穩(wěn)定狀態(tài)的護巷煤柱寬度值回采巷道保持穩(wěn)定狀態(tài)的護巷煤柱寬度值B/mB/m圖圖8-10 -x8-10 -x關系曲線示意圖關系曲線示意圖為巷道為巷道頂?shù)装逡祈數(shù)装逡平?；近率；x x為護巷煤

9、為護巷煤柱寬度柱寬度第13頁/共90頁（三）（三） 沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)1 1沿空掘巷的圍巖應力和圍巖變形沿空掘巷的圍巖應力和圍巖變形圖圖8-11 8-11 沿空掘巷引起煤幫應力重新分布沿空掘巷引起煤幫應力重新分布 1 1掘巷前的應力分布掘巷前的應力分布 2 2掘巷后的應力分布掘巷后的應力分布 破裂區(qū)；破裂區(qū)；塑性區(qū)；塑性區(qū)；彈性區(qū)；彈性區(qū)；4 4原巖應力增高部分原巖應力增高部分第14頁/共90頁 圖圖8-12 8-12 窄煤柱護巷引起煤幫應力重新分布窄煤柱護巷引起煤幫應力重新分布 1 1掘巷前的應力分布掘巷前的應力分布 2 2掘巷后的應力分布掘巷后的應力分布 2 2窄煤柱巷道

10、的圍巖應力和圍巖變形窄煤柱巷道的圍巖應力和圍巖變形 窄煤柱巷道是指巷道與采空區(qū)之間保留窄煤柱巷道是指巷道與采空區(qū)之間保留5 58m8m寬寬的煤柱。巷道掘進前，采空區(qū)附近沿傾斜方向煤的煤柱。巷道掘進前，采空區(qū)附近沿傾斜方向煤體內應力分布（圖體內應力分布（圖8-128-12中中1 1）。最終應力分布狀）。最終應力分布狀態(tài)如圖態(tài)如圖8-128-12中中2 2所示。所示。第15頁/共90頁圖圖8-13 8-13 完全沿空掘巷完全沿空掘巷 圖圖8-14 8-14 留小煤墻沿空掘巷留小煤墻沿空掘巷沿空掘巷的二種方式：完全沿空、留小煤柱。沿空掘巷的二種方式：完全沿空、留小煤柱。第16頁/共90頁四、沿空留巷

11、的礦壓顯現(xiàn)四、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)1 1采動時期的受力狀況采動時期的受力狀況 沿空留巷是在上區(qū)段工作面采過后，通過加沿空留巷是在上區(qū)段工作面采過后，通過加強支護或采用其它有效方法，將上區(qū)段工作面運強支護或采用其它有效方法，將上區(qū)段工作面運輸平巷保留下來，供下區(qū)段工作面回采時作為回輸平巷保留下來，供下區(qū)段工作面回采時作為回風平巷（圖風平巷（圖8-158-15）。）。2 2沿空留巷的頂板下沉規(guī)律沿空留巷的頂板下沉規(guī)律 回采工作面推進引起的上覆巖層運動，其發(fā)回采工作面推進引起的上覆巖層運動，其發(fā)展是自下而上的，上部具有明顯的滯后現(xiàn)象，沿展是自下而上的，上部具有明顯的滯后現(xiàn)象，沿空留巷的頂板會在較長時間

12、內受到老頂上覆巖層空留巷的頂板會在較長時間內受到老頂上覆巖層運動的影響。運動的影響。 第17頁/共90頁圖圖8-15 8-15 沿空留巷工作面巷道平面布置圖沿空留巷工作面巷道平面布置圖a a走向長壁走向長壁沿空留巷沿空留巷 b b傾斜長壁傾斜長壁沿空留巷沿空留巷 第18頁/共90頁五、沿空留巷五、沿空留巷巷旁支護形式巷旁支護形式1 1 巷旁支護的作用巷旁支護的作用 巷旁支護是指在巷道斷面范圍以外，與采區(qū)巷旁支護是指在巷道斷面范圍以外，與采區(qū)交界處架設的一些特殊類型的支架或人工構筑交界處架設的一些特殊類型的支架或人工構筑物。物。主要作用主要作用：控制直接頂?shù)碾x層和及時切斷直接：控制直接頂?shù)碾x層和

13、及時切斷直接頂板，使垮落矸石在采空區(qū)內充填支撐老頂，頂板，使垮落矸石在采空區(qū)內充填支撐老頂，減少上覆巖層的彎曲下沉。減少巷內支護所承減少上覆巖層的彎曲下沉。減少巷內支護所承受的載荷，保持巷道圍巖穩(wěn)定。同時為了生產受的載荷，保持巷道圍巖穩(wěn)定。同時為了生產安全，及時封閉采空區(qū)，防止漏風和煤炭自燃安全，及時封閉采空區(qū)，防止漏風和煤炭自燃發(fā)火，避免采空區(qū)內有害氣體逸出發(fā)火，避免采空區(qū)內有害氣體逸出 。第19頁/共90頁2 2巷旁支護的類型和適用條件巷旁支護的類型和適用條件 木垛支護、密集支柱支護、矸石帶支護、混凝土木垛支護、密集支柱支護、矸石帶支護、混凝土砌塊支護及整體澆注巷旁充填等方式。砌塊支護及整

14、體澆注巷旁充填等方式。除整體澆注巷旁充填，其它方式有下缺點：增除整體澆注巷旁充填，其它方式有下缺點：增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多和機械化程度不高。和機械化程度不高。適用條件（見適用條件（見P226P226；略）；略）3 3整體澆注巷旁充填技術整體澆注巷旁充填技術 整體澆注巷旁充填技術具有增阻速度快、支承能整體澆注巷旁充填技術具有增阻速度快、支承能力大、密封性能好和機械化程度高等優(yōu)點，使發(fā)展力大、密封性能好和機械化程度高等優(yōu)點，使發(fā)展沿空留巷技術的關鍵問題得到解決。沿空留巷技術的關鍵問題得到解決。第20頁/共90頁第二節(jié)第二節(jié) 巷道圍

15、巖卸壓巷道圍巖卸壓 一、跨巷回采進行巷道卸壓一、跨巷回采進行巷道卸壓1 1跨巷回采卸壓的機理跨巷回采卸壓的機理 根據(jù)采面不斷移動的特點以及巷道系統(tǒng)優(yōu)化布置的原則，將位于巷道上方根據(jù)采面不斷移動的特點以及巷道系統(tǒng)優(yōu)化布置的原則，將位于巷道上方的采煤工作面進行跨采，使其下巷道經歷一段時間的高應力作用后，長期處于的采煤工作面進行跨采，使其下巷道經歷一段時間的高應力作用后，長期處于應力降低區(qū)內?？绮傻男Ч饕Q于巷道與上方跨采面的相對位置。應力降低區(qū)內?？绮傻男Ч饕Q于巷道與上方跨采面的相對位置。第21頁/共90頁2 2、跨巷回采的應用及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、跨巷回采的應用及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 跨巷回采期間，

16、巷道將順次受到跨巷回采期間，巷道將順次受到跨采面的跨采面的超前支承壓力超前支承壓力和和上覆巖層垮落上覆巖層垮落的影響，劇烈影的影響，劇烈影響范圍和程度與開采深度、圍巖的力學性質及響范圍和程度與開采深度、圍巖的力學性質及巷道與開采煤層的法向距離有關。只要與采空巷道與開采煤層的法向距離有關。只要與采空區(qū)煤壁邊緣的水平距離適當，跨采后巷道可以區(qū)煤壁邊緣的水平距離適當，跨采后巷道可以長期處于應力降低區(qū)。長期處于應力降低區(qū)。第22頁/共90頁圖圖8-16 8-16 區(qū)段煤柱對跨采上山圍巖變形的影響區(qū)段煤柱對跨采上山圍巖變形的影響 1 1不留區(qū)段煤柱、先跨；不留區(qū)段煤柱、先跨；2 2留區(qū)段煤柱、先跨留區(qū)段

17、煤柱、先跨 3 3留區(qū)段煤柱、后跨；留區(qū)段煤柱、后跨；4 4較寬的煤柱維護上山較寬的煤柱維護上山第23頁/共90頁圖圖8-17 8-17 切縫對圓形巷道周邊應力分布的影響切縫對圓形巷道周邊應力分布的影響 （邊界元數(shù)值模擬結果）（邊界元數(shù)值模擬結果）a a無切縫；無切縫；b b兩幫切縫；兩幫切縫；c c頂?shù)浊锌p；頂?shù)浊锌p； d d兩幫及頂?shù)淄瑫r切縫兩幫及頂?shù)淄瑫r切縫 二、巷道圍巖開槽卸壓及松動卸壓二、巷道圍巖開槽卸壓及松動卸壓1 1巷道周邊開槽（孔）對圍巖應力分布的影響巷道周邊開槽（孔）對圍巖應力分布的影響第24頁/共90頁2 2巷道圍巖開槽（孔）卸壓法的應用巷道圍巖開槽（孔）卸壓法的應用圖圖8

18、-18 8-18 鉆孔卸壓現(xiàn)場試驗結果鉆孔卸壓現(xiàn)場試驗結果 1 1未卸壓未卸壓 2 2卸壓鉆孔深卸壓鉆孔深8m 38m 3卸壓鉆孔深卸壓鉆孔深9m 9m 第25頁/共90頁3 3巷道圍巖松動爆破卸壓法的應用巷道圍巖松動爆破卸壓法的應用 圖圖8-20 8-20 松動爆破卸壓鉆孔布置松動爆破卸壓鉆孔布置 第26頁/共90頁三、利用卸壓巷硐進行巷道卸壓三、利用卸壓巷硐進行巷道卸壓 利用卸壓巷硐卸壓方法的實質是，在被保護的巷道附近（通常是在其上部、利用卸壓巷硐卸壓方法的實質是，在被保護的巷道附近（通常是在其上部、一側或兩側），開掘專門用于卸壓的巷道或硐室。轉移附近煤層開采的采動影響，一側或兩側），開掘

19、專門用于卸壓的巷道或硐室。轉移附近煤層開采的采動影響，促使采動引起的應力分布再次重新分布，最終使被保護巷道處于開掘卸壓巷硐而促使采動引起的應力分布再次重新分布，最終使被保護巷道處于開掘卸壓巷硐而形成的應力降低區(qū)內。形成的應力降低區(qū)內。第27頁/共90頁圖圖8-21 8-21 巷道一側卸壓巷硐的卸壓原理巷道一側卸壓巷硐的卸壓原理 1 1被保護巷道；被保護巷道；2 2卸壓巷道；卸壓巷道；3 3讓壓煤柱；讓壓煤柱； 4 4承載煤柱承載煤柱 1 1在巷道一側布置卸壓巷硐在巷道一側布置卸壓巷硐 在護巷煤柱中與巷道間隔一段距離掘一條卸壓在護巷煤柱中與巷道間隔一段距離掘一條卸壓巷道，形成的窄煤柱稱為讓壓煤柱

20、，寬煤柱稱為承巷道，形成的窄煤柱稱為讓壓煤柱，寬煤柱稱為承載煤柱。載煤柱。第28頁/共90頁圖圖8-22 8-22 膠帶輸送機硐室膠帶輸送機硐室頂部頂部卸壓卸壓1 1輸送機硐室；輸送機硐室；2 2卸壓巷道；卸壓巷道；3 3松動爆破區(qū)松動爆破區(qū)2 2在巷道頂部布置卸壓巷硐在巷道頂部布置卸壓巷硐 卸壓巷硐布置在被保護巷道與上部開采煤層之卸壓巷硐布置在被保護巷道與上部開采煤層之間間, ,使被保護巷道避開上部煤層跨采時產生的劇烈使被保護巷道避開上部煤層跨采時產生的劇烈影響，處于卸壓巷硐形成的應力降低區(qū)內。影響，處于卸壓巷硐形成的應力降低區(qū)內。第29頁/共90頁圖圖8-23 8-23 本煤層沿頂板布置卸

21、壓巷道卸壓本煤層沿頂板布置卸壓巷道卸壓表表8-3 8-3 卸壓前后巷道圍巖變形參數(shù)對比卸壓前后巷道圍巖變形參數(shù)對比第30頁/共90頁圖圖8-24 8-24 寬巷（面）掘進卸壓寬巷（面）掘進卸壓 1 1寬巷（面）掘進卸壓后支承壓力分布；寬巷（面）掘進卸壓后支承壓力分布；2 2側巷側巷3 3、寬面掘巷卸壓、寬面掘巷卸壓 寬面掘巷卸壓通常用于薄煤層的巷道，巷道寬面掘巷卸壓通常用于薄煤層的巷道，巷道掘進時把巷道兩側掘進時把巷道兩側6 68m8m寬的煤采出，將掘巷過寬的煤采出，將掘巷過程中挑頂、臥底的矸石充填到巷道兩側采出的程中挑頂、臥底的矸石充填到巷道兩側采出的空間。空間。第31頁/共90頁圖圖8-2

22、5 8-25 掘前預采巷道布置示意圖掘前預采巷道布置示意圖 四、掘前預采的應用四、掘前預采的應用第32頁/共90頁第三節(jié)第三節(jié) 巷道金屬支架巷道金屬支架一、巷道支架支護原理一、巷道支架支護原理 巷道支架的工作特征與地面工程結構的特巷道支架的工作特征與地面工程結構的特性有著根本性區(qū)別。支架受載的大小不僅取決性有著根本性區(qū)別。支架受載的大小不僅取決于本身的力學特性（承載能力、剛度和結構特于本身的力學特性（承載能力、剛度和結構特征），而且與其支護對象征），而且與其支護對象圍巖本身的力學性圍巖本身的力學性質和結構有密切關系，也就是質和結構有密切關系，也就是“支架支架- -圍巖圍巖”相相互作用關系?；プ?/p>

23、用關系。 第33頁/共90頁2 2“支架支架- -圍巖圍巖”相互作用的基本狀態(tài)相互作用的基本狀態(tài)當巷道頂板巖石與上覆巖層離層或脫落時，當巷道頂板巖石與上覆巖層離層或脫落時，支架處于支架處于給定載荷給定載荷狀態(tài)。狀態(tài)。當巷道頂板巖石與上覆巖層沒有離層或脫當巷道頂板巖石與上覆巖層沒有離層或脫落時，支架處于落時，支架處于給定變形給定變形狀態(tài)。狀態(tài)。圖圖8-26 8-26 “支架支架圍巖圍巖”相互作用力學模型相互作用力學模型 a a給定載荷狀態(tài)；給定載荷狀態(tài)； b b給定變形狀態(tài)給定變形狀態(tài)第34頁/共90頁3 3“支架支架- -圍巖圍巖”相互作用原理相互作用原理巷道支架系統(tǒng)必須具有適當?shù)膹姸群鸵欢ǖ?/p>

24、可縮性，巷道支架系統(tǒng)必須具有適當?shù)膹姸群鸵欢ǖ目煽s性，合理的合理的“支架支架- -圍巖圍巖”相互作用關系是充分利用圍巖相互作用關系是充分利用圍巖天然的自承力和承載力。天然的自承力和承載力。圖圖8-27 8-27 為支架與圍巖的相互作用關系曲線為支架與圍巖的相互作用關系曲線A彈塑性階段 ； B松動破裂階段 注：、分別為可縮性支架、剛性支架工作特性曲線。這是支架固有的。第35頁/共90頁4 4“支架支架- -圍巖圍巖”相互作用原理的應用相互作用原理的應用 依據(jù)依據(jù)“支架支架- -圍巖圍巖”相互作用原理，在巷道支相互作用原理，在巷道支護的工程實踐中發(fā)展了以下實用支護技術：護的工程實踐中發(fā)展了以下實用

25、支護技術：（1 1） 實行二次支護實行二次支護（2 2） 采用柔性支護采用柔性支護（3 3） 強調主動支護強調主動支護第36頁/共90頁圖圖8-28 8-28 新新U25U25型鋼斷面圖型鋼斷面圖 二、二、巷道金屬支架（一） 礦用支護 U型鋼第37頁/共90頁圖8-29 雙槽形夾板式連接件 a上限位連接件；b中間連接件；c下限位連接件 1上限位塊 2下限位塊 第38頁/共90頁圖圖8-30 8-30 拱形可縮性金屬支架基本結構類型拱形可縮性金屬支架基本結構類型 a a三節(jié)式；三節(jié)式；b b四節(jié)式；四節(jié)式；c c五節(jié)式；五節(jié)式；d d曲腿式；曲腿式；e e非對稱式；非對稱式；f f封閉封閉第39

26、頁/共90頁圖8-31 拱形支架斷面基本參數(shù) 第40頁/共90頁表表8-4 8-4 我國拱形支架斷面基本參數(shù)推薦值我國拱形支架斷面基本參數(shù)推薦值第41頁/共90頁圖圖8-32 8-32 四節(jié)多鉸摩擦可縮支架結構四節(jié)多鉸摩擦可縮支架結構 1 1U U型鋼；型鋼；2 2鉸結點；鉸結點；3 3耳卡式連接件耳卡式連接件圖圖8-33 U8-33 U型鋼拱梯形可型鋼拱梯形可 縮性支架斷面參數(shù)縮性支架斷面參數(shù)第42頁/共90頁圖圖8-34 8-34 馬蹄形可縮馬蹄形可縮 性支架性支架 圖圖8-35 8-35 圓形可縮性支架圓形可縮性支架圖圖8-36 8-36 環(huán)形可縮性支架環(huán)形可縮性支架 a a方環(huán)形；方環(huán)

27、形；b b長環(huán)形長環(huán)形第43頁/共90頁三、巷道支架選型三、巷道支架選型1 1金屬支架的承載能力金屬支架的承載能力 金屬支架的承載能力分金屬支架的承載能力分極限承載能力極限承載能力和和實際承實際承載能力載能力。極限承載能力是指支架處于剛性狀態(tài)下。極限承載能力是指支架處于剛性狀態(tài)下所允許的最大承載能力，以支架不出現(xiàn)塑性變形所允許的最大承載能力，以支架不出現(xiàn)塑性變形為標準。實際承載能力是可縮性支架在為標準。實際承載能力是可縮性支架在收縮階段收縮階段表現(xiàn)出的承載能力，由連接件和支架的表現(xiàn)出的承載能力，由連接件和支架的工作狀況工作狀況決定。決定。 表表8-5 8-5 不同載荷形式下直腿式拱形支架支撐效

28、益不同載荷形式下直腿式拱形支架支撐效益第44頁/共90頁2 2支架承載能力的計算支架承載能力的計算 力法力法以靜不定結構中的多余約束力作為基本未知數(shù)，根據(jù)結構的變形條件建以靜不定結構中的多余約束力作為基本未知數(shù)，根據(jù)結構的變形條件建立方程，求解出多余未知力，然后根據(jù)平衡方程求出內力。立方程，求解出多余未知力，然后根據(jù)平衡方程求出內力。位移法位移法是以靜不定結構中的節(jié)點位移作為基本未知數(shù)，根據(jù)結點或截面的是以靜不定結構中的節(jié)點位移作為基本未知數(shù)，根據(jù)結點或截面的平衡條件建立方程，求出位移值，然后根據(jù)結點位移與內力的關系式求出內力。平衡條件建立方程，求出位移值，然后根據(jù)結點位移與內力的關系式求出內

29、力。對于支架形狀、載荷分布比較復雜的問題，可以選用平面剛架的有限元計算程對于支架形狀、載荷分布比較復雜的問題，可以選用平面剛架的有限元計算程序計算支架內力。序計算支架內力。 第45頁/共90頁表表8-6 8-6 各種金屬支架架型的力學特性和適用條件各種金屬支架架型的力學特性和適用條件第46頁/共90頁四、金屬支架的拉桿和背板四、金屬支架的拉桿和背板（1 1）拉桿）拉桿 單個支架之間用拉桿使支架沿巷道軸向相互單個支架之間用拉桿使支架沿巷道軸向相互聯(lián)成一體，可以防止支架歪斜、扭轉，增加支架聯(lián)成一體，可以防止支架歪斜、扭轉，增加支架的縱向約束提高支架的穩(wěn)定性和承載能力。常用的縱向約束提高支架的穩(wěn)定性

30、和承載能力。常用的拉桿有圓鋼拉桿、扁鋼拉桿、角鋼拉桿、可調的拉桿有圓鋼拉桿、扁鋼拉桿、角鋼拉桿、可調節(jié)拉桿等。節(jié)拉桿等。 （2 2）背板）背板 背板屬于架間防護材料，其作用是傳遞巷背板屬于架間防護材料，其作用是傳遞巷道圍巖載荷，防止架間離散巖塊冒落，使支架受道圍巖載荷，防止架間離散巖塊冒落，使支架受力均勻具有較高的承載能力。背板的種類按力學力均勻具有較高的承載能力。背板的種類按力學性質可分為剛性、彈性、柔性三種。性質可分為剛性、彈性、柔性三種。 第47頁/共90頁第四節(jié)第四節(jié) 巷道錨桿支護巷道錨桿支護一、一、錨桿種類錨桿種類和和錨固力錨固力 錨桿錨桿是錨固在巖體內維護圍巖穩(wěn)定的桿狀結構是錨固在

31、巖體內維護圍巖穩(wěn)定的桿狀結構物。對地下工程的圍巖以錨桿作為支護系統(tǒng)的主物。對地下工程的圍巖以錨桿作為支護系統(tǒng)的主要構件，就形成錨桿支護系統(tǒng)。要構件，就形成錨桿支護系統(tǒng)。 單體錨桿單體錨桿主要由錨頭（錨固段）、桿體、錨主要由錨頭（錨固段）、桿體、錨尾（外錨頭）、托盤等部件組成。尾（外錨頭）、托盤等部件組成。第48頁/共90頁1 1錨桿的分類錨桿的分類按錨桿的錨固方式分為以下幾種。按錨桿的錨固方式分為以下幾種。 機械錨固式錨桿：機械錨固式錨桿：脹殼式錨桿脹殼式錨桿、倒楔式錨桿倒楔式錨桿、楔縫式錨桿楔縫式錨桿。粘結錨固式錨桿：粘結錨固式錨桿：樹脂錨桿樹脂錨桿、快硬水泥卷錨桿快硬水泥卷錨桿、水泥砂漿錨

32、桿水泥砂漿錨桿。摩擦錨固式錨桿：摩擦錨固式錨桿：管縫式錨桿管縫式錨桿、水脹式管狀錨水脹式管狀錨桿桿等。等。 第49頁/共90頁2 2錨桿的錨固力錨桿的錨固力（1 1）根據(jù)錨桿對圍巖的約束方式定義錨固力。）根據(jù)錨桿對圍巖的約束方式定義錨固力。托錨力托錨力 粘錨力粘錨力切向錨固力切向錨固力 （2 2）根據(jù)錨桿的錨固作用階段定義錨固力。）根據(jù)錨桿的錨固作用階段定義錨固力。初錨力初錨力 工作錨固力工作錨固力 殘余錨固力殘余錨固力 第50頁/共90頁二、錨桿支護理論二、錨桿支護理論（1 1） 懸吊理論懸吊理論錨錨桿桿支支護護懸懸吊吊作作用用 第51頁/共90頁（2 2） 組合梁理論組合梁理論層狀層狀頂板

33、頂板錨桿錨桿組合組合梁梁第52頁/共90頁（3 3） 組合拱（壓縮拱）理論組合拱（壓縮拱）理論錨錨桿桿組組合合拱拱原原理理 第53頁/共90頁（4 4）最大水平應力理論）最大水平應力理論 圖圖8-41 8-41 最大水平應力原理最大水平應力原理 第54頁/共90頁（5 5） 圍巖強度強化理論圍巖強度強化理論圍巖強度強化理論的要點如下：圍巖強度強化理論的要點如下：(1) (1) 巷道錨桿支護的實質是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用形巷道錨桿支護的實質是錨桿和錨固區(qū)域的巖體相互作用形成統(tǒng)一的承載結構。成統(tǒng)一的承載結構。(2) (2) 巷道錨桿支護可提高錨固體的力學參數(shù)（巷道錨桿支護可提高錨固體的力學參

34、數(shù)（E E、C C、），改），改善被錨固巖體的力學性能。善被錨固巖體的力學性能。(3) (3) 巷道圍巖存在巷道圍巖存在破碎區(qū)破碎區(qū)、塑性區(qū)塑性區(qū)和和彈性區(qū)彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)的巖，錨桿錨固區(qū)的巖體則處于這些區(qū)域之中，相應錨固區(qū)的巖石強度處于峰后強度體則處于這些區(qū)域之中，相應錨固區(qū)的巖石強度處于峰后強度或殘余強度。錨桿支護使巷道圍巖特別是處于峰后區(qū)圍巖強度或殘余強度。錨桿支護使巷道圍巖特別是處于峰后區(qū)圍巖強度得到強化，提高峰值強度和殘余強度。得到強化，提高峰值強度和殘余強度。(4) (4) 煤巷錨桿支護可以改變圍巖的應力狀態(tài)，增加圍壓，從而煤巷錨桿支護可以改變圍巖的應力狀態(tài)，增加圍壓，從而提高圍

35、巖的承載能力。提高圍巖的承載能力。(5) (5) 巷道圍巖錨固體強度提高以后，可減少巷道周圍破碎區(qū)、巷道圍巖錨固體強度提高以后，可減少巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。 第55頁/共90頁三、錨桿三、錨桿 （一）（一） 機械式錨桿機械式錨桿圖圖8-42 8-42 竹、木楔縫式錨桿竹、木楔縫式錨桿 第56頁/共90頁（二）（二） 摩擦式錨桿摩擦式錨桿（1 1） 縫管式錨桿縫管式錨桿圖圖8-43 8-43 縫管錨桿縫管錨桿 （2 2） 水

36、力膨脹錨桿水力膨脹錨桿圖圖8-44 8-44 水力膨脹錨桿水力膨脹錨桿第57頁/共90頁（三）（三） 粘結式錨桿粘結式錨桿圖圖8-45 8-45 高強度螺紋鋼錨桿結構高強度螺紋鋼錨桿結構 1 1 樹脂藥卷；樹脂藥卷；2 2桿體；桿體；3 3穹形球體；穹形球體；4 4托盤；托盤； 5 5塑料；塑料；6 6驅動螺母驅動螺母 第58頁/共90頁（1 1） 錨固劑錨固劑 表表8-9 8-9 不同型號錨固劑的凝膠時間不同型號錨固劑的凝膠時間第59頁/共90頁（2 2） 錨桿桿體錨桿桿體圖圖8-46 8-46 端頭錨固式錨桿受力特征端頭錨固式錨桿受力特征1 1內錨頭；內錨頭；2 2托板托板 圖圖8-47

37、8-47 全長錨固錨桿錨固力分布全長錨固錨桿錨固力分布 1 1托錨力托錨力 2 2剪錨力剪錨力第60頁/共90頁圖圖8-48 8-48 全長錨固錨桿體受力狀態(tài)全長錨固錨桿體受力狀態(tài) 桿體剪應力桿體剪應力 桿體拉應力桿體拉應力 圖圖8-49 8-49 不同螺紋鋼錨桿不同螺紋鋼錨桿 錨固力試驗錨固力試驗第61頁/共90頁（3 3） 錨桿托板與螺母錨桿托板與螺母圖圖 8-50 8-50 各種托板形式示意圖各種托板形式示意圖圖圖8-51 8-51 扭矩螺母扭矩螺母第62頁/共90頁（四）（四） 可延伸和可切割、可回收錨桿可延伸和可切割、可回收錨桿圖圖8-52 8-52 套筒摩擦式可延伸錨桿套筒摩擦式可

38、延伸錨桿第63頁/共90頁四、組合錨桿四、組合錨桿（一）錨梁網聯(lián)合支護（一）錨梁網聯(lián)合支護（1 1） W W型鋼帶型鋼帶圖圖8-53 W8-53 W型鋼帶形狀型鋼帶形狀第64頁/共90頁（3 3）M M型鋼帶型鋼帶 圖圖8-55 M8-55 M型鋼帶斷面形狀型鋼帶斷面形狀 （2 2）鋼筋梯子梁）鋼筋梯子梁圖圖8-54 8-54 鋼筋梯子梁形狀鋼筋梯子梁形狀第65頁/共90頁（二）桁架錨桿支護（二）桁架錨桿支護 圖圖8-56 8-56 單式雙拉桿桁架錨桿單式雙拉桿桁架錨桿 1 1錨頭；錨頭；2 2錨桿；錨桿；3 3托架；托架；4 4水平拉桿水平拉桿 第66頁/共90頁圖圖8-57 8-57 復式

39、桁架錨桿復式桁架錨桿 1 1錨桿；錨桿；2 2拉桿；拉桿；3 3拉緊器；拉緊器；4 4墊木墊木 第67頁/共90頁圖圖8-58 8-58 交叉桁架錨桿交叉桁架錨桿 第68頁/共90頁圖圖8-59 8-59 桁架錨桿支護作用力桁架錨桿支護作用力 第69頁/共90頁五、預應力錨索五、預應力錨索 預應力錨索與普通錨桿相比錨索長度較長，能夠預應力錨索與普通錨桿相比錨索長度較長，能夠錨入深部較穩(wěn)定的巖層中，同時施加較大的預應力。錨入深部較穩(wěn)定的巖層中，同時施加較大的預應力。常見的預應力錨索有脹殼式鋼絞線預應力錨索和砂常見的預應力錨索有脹殼式鋼絞線預應力錨索和砂漿粘結式預應力錨索。漿粘結式預應力錨索。 圖

40、圖8-60 8-60 小口徑預應力錨索結構小口徑預應力錨索結構第70頁/共90頁六、巷道錨桿支護設計六、巷道錨桿支護設計（1 1） 工程類比法工程類比法 直接工程類比法是建立在已有工程設計和直接工程類比法是建立在已有工程設計和大量工程實踐成功經驗的基礎上，在地質和生產大量工程實踐成功經驗的基礎上，在地質和生產技術條件及各種影響因素基本一致的情況下，根技術條件及各種影響因素基本一致的情況下，根據(jù)類似條件的已有經驗，進行待建工程錨桿支護據(jù)類似條件的已有經驗，進行待建工程錨桿支護類型和參數(shù)設計。類型和參數(shù)設計。（2 2） 理論計算法理論計算法第71頁/共90頁（3 3） 系統(tǒng)設計法系統(tǒng)設計法系統(tǒng)設計

41、方法包括系統(tǒng)設計方法包括6 6個基本部分：個基本部分：地質力學評估地質力學評估，主要是圍巖應力狀態(tài)和巖體力，主要是圍巖應力狀態(tài)和巖體力學性質評估。學性質評估。初始設計初始設計，以有限差分數(shù)值模擬分析為主要手，以有限差分數(shù)值模擬分析為主要手段，輔以工程類比和理論計算法。段，輔以工程類比和理論計算法。按初始設計選定的方案進行按初始設計選定的方案進行施工施工?，F(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測。信息反饋信息反饋與修改、與修改、完善設計完善設計。重復進行由初始設計至信息反饋與修改、完善重復進行由初始設計至信息反饋與修改、完善設計步驟。設計步驟。第72頁/共90頁 第五節(jié)第五節(jié) 軟巖巷道圍巖變形規(guī)律及其支護技術軟巖巷道圍

42、巖變形規(guī)律及其支護技術一、軟巖的基本屬性一、軟巖的基本屬性(P256)(P256)1 1軟巖的概念軟巖的概念（1 1）地質軟巖）地質軟巖 （2 2）工程軟巖）工程軟巖2 2軟巖的基本屬性軟巖的基本屬性（1 1）軟化臨界荷載（）軟化臨界荷載（2 2）軟化臨界深度）軟化臨界深度二、軟巖巷道圍巖變形力學機制和變形規(guī)律二、軟巖巷道圍巖變形力學機制和變形規(guī)律 軟巖巷道圍巖變形力學機制軟巖巷道圍巖變形力學機制(1)(1)膨脹變形機制膨脹變形機制(2)(2)應力擴容變形機制應力擴容變形機制 (3)(3)結構變形機制結構變形機制 第73頁/共90頁表表8-13 8-13 軟巖類型及變形特性軟巖類型及變形特性第

43、74頁/共90頁三、軟巖巷道支護技術三、軟巖巷道支護技術（一）軟巖巷道支護技術特點（一）軟巖巷道支護技術特點確定軟巖變形力學機制的復合型式。確定軟巖變形力學機制的復合型式。將復合型變形力學機制轉化為單一型。將復合型變形力學機制轉化為單一型。運用復合型變形力學機制的轉化技術。運用復合型變形力學機制的轉化技術。 ( (二）軟巖巷道支護原理二）軟巖巷道支護原理 （1 1）巷道支護原理）巷道支護原理 軟巖巷道支護時軟巖進入塑性狀態(tài)不可避免，軟巖巷道支護時軟巖進入塑性狀態(tài)不可避免，應以達到其最大塑性承載能力為最佳；同時其應以達到其最大塑性承載能力為最佳；同時其巨大的塑性能必須以某種形式釋放出來。軟巖巨大

44、的塑性能必須以某種形式釋放出來。軟巖支護設計的關鍵之一是選擇變形能釋放時間和支護設計的關鍵之一是選擇變形能釋放時間和支護時間。支護時間。第75頁/共90頁（2 2） 最佳支護時間和時段最佳支護時間和時段圖圖8-61 8-61 最佳支護時間最佳支護時間T Ts s 第76頁/共90頁(3) (3) 最佳支護時間的物理意義最佳支護時間的物理意義最佳支護時間的力學含意就是最大限度地發(fā)揮塑性最佳支護時間的力學含意就是最大限度地發(fā)揮塑性區(qū)承載能力而又不出現(xiàn)松動破壞的時刻。區(qū)承載能力而又不出現(xiàn)松動破壞的時刻。 （4 4）關鍵部位支護）關鍵部位支護關鍵部位是支護體力學特性與圍巖力學特性不耦關鍵部位是支護體力

45、學特性與圍巖力學特性不耦合，常發(fā)生在圍巖應力集中處和圍巖巖體強度薄合，常發(fā)生在圍巖應力集中處和圍巖巖體強度薄弱位置。弱位置。（三）軟巖巷道常用支護形式（三）軟巖巷道常用支護形式（1 1）錨噴網支護（）錨噴網支護（2 2）可縮性金屬支架）可縮性金屬支架（3 3）弧板支護）弧板支護( (封閉圓形封閉圓形) )第77頁/共90頁四、巷道底臌機理和防治四、巷道底臌機理和防治1 1巷道底臌的基本形式巷道底臌的基本形式 巷道底臌的力學機制仍然是物化膨脹型、應力擴巷道底臌的力學機制仍然是物化膨脹型、應力擴容型、結構變形型和復合型。巷道底臌的形狀可分容型、結構變形型和復合型。巷道底臌的形狀可分為折曲型、直線型

46、及弧線型。為折曲型、直線型及弧線型。2. 2. 巷道底臌的影響因素巷道底臌的影響因素（1 1） 巖性狀態(tài)巖性狀態(tài)（2 2） 圍巖應力狀態(tài)圍巖應力狀態(tài)（3 3） 時間效應時間效應（4 4） 軟巖物化性質及力學性質的相互影響軟巖物化性質及力學性質的相互影響第78頁/共90頁3 3軟巖巷道底臌的防治軟巖巷道底臌的防治（1 1） 起底起底（2 2） 底板防治水底板防治水（3 3） 支護加固方法支護加固方法（4 4） 應力控制方法應力控制方法（5 5） 聯(lián)合支護方法聯(lián)合支護方法第79頁/共90頁五、巷道圍巖注漿加固技術五、巷道圍巖注漿加固技術1 1巷道圍巖注漿加固機理巷道圍巖注漿加固機理（1 1）提高巖體強度）提高巖體強度（2 2）形成承載結構）形成承載結構（3 3）改善圍巖賦存環(huán)境）改善圍巖賦存環(huán)境 2 2水泥漿液類注漿材料水泥漿液類注漿材料 （1 1）水泥單液類材料）水泥單液類材料 （2 2）水