煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1煤礦巷道煤礦巷道(hng do)錨桿支護(hù)技術(shù)錨桿支護(hù)技術(shù)第一頁，共104頁。展方向展方向第1頁/共104頁第二頁，共104頁。第2頁/共104頁第三頁，共104頁。第3頁/共104頁第四頁，共104頁。1.1 錨桿支護(hù)的優(yōu)越性 與棚式支架(zhji)相比，錨桿支護(hù)具有顯著的優(yōu)越性。第4頁/共104頁第五頁，共104頁。第5頁/共104頁第六頁，共104頁。第6頁/共104頁第七頁，共104頁。道和全煤巷道發(fā)展綜采放頂煤工作面要求回采巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷道頂板是煤。隨著(su zhe)綜放開采技術(shù)的大面積推廣，煤頂巷道所占的比重逐年增加。一般情況下，煤相對(duì)于巖石比較松軟、破碎，顯著增加

2、了巷道支護(hù)難度。此外對(duì)于特厚煤層開采和急傾斜煤層水平分層開采等條件，不僅巷道頂板與兩幫為煤層，有時(shí)底板也是煤層，屬全煤巷道，支護(hù)難度進(jìn)一步加大。第7頁/共104頁第八頁，共104頁。第8頁/共104頁第九頁，共104頁。第9頁/共104頁第十頁，共104頁。第10頁/共104頁第十一頁，共104頁。（1）1950年1960年，錨桿型式主要是機(jī)械端部錨固錨桿，分楔縫式、倒楔式、漲殼式等。這類錨桿錨固力低，在不同巖層(yncng)中的錨固力變化大，支護(hù)剛度小，可靠性差，不宜在松軟破碎的巖層(yncng)中使用。由于這些弊端，導(dǎo)致了英國、法國等國家在使用錨桿支護(hù)過程中出現(xiàn)過反復(fù)。如英國煤礦在1957

3、年使用了約50萬根錨桿，法國煤礦用量也較大，但到20世紀(jì)60年代初，錨桿用量大幅度降低。第11頁/共104頁第十二頁，共104頁。第12頁/共104頁第十三頁，共104頁。第13頁/共104頁第十四頁，共104頁。第14頁/共104頁第十五頁，共104頁。第15頁/共104頁第十六頁，共104頁。目進(jìn)行攻關(guān)，取得了一大批水平較高的科研成果，并應(yīng)用于新汶、鐵法、兗州、峰峰、淮南等多個(gè)礦區(qū)?；旧辖鉀Q了一般(ybn)條件下的巷道支護(hù)問題。但對(duì)于困難條件，如復(fù)合頂板、破碎頂板、煤層頂板巷道，以及沿空掘巷、沿空留巷等，錨桿支護(hù)的可行性和適用性還沒有得到深入細(xì)致的研究。第16頁/共104頁第十七頁，共1

4、04頁。第17頁/共104頁第十八頁，共104頁。第18頁/共104頁第十九頁，共104頁。第19頁/共104頁第二十頁，共104頁。松動(dòng)破碎的巖層懸吊在自然平衡拱上 (圖b)。第20頁/共104頁第二十一頁，共104頁。第21頁/共104頁第二十二頁，共104頁。從巖層受力考慮，錨桿將各個(gè)巖層夾緊形成組合梁，如圖所示。組合梁厚度越大，梁的最大應(yīng)變值越小。組合梁理論充分考慮了錨桿對(duì)離層及滑動(dòng)的約束作用。第22頁/共104頁第二十三頁，共104頁。2.3 加固拱（巖梁）理論試驗(yàn)表明，在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個(gè)承載(chngzi)結(jié)構(gòu)。只要錨桿間距足夠小，各根錨桿形成的壓應(yīng)

5、力圓錐體將相互重疊，就能在巖體中產(chǎn)生一個(gè)均勻壓縮帶（巖梁），它可以承受破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。第23頁/共104頁第二十四頁，共104頁。第24頁/共104頁第二十五頁，共104頁。第25頁/共104頁第二十六頁，共104頁。第26頁/共104頁第二十七頁，共104頁。第27頁/共104頁第二十八頁，共104頁。學(xué)性能；巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)域巖體的峰值強(qiáng)度、峰后強(qiáng)度及殘余強(qiáng)度均能得到強(qiáng)化；錨桿支護(hù)可改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)(zhungti)，增加圍壓，提高圍巖的承載能力，改善巷道支護(hù)狀況；圍巖錨固體強(qiáng)度提高后，可減小巷道周圍的破碎區(qū)、塑性區(qū)范圍和巷道表面位移，控制圍巖破碎

6、區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于巷道圍巖的穩(wěn)定。第28頁/共104頁第二十九頁，共104頁。第29頁/共104頁第三十頁，共104頁。第30頁/共104頁第三十一頁，共104頁。bdP42第31頁/共104頁第三十二頁，共104頁。bdQ42第32頁/共104頁第三十三頁，共104頁。及時(shí)支護(hù)作用；其二是圍巖變形使載荷作用于托板上，通過托板將載荷傳遞到錨桿桿體，增大錨桿的工作阻力，充分發(fā)揮錨桿控制圍巖變形的作用。第33頁/共104頁第三十四頁，共104頁。第34頁/共104頁第三十五頁，共104頁。這種簡化的方法雖然計(jì)算簡單，但不符合錨桿拉拔時(shí)黏結(jié)應(yīng)力分布的實(shí)際情況。國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究與試驗(yàn)，

7、得出黏結(jié)應(yīng)力分布的公式與曲線。)(DP21壁之間破壞發(fā)生在錨固劑與孔錨桿之間）（破壞發(fā)生在錨固劑與lldP第35頁/共104頁第三十六頁，共104頁。第36頁/共104頁第三十七頁，共104頁。第37頁/共104頁第三十八頁，共104頁。 (2)支護(hù)巷道表面和改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用。鋼帶對(duì)巷道表面提供支護(hù)，抑制淺部巖層離層、裂隙張開，保持圍巖的完整性，減少巖層彎曲引起的拉伸破壞，改善巖層應(yīng)力狀態(tài)，防止錨桿間松動(dòng)巖塊掉落。(3)均衡錨桿受力和提高整體支護(hù)作用。鋼帶將數(shù)根錨桿連接在一起，可均衡錨桿受力，共同形成組合支護(hù)系統(tǒng)，提高整體支護(hù)能力。第38頁/共104頁第三十九頁，共104頁。第39頁/共1

8、04頁第四十頁，共104頁。(2)緊貼巷道表面，提供一定的支護(hù)力(已有的研究成果表明，我國現(xiàn)用菱形金屬網(wǎng)，在保證施工質(zhì)量的條件下，可提供0.01 MPa的支護(hù)力)，一定程度上改善巷道表面巖層受力狀況。同時(shí)，將錨桿之間巖層的載荷傳遞給錨桿，形成整體支護(hù)系統(tǒng)。第40頁/共104頁第四十一頁，共104頁。第41頁/共104頁第四十二頁，共104頁。第42頁/共104頁第四十三頁，共104頁。（2）護(hù)理論，如懸吊理論、組合(zh)梁理論及加固拱理論，計(jì)算得出錨桿支護(hù)參數(shù)。由于各種支護(hù)理論都存在著一定的局限性和適用條件，而且很難比較準(zhǔn)確、可靠地確定計(jì)算所需的一些參數(shù)。因此，依據(jù)理論計(jì)算所作的設(shè)計(jì)結(jié)果很多

9、情況下只能作為參考。第43頁/共104頁第四十四頁，共104頁。第44頁/共104頁第四十五頁，共104頁。設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是直接工程類比法應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。直接類比的主要內(nèi)容有：圍巖物理力學(xué)性質(zhì)： 包括巷道頂?shù)装搴蛢蓭偷奈锢砹W(xué)參數(shù)、煤層賦存狀態(tài)。巷道頂?shù)装鍛?yīng)取一定范圍(fnwi)的巖層(如2倍巷道寬度)進(jìn)行比較。物理性質(zhì)包括巖性、礦物成分、密度、孔隙率、水理性質(zhì)等內(nèi)容。力學(xué)性質(zhì)包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等諸多參數(shù)。其中，煤巖體的單軸抗壓強(qiáng)度是最常用的力學(xué)指標(biāo)。第45頁/共104頁第四十六頁，共104頁。第46頁/共104頁第四十七頁，共104頁。第47頁/共104頁第四十八頁

10、，共104頁。第48頁/共104頁第四十九頁，共104頁。第49頁/共104頁第五十頁，共104頁。第50頁/共104頁第五十一頁，共104頁。第51頁/共104頁第五十二頁，共104頁。第52頁/共104頁第五十三頁，共104頁。第53頁/共104頁第五十四頁，共104頁。第54頁/共104頁第五十五頁，共104頁。第55頁/共104頁第五十六頁，共104頁。巷道頂板(dngbn)錨桿基本支護(hù)形式與主要參數(shù)選擇巷道類別巷道圍巖穩(wěn)定狀況基本支護(hù)形式主要支護(hù)參數(shù)非常穩(wěn)定整體砂巖、石灰?guī)r類巖層：不支護(hù)不支護(hù)其它巖層：單體錨桿端錨:桿體直徑：16mm桿體長度：1.61.8m間排距：0.81.2m設(shè)計(jì)

11、錨固力：6480kN穩(wěn)定頂板較完整：單體錨桿頂板較破碎：錨桿+網(wǎng)端錨:桿體直徑：1618mm桿體長度：1.62.0m間排距：0.81.0m設(shè)計(jì)錨固力：6480kN中等穩(wěn)定頂板較完整：錨桿+鋼筋梁，或桁架頂板較破碎：錨桿+W鋼帶（或鋼筋梁）+網(wǎng)，或增加錨索桁架+網(wǎng)，或增加錨索端錨:桿體直徑：1618mm桿體長度：1.62.2m間排距：0.61.0m設(shè)計(jì)錨固力：6480kN全長錨固:桿體直徑：1822mm桿體長度：1.82.4m間排距：0.61.0m第56頁/共104頁第五十七頁，共104頁。巷道頂板錨桿基本(jbn)支護(hù)形式與主要參數(shù)選擇(續(xù)表)不穩(wěn)定錨桿+W鋼帶+網(wǎng)，或增加錨索桁架+網(wǎng)，或增加

12、錨索全長錨固:桿體直徑：1822mm桿體長度：1.82.4m間排距：0.61.0m極不穩(wěn)定1.頂板較完整：錨桿+金屬可縮支架，或增加錨索1.頂板較破碎：錨桿+網(wǎng)+金屬可縮支架，或增錨索1.底鼓嚴(yán)重：錨桿+環(huán)形可縮支架全長錨固:桿體直徑：1824mm桿體長度：2.02.6m間排距：0.61.0m第57頁/共104頁第五十八頁，共104頁。第58頁/共104頁第五十九頁，共104頁。第59頁/共104頁第六十頁，共104頁。第60頁/共104頁第六十一頁，共104頁。第61頁/共104頁第六十二頁，共104頁。14Qd 2KLQa 第62頁/共104頁第六十三頁，共104頁。l自然平衡拱理論認(rèn)為，

13、巷道(hng do)開掘后，圍巖失去了層間聯(lián)系。在上覆巖層壓力作用下，淺部圍巖發(fā)生破壞，而在深部一定范圍內(nèi)形成自然平衡拱。自然平衡拱以上的巖體是穩(wěn)定的，錨桿的作用主要是防止破壞區(qū)圍巖垮落。錨桿所需要的承載能力由破壞巖石的重量確定，而且與巷道(hng do)斷面形狀、尺寸、埋藏深度、采動(dòng)影響程度、巖層傾角、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等有關(guān)?？梢姡匀黄胶夤袄碚搶?duì)錨桿支護(hù)作用的分析實(shí)質(zhì)上是懸吊作用，并提供了計(jì)算圍巖破壞范圍的方法。第63頁/共104頁第六十四頁，共104頁。第64頁/共104頁第六十五頁，共104頁。第65頁/共104頁第六十六頁，共104頁。第66頁/共104頁第六十七頁，共104頁。第67頁/

14、共104頁第六十八頁，共104頁。22225. 0LqBtK1tqKBL125 . 0第68頁/共104頁第六十九頁，共104頁。第69頁/共104頁第七十頁，共104頁。第70頁/共104頁第七十一頁，共104頁。第71頁/共104頁第七十二頁，共104頁。第72頁/共104頁第七十三頁，共104頁。包括(boku)以下幾方面：巷道圍巖巖性和強(qiáng)度。包括(boku)煤層厚度、傾角、抗壓強(qiáng)度；頂?shù)装鍘r層分布，強(qiáng)度。地質(zhì)構(gòu)造和圍巖結(jié)構(gòu)。巷道周圍比較大的地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶曲等的分布，對(duì)巷道的影響程度。巷道圍巖中不連續(xù)面的分布狀況，如分層厚度和節(jié)理裂隙間距的大小，不連續(xù)面的力學(xué)特性等。第73頁/共1

15、04頁第七十四頁，共104頁。第74頁/共104頁第七十五頁，共104頁。第75頁/共104頁第七十六頁，共104頁。（3） 錨桿支護(hù)需要(xyo)確定的主要參數(shù)l金屬網(wǎng)形式(xngsh)、規(guī)格和強(qiáng)度；l錨索種類；l錨索幾何參數(shù)(直徑、長度)；l錨索力學(xué)參數(shù)(抗拉強(qiáng)度、延伸率)；l錨索密度，即錨索間、排距；l錨索安裝角度；l錨索孔直徑，錨固方式和錨固長度；l錨索預(yù)緊力；l錨索組合構(gòu)件形式(xngsh)、規(guī)格和強(qiáng)度。第76頁/共104頁第七十七頁，共104頁。第77頁/共104頁第七十八頁，共104頁。第78頁/共104頁第七十九頁，共104頁。第79頁/共104頁第八十頁，共104頁。第80頁

16、/共104頁第八十一頁，共104頁。第81頁/共104頁第八十二頁，共104頁。第82頁/共104頁第八十三頁，共104頁。第83頁/共104頁第八十四頁，共104頁。第84頁/共104頁第八十五頁，共104頁。第85頁/共104頁第八十六頁，共104頁。第86頁/共104頁第八十七頁，共104頁。第87頁/共104頁第八十八頁，共104頁。第88頁/共104頁第八十九頁，共104頁。第89頁/共104頁第九十頁，共104頁。一是及時(shí)給錨桿施加較大的預(yù)緊力，并通過托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力有效擴(kuò)散；二是采用加長錨固或全長錨固，使桿體對(duì)圍巖離層、錯(cuò)動(dòng)非常敏感，能及時(shí)抑制離層與錯(cuò)動(dòng)的產(chǎn)生(chns

17、hng)。特別是錨桿的預(yù)緊力在支護(hù)系統(tǒng)中起決定性作用。第90頁/共104頁第九十一頁，共104頁。第91頁/共104頁第九十二頁，共104頁。高強(qiáng)度到高剛度、高預(yù)應(yīng)力支護(hù)的跨越。第92頁/共104頁第九十三頁，共104頁。第93頁/共104頁第九十四頁，共104頁。越大，錨桿的工作阻力越高，但錨桿直徑加大后，錨桿的材料成本亦隨之加大，樹脂藥卷用量及成本則相應(yīng)減少。錨桿全長錨固，且錨孔直徑一定時(shí)，錨桿直徑由14mm增加到22mm時(shí)，錨桿的錨固力可提高147%，而錨固成本僅增加13% 。因此(ync)，適當(dāng)增加錨桿直徑，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是十分有利的。第94頁/共104頁第九十五頁，共104頁。第9

18、5頁/共104頁第九十六頁，共104頁。體及螺母的材質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求或是尾部絲扣及螺母絲扣的精度和強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)巷道壓力較大時(shí)，將從最薄弱的環(huán)節(jié)處破壞。二是焊接桿體的焊口及左旋麻花錨桿的擋圈焊口處破壞了桿體原來的韌性，桿體受拉時(shí)最易被損壞。應(yīng)盡量不用焊接桿體，焊擋圈時(shí)不得燒壞桿體。（4）錨固構(gòu)件強(qiáng)度低，與錨桿桿體強(qiáng)度和錨固力的設(shè)計(jì)不相適應(yīng)。如托板、鋼帶（托梁）和網(wǎng)等。第96頁/共104頁第九十七頁，共104頁。拌中相當(dāng)于在錨固劑配料中加入了粉塵和水，也會(huì)削弱錨固劑的強(qiáng)度。安裝錨桿前應(yīng)先清凈孔內(nèi)的粉塵和積水，以保證錨固劑的強(qiáng)度。（4）放錯(cuò)錨固劑順序。有時(shí)錨桿采用加長錨固，分別采用不同反應(yīng)速度的錨固劑，速度快的放在孔底，若安裝時(shí)錨固劑放入的順序不正確，將會(huì)導(dǎo)致錨桿安裝不到底或沒有充分?jǐn)嚢瓒^固劑已凝固，影響到錨固長度和錨固力。作業(yè)人員安裝錨固劑時(shí)應(yīng)認(rèn)真負(fù)責(zé)，看清錨固劑的型號(hào)和速度標(biāo)記。第97頁/共104頁第九十八頁，共104頁。第98頁/共104頁第九十九頁，共104頁。涌水量小于128mL/min時(shí)，樹脂錨桿的錨固力均能達(dá)到120kN，但隨著錨桿支護(hù)頂板淋水量的逐步增加，頂板錨桿錨固力逐漸下降，當(dāng)鉆孔(zun kn)的涌水量大于583 mL/min時(shí)，樹脂錨桿的錨固