采礦課件第七章巷道支持

河南理工大學

《采煤概論》精品課程第7章巷道支護本意章主要內(nèi)容第7章巷道支護第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念第二節(jié)巷道支護及其材料第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念一、巷道圍巖壓力地下巖體在開挖以前，由于自重和構造所引起的應力是處于平衡狀態(tài)。當開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應力平衡狀態(tài)，就會引起巖體內(nèi)部應力的重新分布。表現(xiàn)為巷硐周圍煤、巖體產(chǎn)生移動、變形甚至破壞，直到煤、巖體內(nèi)部形成一個新的應力平衡狀態(tài)為止。在此過程中，巷道本身或安設在其中的支護物會受到各種力的作用。這種由于在地下煤巖中進行采掘活動而在井巷、硐室及回采工作面周圍煤、巖體中和其中的支護物上所引起的力，就叫做“礦山壓力”。第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念在礦山壓力的作用下，會引起各種力學現(xiàn)象，如頂板下沉，底板臌起，巷道變形后斷面縮小，巖體破壞散離甚至大面積冒落，煤被壓松產(chǎn)生片邦或突然拋出，支架嚴重變形或損壞，充填物被壓縮，以及大量巖層移動地表塌陷等等。這些由于礦山壓力作用，使圍巖、煤體和各種人工支護物產(chǎn)生的種種力學現(xiàn)象，統(tǒng)稱為“礦山壓力顯現(xiàn)”。圍巖膨脹、崩解體積增大而施加于支護上的壓力，稱為膨脹壓力。膨脹壓力與變形壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹而引起的。從現(xiàn)象上看，屬于變形壓力范疇，但兩者的變形機制截然不同，前者是指與水發(fā)生物理化學反應，后者主要是圍巖應力與結(jié)構效應。第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念二、影響巷道圍巖壓力的地質(zhì)因素影響圍巖壓力的因素很多，通?？煞譃榈刭|(zhì)、開采和支護等類，影響圍巖壓力的地質(zhì)因素有：原巖應力狀態(tài)、圍巖力學性質(zhì)及巖體結(jié)構等。(1)原巖應力狀態(tài)原巖應力是引起圍巖變形、破壞的基本作用力。原巖應力隨開采深度的增加而增長。所以，隨采深的增加，巷道圍巖壓力會明顯增長。原巖體中主應力的大小和方向不同，對巷道的影響作用不同，也直接影響到圍巖壓力。(2)圍巖力學性質(zhì)圍巖力學性質(zhì)是指它的強度(包括抗壓、抗拉、抗剪等各種強度和粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ等值)和變形性質(zhì)及其它力學屬性。不言而喻，強度小的巖體，圍巖壓力必然大，反之亦然。C、φ值大的巖體，其圍巖壓力小，反之亦然。其中φ的影響要較c大。巖體的變形性質(zhì)是指它的彈性、塑性和粘性。巖體的塑性變形和粘性流動是影響圍巖壓力大小的重要因素，許多圍巖壓力較大的巷道，常常是由它引起的。第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念(3)巖體結(jié)構當結(jié)構面強度遠小于結(jié)構體強度時，結(jié)構對圍巖壓力的影響極大。通常巖體破壞首先從弱面開始，這是圍巖壓力在節(jié)理和層理等弱面發(fā)育區(qū)、破壞帶、斷層和褶皺區(qū)顯現(xiàn)強烈的重要原因。由于層狀巖體具有定向弱面，所以層狀巖體的走向和傾角也與圍巖壓力密切相關。如果巖層走向與巷道軸向平行或夾角很小，則巖體結(jié)構容易與巷道軸線形成不穩(wěn)定的松動體，因而圍巖壓力大。水平巖層沿巷道側(cè)幫的穩(wěn)定性較好，因而幫壓較小，而頂壓較大。(4)膨脹壓力的影響因素影響膨脹壓力的因素主要有巖石的組成與膠結(jié)狀態(tài)，物理化學性質(zhì)，圍巖中水分的補給狀況，水與巖石的接觸條件，支護和充填層的可塑性等。第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念三、巷道礦壓控制原理巷道中的礦壓顯現(xiàn)是客觀的自然現(xiàn)象，除了一些特殊情況外，在采掘過程中企圖完全消除這種現(xiàn)象是不可能的。然而在掌握巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎上，以巖石力學理論為指導，有可能在不同程度上減輕礦壓顯現(xiàn)對巷道的危害，從而達到安全生產(chǎn)和取得較好技術經(jīng)濟效果的目的，這是巷道礦壓控制的基本任務。第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念巷道礦壓控制的三類方法及途徑：第一類：巷道保護

第二類：巷道支護第三類：巷道維護（維修）目前所采用的各種礦壓控制方法，從其對付礦壓的原理來看不外“抗壓”、“讓壓”、“躲壓”、“移壓”等幾種。巷道礦壓控制基本原理及途徑控制方法基本原理具體措施舉例主要優(yōu)缺點抵抗礦壓（抗壓）提高支架的支撐能力或支護密度，用加強支護的手段去抑制或減少圍巖移動，增強巷道抗變形能力以對付礦壓的作用1.增大型鋼重量，提高支架承載能力2.增加支護密度3.充填支架背后空間巷道布置地點及掘進時間可不受限制，但為此要消耗大量支護材料，支護勞動量大，使開采費用大幅度提高忍讓礦壓（讓壓）在采用適當支護措施和保持支架本身不遭受嚴重破前提下，容忍圍巖產(chǎn)生一定變形，以釋放掉一些能量（也稱應力釋放）1.采用有一定工作阻力的大可縮支架2.為巷道受壓收縮預留備用斷面3.容忍巷道底鼓然后進行機械化起底可在一定程度上利用圍巖自承力，減輕支架受載，應用得當可實現(xiàn)無維修護巷，對生產(chǎn)極為有利，但會增加支架結(jié)構的復雜性或多支出掘進與起底費用躲避礦壓（躲壓）將巷道布置在應力經(jīng)重新分布后巖體已處于卸載狀態(tài)的天然低應力區(qū)，從時間上和空間上躲開高壓力的作用1.在煤體邊緣或煤體下放的低壓區(qū)內(nèi)布置巷道2.錯過高壓作用的時間，等壓力充分穩(wěn)定后再掘巷可在不同程度上減輕巷道受壓，有利于支護工作，但有時要多開一些輔助巷道（如聯(lián)絡眼等），或要求延遲掘進時間，不利于采掘接替工作轉(zhuǎn)移礦壓（移壓）通過人為方法使巷道圍巖受到松動，形成卸載槽孔或其他形式的卸載空間，迫使載荷轉(zhuǎn)移到離巷道較遠的地點，達到減輕巷道受壓的目的1.在巷道或底板中形成卸載槽孔2.寬面掘進或在巷旁故意留出卸載空間3.用跨采工作面使巷道得到卸載巷道布置地點及掘進時間可不受限制，但要增加與采用卸載措施有關的額外費用第二節(jié)巷道支護及其材料傳統(tǒng)的巷道支護有木支護、料石及混凝土砌碹、礦工鋼支護、U型鋼支護。目前，廣泛采用的有錨桿支護以及噴射混凝土支護。一、木材支架

二、料石和混凝土砌碹三、金屬支架：承載能力大，可多次復用，儲運方便，安裝容易及迅速等優(yōu)點。料石支護的基本形狀金屬屬支支架架第二二節(jié)節(jié)巷巷道道支支護護及及其其材材料料①礦礦用用工工字字鋼鋼剛剛性性支支架架②微微拱拱形形剛剛性性金金屬屬支支架架③礦礦用用工工字字鋼鋼梯梯形形可可縮縮性性支支架架④U型型鋼鋼拱拱形形可可縮縮性性支支架架⑤U型型鋼鋼梯梯形形可可縮縮性性支支架架四、、錨錨桿桿支支護護1.普普通通圓圓鋼鋼粘粘結(jié)結(jié)式式錨錨桿桿2．．可可拉拉伸伸錨錨桿桿3．．高高強強度度和和超超高高強強度度錨錨桿桿4．．管管縫縫式式錨錨桿桿5．．可可切切割割錨錨桿桿和和可可回回收收錨錨桿桿6．．桁桁架架錨錨桿桿7．．組組合合錨錨桿桿第二二節(jié)節(jié)巷巷道道支支護護及及其其材材料料五、、噴噴射射混混凝凝土土支支護護噴射射混混凝凝土土支支護護是是用用噴噴射射機機將將混混凝凝土土混混合合物物噴噴射射在在巖巖石石表表面面上上硬硬化化而而成成的的一一種種支支護護。。先先將將砂砂、、石石過過篩篩，，按按配配合合比比和和水水泥泥一一同同送送入入攪攪拌拌機機內(nèi)內(nèi)攪攪拌拌，，然然后后用用礦礦車車將將拌拌合合料料運運送送至至工工作作面面，，經(jīng)經(jīng)上上料料機機裝裝入入以以壓壓縮縮空空氣氣為為動動力力的的噴噴射射機機，，在在經(jīng)經(jīng)輸輸料料管管吹吹送送到到噴噴頭頭處處與與水水混混合合后后噴噴射射在在巖巖面面上上。。六、、錨錨噴噴支支護護錨桿桿和和噴噴射射混混凝凝土土雖雖各各有有優(yōu)優(yōu)點點，，但但也也都都有有不不足足之之處處。。錨錨噴噴聯(lián)聯(lián)合合支支護護，，恰恰能能做做到到使使二二者者取取長長補補短短，，互互為為補補充充，，是是一一種種性性能能更更好好的的支支護護形形式式。。錨錨桿桿與與其其穿穿過過的的巖巖體體形形成成承承載載加加固固拱拱，，噴噴射射混混凝凝土土的的作作用用則則在在于于封封閉閉圍圍巖巖，，防防止止風風化化剝剝落落，，和和圍圍巖巖結(jié)結(jié)合合在在一一起起，，對對錨錨桿桿間間的的表表面面巖巖石石起起支支護護作作用用。。思考考題題1．．什什么么是是巷巷道道圍圍巖巖壓壓力力，，其其影影響響因因素素有有哪哪些些？？2．．簡簡述述巷巷道道礦礦壓壓控控制制的的途途經(jīng)經(jīng)和和方方法法？？3．．簡簡述述金金屬屬支支架架的的類類型型及及使使用用條條件件？？4．．簡簡述述噴噴射射混混凝凝土土支支護護的的特特點點？？5．．什什么么是是錨錨桿桿支支護護，，從從錨錨固固方方式式、、錨錨固固長長度度方方面面錨錨桿桿支支護護如如何