回采巷道礦壓理論

§8.1煤層巷道開掘的位置和時間§8.2回采巷道圍巖變形量預計方法§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法§8.4回采巷道支護設計方法第八章回采巷道礦壓理論《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.1煤層巷道開掘的位置和時間8.1.1再談支承壓力分布①當σ峰值﹥σc時塑性破壞狀態(tài)(邊緣)②基本頂裂斷后形成內(nèi)、外應力場③

我國目前開采狀況●深度通常100m～600m●大部分回采工作面煤體邊緣進入了塑性狀態(tài)●一些煤體邊緣始終處于彈性變形狀態(tài)●支承壓力分布呈單調曲線，高峰在煤體邊緣上《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間煤體邊緣處于彈性狀態(tài)條件下的沿空留巷方案特點①基本頂裂斷，頂板下沉量?、趶椥宰冃螤顟B(tài)，頂板下沉量小、幫壓?、壑С袎毫Ω叻?，巷道底膨量小結論：在無內(nèi)應力場條件下，采用沿空留巷維護一般是比較容易（特別是在有相應的支護手段時）圖8.1在煤體邊緣處《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.1煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下留巷的圍巖狀況8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷開掘的位置和時間●煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)如圖8.2①上區(qū)段工作面后方支承壓力高峰在煤體邊緣②下區(qū)段工作面前方疊加支承壓力高峰仍在煤體邊緣或進入煤體內(nèi)部●可能送巷位置有3種：沿空送巷（位置1）、小煤柱的送巷（位置2）大煤柱送巷（位置3）●實踐表明，基本頂觸矸后沿空送巷是比較合理的。8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.2煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下側向煤體上支承壓力分布Ⅰ—上區(qū)段工作面后方側向煤體上支承壓力分布Ⅱ—下區(qū)段工作推進時疊加支承壓力分布（高峰在煤體邊緣）Ⅲ—下區(qū)段工作面推進時疊加支承壓力分布（高峰進入體內(nèi)煤部）8.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間上區(qū)段采空區(qū)123ⅠⅡⅢ《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷開掘的位置和時間

●

觸矸前,基本頂回轉來壓時頂板下沉大圖（a）●觸矸后,不受頂板顯著運動影響圖（b）沿空送巷煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)條件下應在基本頂觸矸后（a）基本頂觸矸前送巷(b)基本頂觸矸后送巷結論圖8.3送巷時間對巷道頂板下沉的影響《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.4巷道受采動影響的過程a—巖層處于相對穩(wěn)定狀態(tài)階段b—巖層顯著運動階段c—覆巖穩(wěn)定階段d—壓力疊加階段→工作面后方兩側煤體上支承壓力分布隨覆巖運動發(fā)展的過程包括四個階段。圖8.48.1.2煤體處于彈性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間(a)(b)(c)(d)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.3

煤體邊緣進入塑性狀態(tài)時巷道開掘位置和時間沿空留巷方案●圖8.4（c）

①煤體邊緣進入塑性破壞狀態(tài)②留巷的頂板下沉、底板膨起、兩幫移近都較大③留巷在頂板活動穩(wěn)定后處于應力降低區(qū)，改善巷道維護狀況●沿空留巷優(yōu)點與送巷比，巷道掘進率低，掘進工程量和掘進費用少保證回采工作的連續(xù)性，利于集中生產(chǎn)，改善采掘接替關系③可避免因地質變化造成的停采待掘現(xiàn)象，能提高工作面單產(chǎn)《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷的位置和時間①頂板運動和支承壓力分布對送巷的位置和時間的影響

決定于決定于送巷位置

送巷時間

內(nèi)應力場的范圍基本頂運動的發(fā)展過程巷道變形明顯變形負指數(shù)規(guī)律衰減隨時間延長應力重新分布過程②不同送巷位置和時間時的礦壓顯現(xiàn)與護巷效果《礦山壓力與巖層控制》精品課件送巷的位置和時間●根據(jù)厚煤層分層開采時上下區(qū)段及各分層工作面間的銜接關系，厚煤層中、下分層送巷方式主要有四種，如圖8.9圖8.9厚煤層中下分層送巷方式a—在上分層已穩(wěn)定附近無煤柱影響的采空區(qū)下方送巷b—在上分層一側采空的煤體邊緣附近送巷c—在上分層兩側采空的煤柱邊緣附近送巷d—在本分層煤體邊緣送巷(a)(b)(c)(d)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開掘位置和時間①在上分層已穩(wěn)定附近無煤柱影響的采空區(qū)下方送巷◆

巷道處于靜壓狀態(tài)◆只受本分層工作面回采時超前壓力的作用◆若圍巖為中等穩(wěn)定以上，其維護狀況一般都較好

→受采動影響期間圍巖變形速度一般為0.8mm/d～1.0mm/d

→受采動影響的圍巖變形量120mm左右

→巷道整個服務期間的變形量一般為200mm～400mm如圖8.10所示《礦山壓力與巖層控制》精品課件1—位于上分層已穩(wěn)定的采空區(qū)下方；2—位于上分層一側采空的煤柱邊緣下方圖8.10厚煤層中下分層巷道圍巖變形10203040506070809010020010004812距工作面(m)2121頂?shù)装逡平?mm)頂?shù)装逡平俣?mm/d)B128.1.4厚煤層中、下分層巷道開掘位置和時間《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開掘位置和時間②在上分層一側采空的煤柱邊緣附近送巷●上分層煤體邊緣至基本頂觸矸點之間的

只受垮落矸石重量的作用

不再受頂板活動的動力作用垂直方向和水平方向均處于卸壓狀態(tài)送巷后的變形量較小●中下分層巷道布置要求在基本頂顯著運動結束后與上分層巷道重疊布置，但內(nèi)錯位置不能超過基本頂觸矸點。下分層煤體上分層工作面基本頂顯著運動結束后《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開掘位置和時間③上分層兩側采空的煤柱邊緣附近送巷

●上分層兩側采空的煤柱（寬度不太大）上：支承壓力較大，受下分層回采影響后又會升高

沿煤柱邊緣下方掘進的下分層巷道周圍煤體穩(wěn)定性極差

●改善巷道維護狀況

巷道與上分層兩側已采煤柱之間保持5～10m的水平距離頂壓、側壓較大底膨非常嚴重《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開掘位置和時間④在本分層（中下分層）煤體邊緣送巷

●

受上分層工作面和本分層相鄰工作面回采影響：

a煤體邊緣處于高度卸壓狀態(tài)

b上覆巖層顯著運動后沿空掘巷應力擾動很小●

中下分層在內(nèi)應力場中留小煤柱送巷的效果不如上分層：

a中下分層煤體受多次采動影響

b送巷后削弱了煤體的支撐能力

c煤體將處于塑性流動狀態(tài)

d巷道圍巖變形量很大，支護困難

《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.1.4厚煤層中、下分層巷道開掘位置和時間厚煤層中下分層沿空留巷●厚煤層（特別是其中下分層）沿空留巷圍巖變形量大

巷道維護困難對支架縮量和承載能力要求較高●中分層沿空留巷狀況頂?shù)装逡平磕苓_到采厚的30%～50%

斷面收縮率高達35%～50%特點《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.2回采巷道圍巖變形量預計方法8.2.1巷道圍巖變形過程及組成（1）沿空留巷的圍巖變形沿空留巷在整個服務期間其圍巖變形過程可分為七個階段（如圖8.13）Ⅰ.巷道開挖破壞原始應力狀態(tài)Ⅱ.應力重新分布趨向穩(wěn)定，煤層的流變性質導致圍巖變形Ⅲ.上區(qū)段工作面超前支承壓力作用下，圍巖塑性區(qū)進一步擴大Ⅳ.基本頂巖梁運動使頂板快速下沉，下沉量大Ⅴ.基本頂觸矸后，采空區(qū)矸石壓實，圍巖移近速度趨于穩(wěn)定《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.2回采巷道圍巖變形量預計方法Ⅵ.頂板活動和應力分布趨向穩(wěn)定后，圍巖仍呈現(xiàn)出流變性Ⅶ.受下區(qū)段工作面回采影響時，產(chǎn)生巷道圍巖變形ⅦⅥⅤⅣⅢⅡⅠ掘進工作面u0u1u2u3u4上區(qū)段工作面下區(qū)段工作面圖8.13沿空留巷圍巖變形過程《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.1巷道圍巖變形過程及組成（2）沿空送巷①基本頂觸矸后,內(nèi)應力場中送巷巷道的變形量為：（8.2）②沿空留巷的變形量主要由、、構成③正確選擇送巷時間是決定其變形量大小的關鍵、、

基本頂（觸矸后）（裂斷回轉來壓前）變形量遠小于留巷變形量增加《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.2

巷道圍巖變形量預計沿空留巷的圍巖變形

①主要由巖梁彎曲沉降和顯著運動引起②巷道頂板下沉量由基本頂運動的位態(tài)決定a沿空留巷上方基本頂巖梁顯著運動后形不成三鉸拱結構b巷道要經(jīng)歷覆巖運動發(fā)展到穩(wěn)定的全過程c支架不可能限制基本頂巖梁的運動，只能限制直接頂運動留巷的主要變形量的預計①實測確定基本頂巖梁運動特征參數(shù)

②特別是端部裂斷、采空區(qū)觸矸位置《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.14留巷受頂板運動影響的狀況留巷受頂板運動影響的狀況如圖8.14LChmzKmzΔh8.2.2

巷道圍巖變形量預計《礦山壓力與巖層控制》精品課件若K=KA（KA為巖石碎脹系數(shù)），則上式為巖梁彎曲下沉和顯著運動過程中的巷道變形量u2：同理，壓實矸石過程中的巷道變形：式中h—采高，m；mz—直接頂厚度，m；C—巷道中線與巖梁端部裂斷線到觸矸點間水平距離，m；L—巖梁懸跨度（端部裂斷線到觸矸點間水平距離），m；KA-—巖石碎脹系數(shù)，1.30～1.35；Kc—矸石壓實后的殘余碎脹系數(shù)，1.00～1.05。圖8.14表明以下關系：《礦山壓力與巖層控制》精品課件●受頂板活動影響造成的總變形量

●與留巷的頂板下沉量有關的因素

①采高、巖梁裂斷跨度、巷道寬度②端部裂斷線距煤體邊緣的距離（內(nèi)應力場范圍）

●

送巷的變形量取決于送巷的位置和時間

送巷的時間不同，同一位置送巷的變形量可能相差很大8.2.2

巷道圍巖變形量預計《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.3影響巷道圍巖變形量的因素地質因素

頂板條件

底板條件

開采深度基本頂巖梁的運動對留巷頂板下沉量影響大底板巖性對底膨量的影響大開采深度大，支承壓力也大煤體塑性破壞范圍就越大《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.2.3影響巷道圍巖變形量的因素開采因素①巷道開掘的位置和時間

變形量不同②支護阻力的大小

一定程度上限制圍巖變形③采高與巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平砍删€性關系增加④巷道寬度

與留巷的頂板下沉成線性增長⑤巷道高度

與頂?shù)装逡平砍删€性關系增長《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法8.3.1分類的依據(jù)影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素穩(wěn)定性地質因素生產(chǎn)技術巷道圍巖狀地應力開采影響取決于主要因素回采巷道圍巖穩(wěn)定性進行分類主要依據(jù)是影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素，圖示如下《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素①巷道圍巖強度較軟弱的圍巖巷道難以維護較堅硬的圍巖巷道易于維護《礦山壓力與巖層控制》精品課件巷道頂、底板移近率（%）同圍巖強度σ（MPa）的關系：

巷道一側采空時為

（8.8）巷道兩側為實體煤時，則

（8.9）式中H—巷道埋藏深度，m?！?.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方法8.3.1分類的依據(jù)②地應力地應力是引起圍巖變形和破壞的根本作用力圖8.19不同圍巖頂?shù)装逡平逝c巷道埋深的關系圖8.20不同圍巖頂?shù)装逡平逝c巷道埋深的關系（巷道一側采空）（巷道兩側為實體煤）1002003004005006001020304050020MPa50MPa70MPa巷道埋深H(m)頂?shù)装逡平蔏(%)1002003004005006001020304050020MPa50MPa70MPa巷道埋深H(m)頂?shù)装逡平蔏(%)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.3.1分類的依據(jù)

●一般地應力包括

→

上覆巖層的自重應力

→

地質構造應力→采動引起的集中應力目前條件下，僅考慮自重應力（γH）的影響●巷道埋深（自重應力）對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響no頂?shù)装逡平孰S之增加巷道埋深圍巖變形強烈圍巖變形較小圍巖強度較大時圍巖強度較小時《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.3.1分類的依據(jù)（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素③巖體完整性

●反映地質弱面和構造的程度●以巖體完整性指數(shù)表示

目前，適于煤系地層特點的指標

圍巖的節(jié)理裂隙間距與分層厚度表示巖體完整性《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.21頂板垮落高度與裂隙數(shù)目的關系（蘇聯(lián)）圖8.22垮落巖石量與50m厚頂板巖層分層厚度的關系（蘇聯(lián)）0510152025300.51.01.5暴露工作面1米的裂隙數(shù)(條)頂板冒落高度(m)有層面滑動兩組或多組裂隙一組裂隙73111519050100150200250頂板巖層分層數(shù)目(層)冒落巖石體積(m)38.3.1分類的依據(jù)頂板垮落狀況與頂板裂隙和分層厚度有密切關系

圖8.21、圖8.22

《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.3.1分類的依據(jù)圖8.23直接頂初次垮落步距同節(jié)理裂隙間距、分層厚度的關系圖8.24頂?shù)装逡平逝c煤柱寬度的關系直接頂初次垮落步距與節(jié)理裂隙間距及分層厚度有密切關系：《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.1分類的依據(jù)（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素④開采影響●移動支承壓力是回采巷道圍巖變形和破壞的主要原因●反映開采影響的指標→直接頂厚度與采高的比值（N）反映基本頂來壓的強度→護巷煤柱寬度巷道圍巖變形率與煤柱寬度的典型曲線可表示為

—

圍巖變形率；X—護巷煤柱寬度；a、b

—常數(shù)（隨巷道圍巖狀況不同而不同）；C

—圍巖變形曲線峰值處的煤柱寬度。《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.1分類的依據(jù)（1）影響煤巷圍巖穩(wěn)定性的因素⑤其它影響因素●巷道圍巖變形量與巷道斷面尺寸正比

●地下水對巷道圍巖穩(wěn)定性影響地下水對相當數(shù)量的巖石有軟化和泥化作用圍巖移近率

巷道寬度（或高度）增加而增加即頂?shù)装澹ɑ騼蓭停┮平颗c巷道高度（或寬度）的比值《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.2分類指標分類指標的原則科學性和實用性分類指標

①圍巖強度指標以頂板強度（σ頂）表示②煤層強度（σ煤）③底板強度（σ底）④埋藏深度（H）表示自重應力的指標⑤巖體完整性指數(shù)D以直接頂初次垮落步距（L）表示⑥直接頂厚度與采高比值（N）表示開采影響的指標⑦護巷煤柱寬度（X）《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟巷道圍巖穩(wěn)定性受多因素、多指標的影響現(xiàn)代的模糊聚類分析方法①分類指標原始數(shù)據(jù)的預處理巷道圍巖穩(wěn)定性與其影響因素的關系線性關系

在進行分類或預測巷道類別時對原始數(shù)據(jù)進行預處理盡可能轉換成！《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟②數(shù)據(jù)標準化目的消除分類指標量綱及絕對值大小之間差別的影響a無量綱化，公式為（8.20）式中X′—無量綱化后的原始數(shù)據(jù)；x、c—原始數(shù)據(jù)的平均值和標準差；X—原始數(shù)據(jù)?！兜V山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟②數(shù)據(jù)標準化B將數(shù)據(jù)壓縮到0與1之間，公式為（8.21）式中X″—無量綱化后壓縮到0與1之間的原始數(shù)據(jù)；—無量綱化后的最大、最小原始數(shù)據(jù)

③分類指標加權處理區(qū)分各指標對圍巖穩(wěn)定性的影響程度在各指標經(jīng)標準化數(shù)據(jù)上乘以相應的權值

minmax,XX￠￠采用多元回歸分析法確定的目的

加權方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件（1）分類基本步驟分類指標加權處理7個分類指標的權值示于表8.4④標定標定就是計算出衡量被分類對象間相似程度的統(tǒng)計量rij(i，j=1,2,…，n。n為被分類對象的個數(shù))，從而確定論域U上的模糊關系矩陣R。表8.4分類指標的權值指標σ頂σ煤σ底NHWD權值0.1100.0300.2100.1100.1220.3000.118§8.3.3分類方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（1）分類基本步驟⑤聚類→以模糊相似矩陣為基礎→以不同的閥值（λ）進行截取，從而得到不同的分類《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（2）分類結果模糊聚類方法分析將巷道圍巖穩(wěn)定性分為5類

非常穩(wěn)定（Ⅰ）、穩(wěn)定（Ⅱ）、中等穩(wěn)定（Ⅲ）、不穩(wěn)定（Ⅳ）、極不穩(wěn)定（Ⅴ）（3）巷道類別的識別●以模糊聚類分析方法對巷道穩(wěn)定性分類為基礎

●巷道類別識別采用模糊綜合評判方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.3.3分類方法（3）巷道類別的識別各類別的聚類中心列于表8.5表8.5各指標線性化后的聚類中心巷道類別σ頂σ煤σ底NH（m）WD（m）Ⅰ0.1026(95MPa)0.201(25MPa)0.1291(60MPa)0.03260024.3Ⅱ0.1414(50MPa)0.2357(18MPa)0.169(35MPa)2.353000.10514.9Ⅲ0.1826(30MPa)0.2887(12MPa)0.2887(12MPa)3.103800.36510.3Ⅳ0.1491(45MPa)0.251(16MPa)0.1826(30MPa)2.653400.57611.9Ⅴ0.201(25MPa)0.3015(11MPa)0.3015(11MPa)3.194100.7659.7《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.4回采巷道支護設計8.4.1巷道支架對圍巖的工作狀態(tài)●選擇支架對圍巖的工作狀態(tài)是支護設計的基礎●如圖8.25為在內(nèi)應力場中送巷的方案圖8.25上覆巖層在工作面?zhèn)认颍ㄆ矫婀ぷ髅娴钠拭嫔希┑倪\動狀況《礦山壓力與巖層控制》精品課件§8.4回采巷道支護設計8.4.1巷道支架對圍巖的工作狀態(tài)●應在基本頂觸矸后送巷，以避免由基本頂顯著運動給巷道造成很大的頂板下沉量●巷道支護對基本頂起到給定變形作用a避免直接頂與基本頂出現(xiàn)離層現(xiàn)象，盡可能減少巷道圍巖變形量；b確保直接頂有較好的穩(wěn)定性，保證安全生產(chǎn)。圖8.25表明《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.2巷道支護類型的選擇合理的巷道支護設計巷道支護必須適應基本頂巖梁的沉降支護類型的選擇（1）木支護

特點

適用性適應性較強；不適于圍巖變形大、淋水、服務時間長、易自燃煤層的巷道

一般允許圍巖相對移近200mm左右《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.2巷道支護類型的選擇支護類型的選擇（2）拱形及環(huán)形可縮性金屬a支架金屬支架承載能力大b可多次復用c具有較大的可縮量拱形可縮性支架是目前可縮性支架中應用最廣的一種形式（3）梯形金屬支架開采深度不大、斷面小、壓力不太大的巷道特點

適用性《礦山壓力與巖層控制》精品課件a—三節(jié)式拱形；b—四節(jié)式拱形c—五節(jié)式拱形；d—加高式e—非對稱式；f—帶底拱的封閉式g—圓形；h—方環(huán)形

我國試驗和推廣應用的拱形和環(huán)形金屬可縮性支架如圖8.6所示。圖8.26拱形和環(huán)形金屬可縮性支架結構形式8.4.2巷道支護類型的選擇《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.2巷道支護類型的選擇支護類型的選擇（4）錨桿支護作用支護效果加固底板（底板松軟時）與錨固力大小和圍巖性質、結構等有關加固巷道頂板和兩幫《礦山壓力與巖層控制》精品課件

1—頂板金屬錨桿2—煤幫中木錨桿圖8.27煤層巷道錨桿支護頂板巖層多用金屬錨桿，煤幫多用普遍木錨桿或壓縮木錨桿《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.3支護方式確定的原則（1）采用聯(lián)合支護方式

①錨桿和棚子聯(lián)合支護

②巷內(nèi)永久加強支護

③巷內(nèi)臨時加強支護

④巷內(nèi)支架和巷旁支護聯(lián)合支護

1—巷內(nèi)基本支架2—巷內(nèi)臨時加強支架3—巷旁支架圖8.28巷內(nèi)支架與臨時加強支護、巷旁支護聯(lián)合支護方式圖8.28《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.3支護方式確定的原則（2）保持良好的支架工作狀態(tài)

支架的使用效果與掘巷工程質量和支護質量有關良好的壁后充填、拱形支架架間增設拉撐裝置充分發(fā)揮支架承載能力，提高穩(wěn)定性底板巖性松軟時，支架應穿“鞋”或設置底梁No《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀

→

錨桿支護是一種主動支護形式錨固平衡拱理論錨桿支護理論懸吊理論組合梁理論組合拱理論最大水平應力理論全長錨固中性點理論松動圈理論圍巖強度強化理論錨固力與圍巖變形量關系理論《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法①懸吊理論●錨桿支護作用將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。圖8.29所示●錨桿懸吊作用

a巖層的厚度、層數(shù)b巖層彎曲時相對的剛度與彈性模量c錨桿長度、密度及強度等影響因素《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.29懸吊理論示意圖8.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀②組合梁理論a巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板b可看作是由巷道兩幫作為支點的一種巖梁

c該巖梁能支承其上部的巖層載荷見圖8.30③組合拱理論●提出由蘭氏（TALang）和彭德（Pender）●理論a在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預應力錨桿時，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應力《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.30組合梁理論示意圖8.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.31組合拱理論示意圖b若錨桿間距足夠小，各個錨桿的壓應力維體相互交錯，使巷道圍巖層形成連續(xù)的組合帶（拱）

圖8.31

③組合拱理論（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀8.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀④最大水平應力理論a礦井巖層σ水平一般是σ垂直1.3~2.0倍bσ水平具有方向性cσ水平max一般為σ水平min的1.5~2.5●巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受σ水平影響圖8.32●σ水平max作用下，巷道頂?shù)装鍘r層發(fā)生剪切破壞●錨桿作用約束沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向巖層剪切錯動,須有強度大、剛度大、抗剪阻力大的高強錨桿支護系統(tǒng)因而《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.32不同巷道布置方向的應力效應8.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀⑤全長錨固中性點理論●提出由東北大學王明恕教授等●理論在靠近巖石壁面部分（錨桿尾部），錨桿阻止圍巖向壁面變形，剪力指向壁面。在圍巖深處（錨桿頭部），圍巖阻止錨桿向壁面方向移動。錨桿上的剪力指向相背的分界點，稱為中性點，該點處剪應力為零，軸向拉應力為最大。由中性點向錨桿兩端剪應力逐漸增大，軸向拉應力逐漸減少圖8.338.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.33錨桿受力曲線8.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀⑥松動圈理論●提出中國礦業(yè)大學董方庭教授●圍巖松動圈⑦圍巖強度強化理論提出中國礦業(yè)大學侯朝炯教授等巷道固有特性聲波儀或者多點位移計范圍測定存在《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（1）錨桿支護理論現(xiàn)狀⑧錨固力與圍巖變形量關系理論⑨錨固平衡拱理論圍巖塑性破壞后，錨桿加固能顯著提高圍巖的殘余強度及承載能力。圍巖變形錨桿對圍巖錨固作用穩(wěn)定平衡錨固力依賴圍巖在較高的應力狀態(tài)（能量狀態(tài)）下實現(xiàn)《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（2）采動影響的定量評價方法①煤柱尺寸與巷道圍巖變形的關系在同一地質和巷道邊界條件下煤柱寬度與巷道圍巖變形之間非簡單的線性關系②不同采動條件的應力集中系數(shù)●影響巷道兩幫破壞范圍的因素物理力學性質、埋深、巷道的服務時間、受采動影響的程度●受采動影響程度一般可用采動應力影響集中系數(shù)反映《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（3）煤巷錨桿支護基本模型●煤層巷道圍巖破壞的區(qū)域呈現(xiàn)拱狀圖8.36

●巷道破壞范圍輪廓可近似簡化為圖8.37所示的拱狀結構●滿足安全要求的煤巷描桿支護參數(shù)的確定原則①取描桿的有效長度為破壞范圍或強烈變形區(qū)范圍的1.2倍②頂板錨桿錨固力總和是頂板破壞拱或強烈變形區(qū)內(nèi)重量的2倍，并由此來確定錨桿的間、排距《礦山壓力與巖層控制》精品課件1.83m2.16m2.5m

（a）雷達探測結果（b）數(shù)值模擬結果圖8.36巷道圍巖破壞范圍8.4.4煤巷錨桿支護設計方法《礦山壓力與巖層控制》精品課件圖8.37概化定量設計模型8.4.4煤巷錨桿支護設計方法bcaL=2a《礦山壓力與巖層控制》精品課件按照破壞拱的理論可以確定巷道兩幫破壞范圍為

（8.29）式中

—巷道周邊擠壓應力系數(shù)，取

r—巷道巖層的平均容重；K—采動影響系數(shù)；—幫單向抗壓強度，MPa；h—巷道高度，m；H—埋深，m；—煤層內(nèi)摩擦角，（°）。《礦山壓力與巖層控制》精品課件8.4.4煤巷錨桿支護設計方法（4）舉例

濟寧二號礦4304頂煤最大厚度可達2.5左右（巷道高度2.8m），上部泥巖厚度為1.6m左右，煤與泥巖復合形成的軟層頂板厚度最大可達4.1m左右；同時