采場(chǎng)礦壓新理論知識(shí)

1、整理課件采場(chǎng)礦壓的理論采場(chǎng)礦壓的理論一、老頂破壞前采場(chǎng)礦壓理論一、老頂破壞前采場(chǎng)礦壓理論 在回采工作面（簡(jiǎn)稱“采場(chǎng)”）的支架所承受的載荷，一般僅有0.20.5MPa，僅為原巖應(yīng)力25%，那么，采場(chǎng)上方巖層的重量由誰來承受？又是什么結(jié)構(gòu)形式所承受？它與采場(chǎng)支架的關(guān)系？這都是采場(chǎng)礦壓解決的主要問題。該問題也是煤礦巖石力學(xué)至今尚未完全解決的問題。 下面就把有一定影響的學(xué)說，如固支梁學(xué)說、簡(jiǎn)支梁學(xué)說、薄板學(xué)說、砌體梁學(xué)說、彈性地基梁學(xué)說、梁拱學(xué)說、關(guān)鍵層學(xué)說，以及經(jīng)典的四大學(xué)說（壓力拱、懸梁、預(yù)成裂隙、鉸接巖塊）介紹如下：1、固支梁學(xué)說、固支梁學(xué)說 該學(xué)說認(rèn)為，固支梁及其以上載荷在其破斷前由該梁傳遞到

2、采場(chǎng)前方和后方煤體上，采場(chǎng)支架僅承受梁下巖層載荷。 該假說認(rèn)為，當(dāng)相鄰采區(qū)未開采或不受斷裂影響時(shí)，且回采工作面上方有強(qiáng)度高巖層存在，其下方軟巖層垮落后，不能充滿采空區(qū)，且工作面長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于跨度時(shí)，可以認(rèn)為位于工作面上方的強(qiáng)度高（硬且厚）巖層是插入前后方巖體中的無數(shù)個(gè)單位寬度的固支梁 。圖3-1工作面上方的固支梁結(jié)構(gòu)q整理課件 該假說認(rèn)為，當(dāng)相鄰采區(qū)采空或受斷裂影響時(shí)，且回采工作面上方有強(qiáng)度高巖層存在，其下方軟巖層垮落后，不能充滿采空區(qū)，且工作面長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于跨度時(shí)，可以認(rèn)為位于工作面上方的強(qiáng)度高（硬且厚）巖層如同無數(shù)個(gè)單位寬度的簡(jiǎn)支梁。2、簡(jiǎn)支梁學(xué)說、簡(jiǎn)支梁學(xué)說 該學(xué)說認(rèn)為，簡(jiǎn)支梁及其以上載荷在其垮

3、落前由該梁傳遞到采場(chǎng)前方煤體和后方煤柱上，采場(chǎng)支架僅承受梁下巖層載荷。圖3-2 簡(jiǎn)支梁受力圖LqRARB3、 “板板”學(xué)說學(xué)說a bh圖3-3 板 該學(xué)說，把煤層上方巖層看做厚度不同的巖板組成。從開切眼開始隨工作面推進(jìn)，巖板面積不斷增大，當(dāng)巖板彎矩產(chǎn)生拉應(yīng)力大于巖板抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖板破壞。垮落前采場(chǎng)在其保護(hù)之下，以上巖層載荷，通過這個(gè)板傳遞到回采空區(qū)周圍的煤壁或煤柱上去。按板的厚寬比按板的厚寬比（h/a）分為：）分為：薄板薄板：h/a1/5=0.2，極少見。整理課件二、經(jīng)典學(xué)說二、經(jīng)典學(xué)說 法國(guó)的法依歐爾于1885年提出的壓力拱假說認(rèn)為，在回采空間上方，由于巖層自然平衡（巖塊扭轉(zhuǎn)擠壓的結(jié)果），形

4、成一個(gè)“壓力拱”，前拱腳位于采面前方煤體內(nèi)，后拱腳位于采空區(qū)冒落矸石上（或充填物上），兩拱腳之間形成一個(gè)減壓區(qū)，采場(chǎng)處于減壓區(qū)內(nèi)，其支架僅承受拱內(nèi)巖石重量。隨采面推進(jìn)，壓力拱也不斷前移。當(dāng)前后拱腳巖性一樣時(shí)，壓力拱為對(duì)稱拱，否則為非對(duì)稱拱。 該假說解釋了增壓區(qū)、減壓區(qū)的存在，以及其范圍；說明了減小采場(chǎng)支架受載，應(yīng)盡可能縮小兩拱腳之間距離，如充填采空區(qū)。此假說的不足在于未給出巖層移動(dòng)（拱運(yùn)動(dòng)）的力學(xué)關(guān)系；對(duì)于采場(chǎng)出現(xiàn)的周期來壓現(xiàn)象及采場(chǎng)支架與圍巖關(guān)系未作解釋。ba12圖3-4 回采工作面壓力拱假說a前拱腳；b后拱腳；1頂板內(nèi)壓力拱軸線；2底板內(nèi)壓力拱軸線。1、壓力拱假說、壓力拱假說整理課件2、懸

5、梁假說、懸梁假說 法國(guó)人舒里茲于1867年 提出的懸梁學(xué)說，該假說假設(shè)頂板為連續(xù)的彈性介質(zhì)，頂板初次破壞后，可以看作一端固定在采面前方煤體內(nèi)的懸臂梁，當(dāng)頂板為多層時(shí)組成組合梁，隨著工作面推進(jìn)懸梁周期性折斷，形成工作面周期性壓力增大現(xiàn)象。折斷后的巖梁一端作用于采場(chǎng)支架，另一端作用于采空區(qū)冒落矸石上，采場(chǎng)支架所承受的最大載荷（給定載荷）是直接頂重量和老頂重量的一半。 該學(xué)說解釋了采場(chǎng)周期來壓現(xiàn)象；說明了工作面前方存在著支承壓力區(qū)；也說明了工作面煤壁處頂板下沉量比采空區(qū)側(cè)小、壓力小的原因。它的不足之處在于一是對(duì)上覆巖層共同作用考慮不足；二是對(duì)老頂在工作面前方斷裂無法解釋。圖3-5 懸梁結(jié)構(gòu)模型整理課

6、件3、預(yù)成裂隙假說、預(yù)成裂隙假說回采空間周圍存在三個(gè)區(qū)，即應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)和采動(dòng)影響區(qū)，且隨著采面推進(jìn)而前進(jìn)。在應(yīng)力增高區(qū)的移動(dòng)中，覆巖的連續(xù)性被破壞，形成了非連續(xù)的裂隙體。這非連續(xù)的礦壓裂隙體，因裂隙存在可以產(chǎn)生很大的變形，其特征如同塑性體，在壓緊的情況下形成“預(yù)應(yīng)力梁”。這個(gè)梁在自重及上方載荷作用下發(fā)生“塑性彎曲”，原擠緊的裂隙有可能張開或出現(xiàn)塊間相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致下沉到垮落，當(dāng)上下層下沉量不同時(shí)產(chǎn)生離層。支架要有足夠強(qiáng)度促使頂板形成預(yù)應(yīng)力梁，阻止裂隙張開、滑動(dòng)，防止產(chǎn)生離層和垮落。比利時(shí)學(xué)者阿拉巴斯提出： 該假說突出特點(diǎn)是采用非連續(xù)介質(zhì)理論，說明了巖層的穩(wěn)定、下沉、離層和垮落等現(xiàn)象。同

7、時(shí)提出了提高支架阻力的必要性。 假說不足之處有三：一是對(duì)于堅(jiān)硬或松軟巖層不可能形成預(yù)應(yīng)力梁；二是對(duì)采場(chǎng)周期來壓現(xiàn)象未做解釋；三是支架阻力多大合理未做說明。123456789101112IS SE ES SV V圖3-6 預(yù)成裂隙假說整理課件 4、 鉸接巖塊假說（庫(kù)茲涅佐夫，鉸接巖塊假說（庫(kù)茲涅佐夫，1950） i （22.5） h i ，在采空區(qū)形成不規(guī)則冒落帶，KP=1.251.50； h i i 2 h i 時(shí)，在采空區(qū)形成規(guī)則冒落帶, KP=1.051.25； i h i時(shí)，形成的巖塊之間相互咬合，運(yùn)動(dòng)相互牽制的裂隙帶。在該帶內(nèi)形成結(jié)構(gòu)，其形式為“三鉸拱”式平衡。 煤層開采后，頂板自下而

8、上分層垮落。若取頂板的i分層厚度為h i ，采空區(qū)內(nèi)剩余的空間高度為i (i為分層序號(hào)，當(dāng)i0時(shí)，即全陷法采煤的采高m)，則321m圖3-7 鉸接巖塊假說1不規(guī)則冒落帶；2規(guī)則冒落帶；3裂隙帶 該學(xué)說對(duì)覆巖進(jìn)行了細(xì)致準(zhǔn)確地分帶，并涉及到了內(nèi)部力學(xué)關(guān)系（結(jié)構(gòu)形式）。 學(xué)說的不足在于對(duì)結(jié)構(gòu)未做平衡條件的分析，未對(duì)采場(chǎng)來壓進(jìn)行解釋，對(duì)采空區(qū)上覆巖層運(yùn)動(dòng)過程及產(chǎn)生的原因考慮不足。整理課件三、三、 國(guó)內(nèi)著名采場(chǎng)礦壓理論國(guó)內(nèi)著名采場(chǎng)礦壓理論 老頂巖梁斷裂后，由于巖塊排列整齊，回轉(zhuǎn)時(shí)巖塊相互擠壓，而形成的水平力和摩擦力作用，使巖塊間以鉸鏈?zhǔn)竭B接，成為能承受一定載荷的巖塊梁結(jié)構(gòu)，叫做裂隙體梁或砌體梁。 回采工

9、作面在砌體梁的保護(hù)下，當(dāng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)，上方載荷通過該梁傳遞到前方煤壁和后方采空區(qū)矸石或煤柱上，采場(chǎng)支架僅承受巖梁下直接頂載荷。當(dāng)巖梁失穩(wěn)時(shí)，結(jié)構(gòu)將對(duì)支架產(chǎn)生沖擊載荷。圖3-8 砌體梁結(jié)構(gòu)模型a初采階段，b正?；夭呻A段(a)(b)1、 裂隙體梁理論裂隙體梁理論(錢鳴高）錢鳴高）整理課件2、傳遞巖梁理論、傳遞巖梁理論 該理論中科院院士宋振騏提出的，該學(xué)說認(rèn)為在長(zhǎng)壁回采工作面上方存在著一個(gè)能夠傳遞其上方載荷的巖層，由于該巖層跨度一般遠(yuǎn)小于工作面長(zhǎng)度，故可視為平面問題討論的梁，即所謂傳遞巖梁。 存在不足，缺少力學(xué)基礎(chǔ)的支持。S（mm)p 該理論認(rèn)為，采場(chǎng)支架可以改變巖梁的位態(tài)，即在一定頂板條件下，頂板下

10、沉量與采場(chǎng)支護(hù)反力的乘積為一常數(shù)，調(diào)節(jié)采場(chǎng)支護(hù)強(qiáng)度可以改變采場(chǎng)的頂板下沉量。為此，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)測(cè)頂板下沉量和支護(hù)阻力做為依據(jù)，通過增大或縮小支架的初撐力，改變采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)。圖3-9 支護(hù)強(qiáng)度與頂板下沉關(guān)系整理課件3、 彈性地基梁理論彈性地基梁理論 上世紀(jì)80年代，原山東礦院宋振騏等人在棗莊礦務(wù)局柴里煤礦礦壓觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，老頂來壓前，在工作面上下出口處，頂板出現(xiàn)上升，即“回彈”或“反彈”現(xiàn)象。為了解釋該現(xiàn)象有的學(xué)者提出了“彈性地基梁假說”。 該學(xué)說把位于回采工作面上方的一層或多層老頂視為在煤層走向方向上被較松軟的巖層夾支在其中的平面應(yīng)變梁，梁的長(zhǎng)度在采面推進(jìn)方向可以認(rèn)為是無限長(zhǎng)，在采空區(qū)方向則為已

11、經(jīng)斷裂的巖塊所支撐 。滿足Winkler彈性地基假定，即式中 p由于采動(dòng)作用于老頂?shù)臄_動(dòng)壓力； y老頂豎向位移； k彈性地基系數(shù)，其大小與軟層性質(zhì)有關(guān)。kyp整理課件 當(dāng)巖梁存在于上下均為軟巖層時(shí)，巖梁的最大彎距位于回采工作面前方，根據(jù)彈性力學(xué)推導(dǎo)，得到了巖梁斷裂前和巖梁斷裂后的彎矩和下沉如圖所示。由該圖可以看出： 在斷裂處附近產(chǎn)生很大彎矩，導(dǎo)致頂板很大下沉；當(dāng)巖梁斷裂后，在斷裂處前面巖梁（板）所受彎矩變小，導(dǎo)致具有彈性頂板“反彈”。當(dāng)工作面前方的順槽以及中巷均監(jiān)測(cè)到頂板“反彈”信息，說明反彈處后面頂板已經(jīng)斷裂，當(dāng)工作面推近斷裂處有可能來壓，必須做好防止來壓災(zāi)害工作。 在斷裂處出現(xiàn)反彈的同時(shí)在

12、前方一定區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)壓縮現(xiàn)象。要加強(qiáng)巷道超前支護(hù)質(zhì)量，減小巷道變形或防止破壞。斷裂處反彈區(qū)壓縮區(qū)破斷前彎距破斷后彎距破斷前下沉破斷后下沉MLy圖3-10 老頂?shù)臄_動(dòng)整理課件4、 關(guān)鍵層理論關(guān)鍵層理論 采場(chǎng)上方存在著對(duì)采場(chǎng)上覆全部巖層或局部巖層活動(dòng)起控制作對(duì)采場(chǎng)上覆全部巖層或局部巖層活動(dòng)起控制作用的巖層，前者稱為主關(guān)鍵層，后者為亞關(guān)鍵層。用的巖層，前者稱為主關(guān)鍵層，后者為亞關(guān)鍵層。關(guān)鍵層有如下特點(diǎn)：幾何特征，相對(duì)其他同類巖層單層厚度較厚；巖性特征，相對(duì)其他巖層較為堅(jiān)硬，即彈性模量大，強(qiáng)度高；變形特征，關(guān)鍵層下沉變形時(shí)，其上覆全部或局部巖層的下沉量同步諧調(diào)；破斷特征，關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致全部或局部上

13、覆巖層的同步破斷，引起較大范圍的巖層移動(dòng)。承載特征，關(guān)鍵層破斷前以“板”或“梁”的結(jié)構(gòu)形式作為全部巖層或局部巖層的承載主體，破斷后成為砌體梁結(jié)構(gòu)，繼續(xù)承載。整理課件5、 拱梁結(jié)構(gòu)理論拱梁結(jié)構(gòu)理論 該學(xué)說認(rèn)為，采場(chǎng)上方的結(jié)構(gòu)是隨著采場(chǎng)上方巖體強(qiáng)度而變化的。為此，該學(xué)說根據(jù)覆巖強(qiáng)度劃分為3個(gè)具有代表意義的區(qū)間，形成三個(gè)力學(xué)模型，以便于針對(duì)性礦壓控制和解釋其現(xiàn)象。第一模型描述的強(qiáng)度低的結(jié)構(gòu)巖層，結(jié)構(gòu)為小巖塊擠壓而成，其傳遞力跡線像一個(gè)半拱，稱之為“類拱”結(jié)構(gòu)。第二模型描述的強(qiáng)度中等的結(jié)構(gòu)巖層，結(jié)構(gòu)為多個(gè)巖塊規(guī)則排列、擠壓而成的，其傳遞力跡線呈折線狀，結(jié)構(gòu)中巖塊個(gè)數(shù)隨巖體強(qiáng)度和厚度而變化，位于“類拱”

14、和“梁式”結(jié)構(gòu)之間，稱之為“拱梁”結(jié)構(gòu)。第三模型描述的強(qiáng)度很高的結(jié)構(gòu)巖層，結(jié)構(gòu)為23巖塊擠壓而成，稱之為“梁式”結(jié)構(gòu)。 基于梁拱結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，開發(fā)了“采場(chǎng)頂板控制設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”。計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)輸入的柱狀圖自動(dòng)識(shí)別結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)形式和預(yù)計(jì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而作出科學(xué)的控制措施。整理課件一、一、 直接頂分類直接頂分類采場(chǎng)頂?shù)装宸诸惒蓤?chǎng)頂?shù)装宸诸愵悇e指標(biāo)1類不穩(wěn)定頂板2類中等穩(wěn)定頂板3類穩(wěn)定頂板4類非常穩(wěn)定頂板1a1b2a2b基本指標(biāo)r44r88r1212r1818r2828r50巖性和結(jié)構(gòu)特征泥巖、泥頁(yè)巖，節(jié)理裂隙發(fā)育或松散泥巖、炭質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育致密泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育砂巖、石灰

15、巖、節(jié)理裂隙很少致密砂巖、石灰?guī)r，節(jié)理裂隙極少該分類僅采用一個(gè)基本指標(biāo)直接頂平均垮落距，比原分類（采用多指標(biāo)）操作簡(jiǎn)便，容易進(jìn)行。整理課件二、老頂?shù)姆旨?jí)二、老頂?shù)姆旨?jí)MkLpme6 .525 .15)ln(3 .2411老頂按老頂按老頂初次來壓當(dāng)量老頂初次來壓當(dāng)量pe（kPa)分級(jí)分級(jí)老頂分級(jí)IIIIIIIV 老頂來壓顯現(xiàn)不明顯明顯強(qiáng)烈非常強(qiáng)烈 IVaIVb分級(jí)指標(biāo)pe895895895 pe975975975975 pe1075107510751075 1145 式中：L1老頂初次來壓步距，m； km直接頂充填系數(shù)，即直接頂厚度與采高比值； M煤層采高，m。整理課件底板類型基本指標(biāo)輔助指標(biāo)參

16、考指標(biāo)一般巖性名稱代碼容許比壓qc /MPa容許剛度KC/MPamm-1容許穿透度c/mm-1容許單軸抗壓強(qiáng)度RC/MPa極軟3.00.0350.207.22充填砂、泥巖、軟煤松軟3.06.00.0350.320.200.407.2210.80泥頁(yè)巖、煤較軟a6.09.70.320.670.400.6510.8015.21中硬煤、薄層狀頁(yè)巖b9.716.10.671.270.651.0815.2122.84硬煤、致密頁(yè)巖中硬16.1321.272.761.082.1622.8441.79致密頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖堅(jiān)硬322.762.1641.79厚層砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖、砂巖我國(guó)緩傾斜回采工作面底板分類方

17、案我國(guó)緩傾斜回采工作面底板分類方案三、三、 底板分類底板分類 我國(guó)緩傾斜回采工作面底板分類方案采用基本指標(biāo)容許比壓和容許剛度，輔助指標(biāo)容許穿透度，參考指標(biāo)容許單軸抗壓強(qiáng)度，把底板分為極軟、松軟、較軟、中硬和堅(jiān)硬五類。其中較軟又可再分為兩個(gè)亞類。底板比壓底板比壓（底板載荷集度） ：支架底座對(duì)底板造成的單位面積上的壓力。整理課件一、一、 支架高度的確定支架高度的確定 支架高度確定的原則是，在最大采高時(shí)，支架具有初撐力；在最小采高時(shí)，支架（或支柱）不被壓死。1、單體支柱高度確定、單體支柱高度確定 bMHmaxmax 若工作面煤層的最大厚度為Mmax，采用頂梁的厚度為b時(shí)，支柱的最大高度，為abSMH

18、Lminmin若工作面煤層的最小厚度為Mmin時(shí)，支柱的最小高度，為采場(chǎng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)采場(chǎng)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)式中 SL頂板下沉量，通常參考相鄰采面資料，否則按下式計(jì)算LMSLmin L最大控頂距； 頂板下沉系數(shù)，全部垮落法為0.04，充填法為0.01mm/m.m； a安全卸載高度，取50mm。整理課件)1 (1max1maxmaxRMSMHaSMH2minmin如右圖四柱式為例，支架的最大高度支架的最小高度式中 S1、S2分別為最大采高最小控頂距支架前排柱處頂板下沉量和最小采高最大控頂距支架后排柱處頂板下沉量。S1S2R1HmaxHminMminMmaxR2dB圖17-1 支架高度計(jì)算圖)(1min2

19、min2dBRMRMS上式中R1、R2分別為最小控頂距時(shí)前排柱距煤壁距離和最大控頂距時(shí)后排柱距煤壁距離，B為采煤機(jī)截深，d為支架兩排柱之間距離。2、液壓支架高度確定、液壓支架高度確定整理課件二、二、 支護(hù)強(qiáng)度的確定支護(hù)強(qiáng)度的確定18200Lp 由最近實(shí)測(cè)資料，依據(jù)頂板壓力由直接頂和老頂兩部分載荷所致，估算式如下 (kPa) 1、綜采支架支護(hù)強(qiáng)度、綜采支架支護(hù)強(qiáng)度式中 L1老頂初次來壓步距，m； 200相當(dāng)于直接頂?shù)妮d荷。若取工作面老頂初次來壓步距L130m，支護(hù)強(qiáng)度p440kPa?？梢钥闯?，隨著機(jī)械化程度提高，采場(chǎng)支護(hù)強(qiáng)度也在增大。1）按來壓步距估算）按來壓步距估算整理課件2）實(shí)測(cè)類比法）實(shí)測(cè)

20、類比法 其原理是條件雷同則支護(hù)強(qiáng)度也雷同。因此，有ttpp2mmpp式中 tp實(shí)測(cè)加權(quán)平均支護(hù)強(qiáng)度， nititpnp11；tip第i循環(huán)加權(quán)平均支護(hù)強(qiáng)度，iniiinininiiiiiitittttpptpptppp211221110222t11t21t22t31t32圖17-2 支架3個(gè)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)特性tpp10P20p30p1mp21p2mp31p3m初撐式二次增阻式一次增阻式三次增阻式圖17-3 支架運(yùn)轉(zhuǎn)特性類型t1t2t3t1t200000整理課件 n觀測(cè)總循環(huán)數(shù)；t21)(1tnititppn加權(quán)平均支護(hù)強(qiáng)度的均方差，； mpnppppnmmmm21實(shí)測(cè)最大平均支護(hù)強(qiáng)度，；m21)(1

21、mnimimppn最大平均支護(hù)強(qiáng)度的均方差，。 該方法不足之處在于所觀測(cè)采面支護(hù)狀況，如采面支護(hù)強(qiáng)度很高，此時(shí)確定的支護(hù)強(qiáng)度則偏高，反之偏低。 一般認(rèn)為，當(dāng)采面支護(hù)強(qiáng)度偏低時(shí)，導(dǎo)致頂板破碎，冒落高度和冒落范圍增大；同時(shí)頂板容易出現(xiàn)臺(tái)階下沉。為此，有者提出采用德國(guó)判斷維護(hù)頂板狀況的指標(biāo)來衡量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性程度。即滿足如下條件時(shí)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可做為設(shè)計(jì)依據(jù)。 冒高大于30cm的區(qū)段不大于采面總長(zhǎng)度的10； 采面出現(xiàn)臺(tái)階高度大于10cm的區(qū)段不大于采面總長(zhǎng)度10。整理課件 3）由頂板類型確定支護(hù)強(qiáng)度（統(tǒng)計(jì)法）由頂板類型確定支護(hù)強(qiáng)度（統(tǒng)計(jì)法）1 .6224.109 .785 . 43 .722mkL

22、LMp 根據(jù)我國(guó)近30年的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，由煤炭科學(xué)院總院提出，原煤炭局發(fā)布列為國(guó)家煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的綜采工作面支護(hù)強(qiáng)度。IIII級(jí)老頂支護(hù)強(qiáng)度下限按下式計(jì)算：級(jí)老頂支護(hù)強(qiáng)度下限按下式計(jì)算：直接頂厚度與采高比值控頂距；老頂周期來壓步距；：采高；：額定支護(hù)強(qiáng)度；式中：mkLLMp2：備用系數(shù)，kCIVa級(jí)老頂Ck1.21.3；IVb級(jí)老頂Ck1.41.6。IV級(jí)老頂按下式計(jì)算：級(jí)老頂按下式計(jì)算： kmHLCkLMR)4555 .15ln2416 .52(1式中 RH延米支護(hù)強(qiáng)度下限； L1老頂初次來壓步距，可取L12(周期來壓步距）；整理課件由上式計(jì)算修正后數(shù)據(jù)見下表。 項(xiàng)目老頂級(jí)別額定支護(hù)強(qiáng)度/kPa延

23、米支護(hù)強(qiáng)度/kNm-1IIIIIIIVaIVbIVaIVb采高M(jìn)/m1234390440500570420490550680470530580680610720830935750800970105027453240373542003375360043654810不同頂板類型液壓支架支護(hù)強(qiáng)度和延米阻力下限表 整理課件kmCkLMp)1349 . 64 . 239(1 2、單體液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度確定、單體液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度確定 煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求最低支護(hù)強(qiáng)度值：式中Ck：備用系數(shù)，一般取1.21.4。 （其他符號(hào)同前）單體支柱工作面支護(hù)強(qiáng)度下限p/kPa老頂級(jí)別IIIIII采高M(jìn)/m13003304

24、1023253504203350380430支柱初撐支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算3 .788 .1975. 64 .3810LLMp(kPa)整理課件三、三、 支架載荷及柱、排距確定支架載荷及柱、排距確定 sHKSpP/這里S：支架的支護(hù)面積，m2， S=支架中心距最大控頂距（頂梁長(zhǎng)度+端面距+截深）;KS：支架的支撐效率，支撐式支架取0.900.95，支掩護(hù)梁掩護(hù)式支架取0.650.75，支頂掩護(hù)式支架取0.800.90，支撐掩護(hù)式支架取0.800.95。1、 液壓支架的工作阻力確定液壓支架的工作阻力確定2、 單體支架支護(hù)密度確定單體支架支護(hù)密度確定直接頂類別1a1b23支柱密度上限2.251.7851.

25、431.25支柱密度下限2.081.431.251.04單體支柱的支護(hù)密度 根/m21） 單體支架支護(hù)密度估算（單體支架支護(hù)密度估算（見下表）整理課件 2） 支護(hù)密度的驗(yàn)算支護(hù)密度的驗(yàn)算 單體支柱實(shí)際承載力計(jì)算單體支柱實(shí)際承載力計(jì)算 每根支柱的實(shí)際承載力HBZZPKKP 實(shí)際初撐力00HBZZPKKP支柱類型KBKZ急增阻微增阻恒阻0.750.850.650.750.750.850.50.50.850.850.95ZKmtZppK/BKHP式中支柱的增阻系數(shù)，；不同排支柱承載不均勻系數(shù)； 支柱額定工作阻力，kN/根；0HP支柱額定初撐力，kN/根。系數(shù)選取表zPp/00/zPpllkr/1 驗(yàn)

26、算支護(hù)密度及確定柱、排距驗(yàn)算支護(hù)密度及確定柱、排距 支護(hù)密度驗(yàn)算和排距為截深的一倍或二倍。式中 k機(jī)道寬度影響系數(shù)， 排距0.8m取1.2，排距1.0m取1.1，排距1.2m取1。柱距整理課件四、四、 切頂支架支護(hù)設(shè)計(jì)切頂支架支護(hù)設(shè)計(jì) 如右圖所示，根據(jù)力矩平衡條件有如下關(guān)系：)21(xkxkqLLrLhLP圖17-5 切頂強(qiáng)度計(jì)算模型LZLxhMPqLkxnP即： xkxqLLLrhP)21 ( 式中 Pq切頂支柱的支護(hù)阻力； Lk工作面控頂距； h直接頂厚度； 直接頂?shù)闹囟龋?r切頂支柱間柱距； Lx工作面在采空區(qū)懸頂距。 整理課件放頂煤開采礦壓控制放頂煤開采礦壓控制一、一、 放頂煤支架的類

27、型放頂煤支架的類型1、 高位放頂煤支架高位放頂煤支架，頂煤運(yùn)動(dòng)距離短，支架反復(fù)作用次數(shù)少，形成煤塊大，不僅容易卡口，且對(duì)支架的沖擊力大，端面頂板管理困難。適用條件：頂煤松軟易冒。2、低位放頂煤支架、低位放頂煤支架與高位相反，可用于中硬以下煤層，且支架受沖擊力較小，煤炭回收率較高，放煤時(shí)粉塵較小等優(yōu)點(diǎn)。3、 輕型放頂煤支架輕型放頂煤支架：該架型屬于低位放頂煤支架，支架寬度僅1.1m，重量?。?t左右），安裝運(yùn)輸方便。適用于頂板壓力較小，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，工作面長(zhǎng)度變化等。整理課件支承壓力分布范圍寬，峰值前移，最大應(yīng)力集中系數(shù)基本不變。支架平均載荷與普通支架平均載荷差別不大。對(duì)于低位放煤時(shí)前柱壓力大于

28、后柱。試驗(yàn)表明，這是由于頂煤中拱的存在所致。支架受沖擊力和水平力較大，尤其是高位放頂煤更為突出。沖擊力是本架和鄰架放煤所致；高位放頂煤，由于頂板破碎過程短，形成塊度大，放煤時(shí)對(duì)支架的沖擊力也大。老頂來壓變得不明顯。支架上方有較厚頂煤墊層，減輕了老頂?shù)挠绊?。斷面頂板管理較難，當(dāng)頂煤太薄（小于米），端面頂板破碎度大，管理更加困難；頂煤太厚（超過10米），由于拱的作用，放煤不充分，煤炭回收率低。二、二、 放頂煤支架礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)放頂煤支架礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)整理課件2、支架選型、支架選型:低位輕型穩(wěn)定性好。低位輕型穩(wěn)定性好。放頂煤回采工作面，由于頂煤一般比直接頂剛度小，老頂運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊載荷被頂煤吸收（厚度損失

29、），支架受老頂?shù)臎_擊力減小，老頂來壓不明顯，支架載荷變小。當(dāng)頂煤厚度不大，且較松軟時(shí)，可適用于輕型掩護(hù)式放頂煤支架。不僅投資少，搬運(yùn)安裝方便，且對(duì)端面頂板控制論高。 其他方法：其他方法：對(duì)于硬煤（f3）或頂煤中含有200mm以上夾矸層時(shí)，則需要專門人工破碎頂煤，常見方法爆破松動(dòng)頂煤。也有采用高壓注水軟化頂煤。1、上下出口超前加強(qiáng)支護(hù)距離。、上下出口超前加強(qiáng)支護(hù)距離。煤層愈軟、愈厚超前支承壓力分布范圍愈寬，塑性區(qū)寬度增大，要求超前臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)距離要相應(yīng)增大。一般來說，軟煤層塑性區(qū)寬度為1525m，硬煤層為58m，并隨著煤層厚度增大而增寬。三、放頂煤開采礦壓控制措施三、放頂煤開采礦壓控制措施整理課

30、件 由于放頂煤對(duì)支架沖擊力較大，影響支架穩(wěn)定性，支架高度要求盡可能小。一般不超過2.8m。頂煤厚度小于2m，端面頂煤管理困難。為此，對(duì)于煤層厚度僅有4m左右時(shí)，采高應(yīng)更小。其他控制措施其他控制措施 當(dāng)頂煤堅(jiān)硬，f大于3時(shí)，需要對(duì)頂煤進(jìn)行預(yù)人工破壞，如松動(dòng)爆破、注水軟化。 由于頂煤中，易形成冒落拱，高度一般810m，且隨頂煤硬度增大而降低。當(dāng)頂煤松軟且不含夾矸時(shí)，高度不易超過10m；當(dāng)頂煤較硬或含較厚夾矸層時(shí)，頂煤厚度不易超過6m；當(dāng)煤層較厚，可采用分段放頂煤或預(yù)采頂分層或預(yù)采中分層放頂煤采煤。 由于放煤對(duì)支架受力狀況有明顯變化，如低位放頂煤，后柱載荷小于前柱，且受沖擊力較大，要求支架的穩(wěn)定性好

31、。尤其是當(dāng)頂煤較完整或有夾矸層，頂煤形成塊度較大，容易形成結(jié)構(gòu)（拱），導(dǎo)致頂煤放不出，且結(jié)構(gòu)破壞時(shí)對(duì)支架沖擊載荷增大。此時(shí)，要求支架的承載力大，穩(wěn)定性更好，頂梁長(zhǎng)度適當(dāng)增大，即支撐掩護(hù)式放頂煤支架更為合理。另外，為了能靠支架再破碎頂煤，要求支架有破煤和破壞拱腳功能。整理課件四、綜放頂煤的破碎機(jī)理與分區(qū)四、綜放頂煤的破碎機(jī)理與分區(qū)1、頂煤破碎機(jī)理、頂煤破碎機(jī)理I IIIIIIIIV圖20-1 頂煤破碎機(jī)理 支承壓力作用支承壓力作用：支承壓力使得頂煤由彈性狀態(tài)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)（剪切破壞）。原巖應(yīng)力越大，頂煤強(qiáng)度越低，形成塑性區(qū)范圍越大。 綜采放頂煤開采中，頂煤由整（實(shí)）體煤變成松散的塊度不大的散體煤是

32、綜放能否成功的關(guān)鍵所在。下面介紹頂煤破壞的機(jī)理與破壞過程。 頂板運(yùn)動(dòng)作用：頂板運(yùn)動(dòng)作用：頂煤上方的直接頂和老頂?shù)淖冃魏瓦\(yùn)動(dòng)，又使得僅存殘余強(qiáng)度的頂煤失去完整性，在運(yùn)動(dòng)中的擠壓和碰撞使得頂煤塊度進(jìn)一步變小。直接頂能及時(shí)垮落是頂煤充分破碎的必要條件。然而頂板壓力小，頂煤過厚，或頂煤堅(jiān)硬則不利于頂煤的破碎。 支架擠壓作用：支架擠壓作用：液壓支架的反復(fù)支撐使得位于支架上方的頂煤再次破碎。支架的初撐力越大，反復(fù)支撐次數(shù)越多，頂煤形成的塊度越小。放煤門反復(fù)開關(guān)又對(duì)放煤口附近煤進(jìn)行再破碎。2、頂煤的變形破壞分區(qū)、頂煤的變形破壞分區(qū) 根據(jù)頂煤中應(yīng)力分布、變形和破壞特征把頂煤分為：原始應(yīng)力區(qū)（I區(qū)）、壓縮變形區(qū)

33、（II區(qū)，即切向應(yīng)力增高區(qū)中的彈性區(qū)部分）、拉剪破壞區(qū)（III區(qū)，即塑性區(qū)）和松散冒落區(qū)（IV區(qū)），見圖19-1所示。整理課件五、放頂煤液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度確定五、放頂煤液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度確定 knMp 79. 0768. 9Mn21. 0325Mp 式中：k安全系數(shù)，k=1.21.5，若支架支撐效率75，k取1.33； n折算系數(shù)，由統(tǒng)計(jì)資料來壓期間回歸M煤層全厚，m；頂板巖石重度，取25kNm-3；p支架支護(hù)強(qiáng)度，kPa。r=0.98,s=0.06；代入上述數(shù)據(jù)后得(kPa)符號(hào)同前。例如：某煤層厚度8m，采用綜機(jī)放頂煤開采，估算支護(hù)強(qiáng)度，為96.502832532521. 021. 0Mp

34、(kPa) 可以看出，此時(shí)確定的支護(hù)強(qiáng)度僅相當(dāng)于采高3m，來壓不明顯普通綜機(jī)采場(chǎng)的支護(hù)強(qiáng)度。 以煤層厚度與巖石體積力（重力）的乘積表示支護(hù)強(qiáng)度，即采高倍數(shù)估算法確定支護(hù)強(qiáng)度，有整理課件金屬支架架型的力學(xué)特性和適用條件支架架型支架架型主要力學(xué)特性主要力學(xué)特性適用條件適用條件梯形剛性支架不可縮，承載能力較小 圍巖較穩(wěn)定，變形量小，巷道凈斷面小于10m2梯形可縮性支架垂直、側(cè)向均可縮，承載能力較小圍巖較穩(wěn)定，變形量中等，巷道凈斷面小于10m2，1025半圓拱可縮性支架承載力較大，特別是均壓時(shí)圍巖壓力較大，特別是壓力較均勻或有部分側(cè)壓，1035三心拱直腿可縮性支架承載力較大，特別是頂壓大時(shí)圍巖壓力較大

35、，特別是頂壓大時(shí)，1035三心拱曲腿可縮性支架承載力較大，抗側(cè)壓能力較大圍巖壓力較大，壓力較均勻，頂壓大及側(cè)壓較大，1035多鉸摩擦可縮性支架承載能力大，能適應(yīng)各方向來壓 圍巖壓力大，能適應(yīng)不對(duì)稱，多變壓力，1035馬蹄形可縮性支架承載能力大，有一定抗底鼓和兩幫移近的能力圍巖松軟，移近量較大，特別是底鼓和兩幫移近較嚴(yán)重，使用非封閉型支架時(shí)3035圓形可縮性支架承載能力大，抗底鼓和兩幫移近的能力大，特別是在均壓時(shí)圍巖松軟，移近量大，底鼓和兩幫移近較嚴(yán)重，使用非封閉型支架時(shí)3035，更適合壓力較均勻的情況。方(長(zhǎng))環(huán)形可縮性支架承載能力大，抗底鼓和兩幫移近的能力大，特別是在肩壓大，壓力不均勻時(shí)圍巖

36、松軟，移近量大，底鼓和兩幫移近較嚴(yán)重，使用非封閉型支架時(shí)3035，更適合壓力不均勻的情況。 表示巷道頂?shù)装逑鄬?duì)移近率。整理課件錨固技術(shù)錨固技術(shù)據(jù)有關(guān)資料證明，采用錨固支護(hù)優(yōu)越性如下：從根本上改變了支護(hù)狀況，保證了安全生產(chǎn)；減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境；減少了支護(hù)物料的運(yùn)輸，改善了輔助運(yùn)輸緊張狀況；提高了掘進(jìn)速度；節(jié)約了支護(hù)材料，降低了成本；提高了巷道斷面利用率；在回采巷道簡(jiǎn)化了工作面超前支護(hù)，加快了回采進(jìn)度；巷道維修量減少，服務(wù)年限增長(zhǎng)，利于增長(zhǎng)采面推進(jìn)長(zhǎng)度，減少采面搬家次數(shù)，為高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。 錨噴支護(hù)是噴射混凝土支護(hù)與錨桿支護(hù)的簡(jiǎn)稱，其特點(diǎn)是通過加固圍巖，提高圍巖的自承能力來達(dá)

37、到維護(hù)巷道的目的。該支護(hù)方法技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、使用廣泛。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，噴射混凝土支護(hù)與現(xiàn)澆混凝土支護(hù)相比，支護(hù)厚度可減薄1/21/3，節(jié)省巖石開掘量1015，加快支護(hù)速度24倍，節(jié)省勞力50，降低支護(hù)成本30。整理課件1、錨固力學(xué)作用原理、錨固力學(xué)作用原理防護(hù)加固圍巖，提高圍巖強(qiáng)度。防護(hù)加固圍巖，提高圍巖強(qiáng)度。巷道掘進(jìn)后立即噴射混凝土可及時(shí)封閉圍巖暴露面。由于噴層與巖壁密貼，能有效地隔絕水和空氣，防止圍巖因潮解風(fēng)化產(chǎn)生剝落和膨脹。避免裂隙中充填物的流失，防止圍巖強(qiáng)度降低。高壓高速噴射混凝土，可以使一部分混凝土漿液滲入張開的節(jié)理裂隙中，起膠結(jié)和加固作用，提高圍巖強(qiáng)度。改善圍巖和支架的受力狀態(tài)。改善

38、圍巖和支架的受力狀態(tài)。加速凝劑的混凝土噴射后，可在210min內(nèi)凝固，及時(shí)向圍巖提供支護(hù)反力pi（徑向力），使圍巖表層巖體由二向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，提高了圍巖強(qiáng)度。噴層為柔性支護(hù)，不同于傳統(tǒng)支架不能與圍巖均勻接觸而導(dǎo)致應(yīng)力集中破壞。它允許圍巖因?qū)で笮碌钠胶馑a(chǎn)生的有限位移，并可發(fā)揮自身對(duì)變形的調(diào)節(jié)作用逐漸與圍巖變形協(xié)調(diào)，從而改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，降低了圍巖應(yīng)力，充分發(fā)揮了巖的自承能力。1）噴射混凝土支護(hù)的作用）噴射混凝土支護(hù)的作用實(shí)驗(yàn)資料證明，分層噴射比一次噴射相同厚度混凝土的承載力更高。整理課件懸吊理論：懸吊理論：錨桿將不穩(wěn)定的巖層懸吊在堅(jiān)固的巖層上，以阻止圍巖移動(dòng)滑落。 圖23-1 錨桿

39、支護(hù)的懸吊作用堅(jiān) 硬 巖 層松 軟 巖 層2）錨桿的力學(xué)作用原理）錨桿的力學(xué)作用原理 （錨桿支護(hù)理論）（錨桿支護(hù)理論）減跨理論：減跨理論：在巷道頂板巖層中打入錨桿，相當(dāng)于在巷道頂板上增加了支點(diǎn)，使巷道跨度由巷寬減為兩錨桿間距離，從而使頂板巖石的應(yīng)力減小，起到維護(hù)巷道的作用。圖23-2 錨桿減跨作用ll0組合梁理論：組合梁理論：在層狀巖層中打入錨桿，把若干薄層巖層錨固在一起，類似于將疊置的板梁組成組合梁，從而提高了頂板巖層的自承能力，起到了維護(hù)巷道的作用。 圖23-3 錨桿組合作用整理課件擠壓加固（壓縮拱）理論：擠壓加固（壓縮拱）理論：預(yù)應(yīng)力錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū)。按一

40、定間距排列的錨桿，在預(yù)應(yīng)力作用下，將構(gòu)成一個(gè)均勻壓縮帶（承載環(huán)），壓縮帶中的巖石由于預(yù)應(yīng)力的作用處于三向壓縮狀態(tài)，顯著提高了圍巖強(qiáng)度。 對(duì)于無預(yù)應(yīng)力的粘結(jié)式錨桿（如砂漿錨桿），由于其前后兩端圍巖的位移量的不同，使錨桿受拉，同時(shí)由于錨桿的約束力使圍巖錨固區(qū)徑向受壓，從而提高了圍巖強(qiáng)度。圖23-4 錨桿的擠壓加固作用承 載 環(huán)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論：圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論：該理論是通過對(duì)軟巖相似材料模擬研究和理論分析中提出的，該理論認(rèn)為：巷道錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì)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(jié)構(gòu)；錨桿支護(hù)可以提高錨固體的力學(xué)參數(shù)（E、C和），改善了錨固巖體的力學(xué)性能；錨固區(qū)的巖石強(qiáng)度（峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)

41、度）得到強(qiáng)化；可以改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增加圍壓，提高圍巖的承載能力；可減小巷道破碎區(qū)和塑性區(qū)范圍，減少巷道的表面位移，有利于巷道的穩(wěn)定。整理課件3）錨噴支護(hù)的作用）錨噴支護(hù)的作用錨噴支護(hù)的實(shí)質(zhì)是利用錨桿加固深部圍巖，用噴層封閉巷道表面，防止圍巖弱化，抵抗圍巖壓力。噴層厚度較大時(shí)，為了避免噴層因收縮而斷裂，要在噴層中敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，構(gòu)成噴網(wǎng)錨聯(lián)合支護(hù)在錨噴支護(hù)中，新奧法是著名的施工方法，下面就該方法作簡(jiǎn)單介紹。2、常見錨桿的類型、常見錨桿的類型 按有無可縮性分為剛性和可伸長(zhǎng)錨桿兩類；按桿體材料有鋼管、圓鋼、螺紋鋼（1622）、硬雜木、竹子、鋼絲繩和玻璃鋼等；按工作狀態(tài)有機(jī)械式、摩擦式和粘結(jié)式等類型；

42、按錨固長(zhǎng)度有端錨錨桿和全錨錨桿；按錨固劑類型有樹脂錨桿、快凝水泥等錨桿。 目前，我國(guó)常用錨桿有粘結(jié)端錨或全錨的樹脂錨桿和水泥錨桿，楔塊端錨或加錨固劑的普通木錨桿或竹錨桿，摩擦全錨的縫管式錨桿和水力膨脹管狀錨桿，以及最新開發(fā)的有可伸長(zhǎng)錨桿和內(nèi)注式錨桿。最大水平應(yīng)力理論：最大水平應(yīng)力理論：認(rèn)為通常地下水平應(yīng)力大于鉛直應(yīng)力，巷道開挖后引起應(yīng)力重分布時(shí)，鉛直應(yīng)力向兩幫轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致兩幫破壞；水平應(yīng)力向頂?shù)装遛D(zhuǎn)移，影響頂?shù)装宸€(wěn)定。錨桿的作用是沿錨桿軸向約束巖層膨脹和在錨桿徑向方向約束巖層的剪切錯(cuò)動(dòng)。整理課件錨桿類型錨桿類型集中端頭錨固類全長(zhǎng)錨固類漲殼錨桿機(jī)械錨固型粘結(jié)錨固型機(jī)械錨固型粘結(jié)錨固型倒楔錨桿微膨脹

43、水泥錨桿竹錨桿普通木錨桿樹脂錨桿水泥錨桿快硬水泥錨桿壓縮木錨桿縫管式錨桿水力膨脹錨桿全長(zhǎng)樹脂錨桿全長(zhǎng)水泥錨桿鋼筋砂漿錨桿鋼絲繩砂漿錨桿整理課件1） 縫管錨桿縫管錨桿 采用45鋼或16鉻鋼軋制成厚23mm鋼板加工成留有1015mm縫隙的管狀（開縫的長(zhǎng)鋼管）。采用管徑為3045mm，鉆孔直徑比管徑小13mm，錨桿打入后，鋼管的彈性使其外壁與鉆孔巖壁擠緊，并產(chǎn)生沿管全長(zhǎng)的徑向應(yīng)力和軸向摩擦力，阻止圍巖變形。一般錨固力達(dá)5070kN。 13 mm38 mm23 mm圖23-5 縫管錨桿 縫管錨桿為全程錨固，適用于組合梁理論的層狀巖體間錨固，而不適應(yīng)于懸吊理論。整理課件工作原理：在鉆孔深部錨固劑（樹脂）

44、與圍巖粘結(jié)在一起，而在孔口安裝托盤和螺母，在螺母擰緊的情況下通過托盤對(duì)圍巖施加壓力，以后在圍巖深部和淺部位移不相同的情況下，加大桿體受力，進(jìn)一步限制圍巖變形。2） 樹脂錨桿樹脂錨桿 由樹脂錨固劑和錨桿體（1622圓鋼、螺紋鋼），以及托盤、螺母等組成。 樹脂錨桿多為端錨，可靠性高，錨固力大（一般錨固力在60 kN以上）。為此，適用于各種圍巖條件 。但煤幫中使用，采煤機(jī)割煤前必須提前抽出，防止損壞采煤機(jī)截齒。整理課件鋼筋類別材質(zhì)部標(biāo)代號(hào)直徑/mm屈服強(qiáng)度s/MPa極限強(qiáng)度b/MPa延伸率 /鋼號(hào)代號(hào)510級(jí)3Q235YB171-696402403802521級(jí)1616MnYB171-6962528

45、4032052050016級(jí)25錳硅5鋼25MnSiA5YB171-69YB171-65640400280580500141915錨桿常用鋼材及其性能整理課件錨桿常用圓鋼斷面及承載能力桿體直徑/mm毛截面積/mm23鋼5鋼16Mn鋼25MnSi鋼屈服荷載/kN破壞荷載/kN屈服荷載/kN破壞荷載/kN屈服荷載/kN破壞荷載/kN屈服荷載/kN破壞荷載/kN16201.148.276.456.3100.168.3104.576.4116.618254.561.196.771.3127.386.5132.396.7147.620314.275.4119.488.0157.1106.8163.411

46、9.4182.222380.191.2144.4106.4190.1129.2197.7144.4220.524452.4108.5171.8126.6226.1153.7235.1180.9262.226615.8147.8234.0172.4307.9197.2307.9234.0307.9整理課件錨桿常用20MnSi 級(jí)建筑用螺紋鋼系列公稱直徑/mm外徑/mm2內(nèi)徑/mm截面面積/mm2桿尾螺栓單位質(zhì)量kg/m備注螺紋規(guī)格截面積mm21617.515201.1M16150.31.58屈服強(qiáng)度均為335kN極限強(qiáng)度均為510kN182017254.5M18183.72.0020221931

47、4.2M20234.92.47222421380.1M22292.12.98252724490.9M25409.53.85整理課件樹脂錨固劑主要型號(hào)及特性型號(hào)特性凝膠時(shí)間min固化時(shí)間min備注CK超快0.515在（201）環(huán)境溫度下測(cè)定K快速1.527Z中速3412M慢速152040整理課件樹脂錨固劑主要技術(shù)參數(shù)性能指標(biāo)性能指標(biāo)抗壓強(qiáng)度60MPa振動(dòng)疲勞800萬次剪切強(qiáng)度35MPa泊松比0.3體積質(zhì)量1.92.2g/cm3粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)混凝土7MPa對(duì)螺紋鋼16MPa彈性模量1.6104MPa儲(chǔ)存期(25 )9個(gè)月適用環(huán)境溫度-3060 整理課件特點(diǎn)：價(jià)格低、施工方便，但錨固力低，水泥水化操作比

48、較困難，浸水時(shí)間短，出現(xiàn)“夾陷”現(xiàn)象，浸水時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致早硬。3） 快硬水泥錨桿快硬水泥錨桿 水泥藥包和桿體（鋼筋、鋼絲繩或螺紋鋼）組成，分端錨和全長(zhǎng)錨固兩種類型。4） 普通木錨桿普通木錨桿 采用硬雜木加工成直徑為2838圓柱體，在兩端250段有楔縫并呈垂直方向，縫寬23；楔子長(zhǎng)150200，最大厚度2025，屬于機(jī)械式端錨錨固，錨固力在10 kN以上。用于煤壁錨桿。5） 竹錨桿竹錨桿 采用生長(zhǎng)3年以上毛竹或百夾竹，加工為竹片，一般由兩個(gè)竹片捆綁而成，桿體斷面為20mm30mm的矩形，桿長(zhǎng)一般為1.21.6m，兩端卡有竹楔。屬于機(jī)械式楔縫端錨錨桿。錨固力在20 kN左右，但穩(wěn)定性不如木錨桿。用于煤

49、壁錨桿。整理課件特點(diǎn)：由于在管體的膨脹過程中產(chǎn)生沿長(zhǎng)度方向的收縮，產(chǎn)生預(yù)緊力，達(dá)到了擠壓加固的目的；錨固力不隨圍巖狀況影響；承載力取決于管的強(qiáng)度和注水壓力大小。 6） 水力膨脹錨桿水力膨脹錨桿 它是一種壁厚2mm，直徑41mm的鋼管被折疊成直徑為2528mm的異型鋼管，裝入直徑3339mm的鉆孔內(nèi)，高壓水注入鋼管內(nèi)，使鋼管沿全長(zhǎng)膨脹并壓緊鉆孔孔壁，依靠管壁與孔壁的擠緊力和摩擦力來控制圍巖變形。圖23-6 水力膨脹錨桿截面整理課件3、支護(hù)類型（方式）、支護(hù)類型（方式） 除了對(duì)于穩(wěn)定頂板圍巖采用單體錨桿支護(hù)外，一般都是采用組合錨桿支護(hù)。組合錨桿的常見類型有：錨梁支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)、錨桿桁架支護(hù)、錨索支

50、護(hù)、錨噴支護(hù)、錨梁網(wǎng)支護(hù)、錨梁網(wǎng)噴支護(hù)、錨梁網(wǎng)索噴支護(hù)等等。1） 錨梁網(wǎng)支護(hù)錨梁網(wǎng)支護(hù) 錨梁網(wǎng)支護(hù)是指采用錨桿、托梁和掩護(hù)網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。在這里錨桿多用樹脂錨桿；掩護(hù)網(wǎng)有金屬菱形網(wǎng)、金屬經(jīng)緯網(wǎng)、塑料網(wǎng)和鋼筋網(wǎng)等；梁則有鋼筋梯子梁（由兩根直徑為1218的圓鋼焊接成梯子形狀）、截面為W形的鋼帶、截面為M形鋼帶和形鋼帶等。 錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)使錨桿沿巷道縱向和橫向相互聯(lián)系，形成整體性的支護(hù)結(jié)構(gòu)。錨桿與梁和網(wǎng)共同作用使圍巖整體性加強(qiáng)，利用梁的抗拉作用，將錨桿的托錨力轉(zhuǎn)化為對(duì)整個(gè)圍巖表面的托力，從而使圍巖表面受力均勻。再加上網(wǎng)的作用，可有效防止危巖冒落。整理課件2）錨桿桁架支護(hù)）錨桿桁架支護(hù) 桁架主要由錨桿、拉

51、桿、拉緊器和墊木組成。桁架錨桿的主要形式有單式桁架、復(fù)式桁架（在巷道跨度方向由23個(gè)單式桁架交錯(cuò)布置）和交叉桁架（在巷道交叉處單式桁架交叉成十字形布置）等。圖23-7桁架錨桿支護(hù)作用力錨桿拉桿拉緊器墊木桁架工作原理桁架工作原理:桁架錨桿能在頂板巖層內(nèi)形成水平和鉛直方向的擠壓應(yīng)力區(qū)，錨桿的錨固力和拉桿的預(yù)拉緊力，增強(qiáng)了頂板的抗彎能力，減小了頂板內(nèi)部及其表面的張應(yīng)力。對(duì)于破碎頂板，桁架錨桿提供的水平壓力增大了裂隙間的摩擦因數(shù)，促進(jìn)了巖體完整。通過拉桿協(xié)調(diào)作用，把連接拉桿的所有錨桿構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)頂板彎曲變形和彎曲下沉?xí)r，拉桿和傾斜錨桿的共同作用使頂板內(nèi)部及其裂隙體中產(chǎn)生更大的擠壓應(yīng)力和摩擦力，較小

52、或抵消了巷道頂板中部可能產(chǎn)生的拉應(yīng)力，以阻止頂板的進(jìn)一步彎曲下沉。整理課件3） 錨網(wǎng)索支護(hù)錨網(wǎng)索支護(hù) 根據(jù)平頂山六礦資料，對(duì)于大斷面綜采開切眼或硐室，在較厚的復(fù)合頂板條件下，錨桿不能有效防止上方巖層的離層，而采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)是解決上述問題的有效途徑。 煤礦采用的錨索一般長(zhǎng)度為510m，采用鉆孔孔徑為2832mm，可采用輕型錨桿鉆機(jī)即可。 在錨網(wǎng)索支護(hù)中，錨桿通過對(duì)圍巖相互作用，起著主導(dǎo)承載作用，同時(shí)能夠防止圍巖松動(dòng)破壞，并有一定的伸縮性，可隨圍巖同時(shí)變形，而不失去支護(hù)能力。 網(wǎng)的主要作用是防止錨桿間松軟巖石垮落，提高支護(hù)的整體性。 錨索作為一種新型的加強(qiáng)支護(hù)方式，由于錨索深度大，可將下部

53、不穩(wěn)定巖層錨固在上部穩(wěn)定巖層中，同時(shí)，可施加預(yù)應(yīng)力，主動(dòng)支護(hù)圍巖，能夠充分利用巷道深部圍巖的強(qiáng)度。整理課件直接工程類比法：在已有的工程設(shè)計(jì)和大量工程實(shí)踐成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在地質(zhì)和生產(chǎn)技術(shù)條件及各種影響因素基本一致的情況下，進(jìn)行相同條件待建工程設(shè)計(jì)。錨噴支護(hù)類型及適用條件，隧硐和斜井的錨桿支護(hù)類型和設(shè)計(jì)參數(shù)見附表。1） 工程類比法工程類比法分為直接工程類比法和間接工程類比法。錨桿參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算 依據(jù)國(guó)內(nèi)外錨噴支護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例，對(duì)于跨度小于10m的礦山井巷工程，可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定錨桿參數(shù)。)101 . 1 (BnL和 L2s式中 B巷道跨度，m； n圍巖穩(wěn)定性參數(shù)。對(duì)于穩(wěn)定性較好的圍巖，n取1.

54、0；對(duì)于穩(wěn)定性較差的圍巖，n取1.1；對(duì)于不穩(wěn)定圍巖，n取1.2。4、 支護(hù)設(shè)計(jì)支護(hù)設(shè)計(jì)整理課件附表附表 錨噴支護(hù)類型及適用條件錨噴支護(hù)類型及適用條件 類別圍巖穩(wěn)定性巖體結(jié)構(gòu)地下水的影響情況工程有效跨度（m）井巷穩(wěn)定性建議支護(hù)結(jié)構(gòu)類型穩(wěn)時(shí)間穩(wěn)狀況I穩(wěn)定整體結(jié)構(gòu)無或季節(jié)性有少量水，無影響25長(zhǎng)期穩(wěn)定不支護(hù)不支護(hù)或防風(fēng)化噴漿單一噴混凝土支護(hù) 5101015II穩(wěn)定性較好整體結(jié)構(gòu)1015252年1年有個(gè)別掉塊現(xiàn)象單一噴混凝土支護(hù)噴錨聯(lián)合支護(hù) 塊狀結(jié)構(gòu)（甲級(jí)）510 III中等穩(wěn)定塊狀結(jié)構(gòu)常因地下水影響而產(chǎn)生局部片幫或冒落251年有局部掉塊現(xiàn)象單一噴或錨桿支護(hù)噴錨聯(lián)合支護(hù)錨噴或錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù) 層狀結(jié)構(gòu)

55、5106月碎裂結(jié)構(gòu)10151月IV穩(wěn)定性較差砌塊狀、層狀結(jié)構(gòu)常因地下水影響而產(chǎn)生大規(guī)模片幫或冒頂25數(shù)日到1個(gè)月一般需臨時(shí)支護(hù)錨噴或錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù) 碎裂結(jié)構(gòu)510V不穩(wěn)定碎裂結(jié)構(gòu)地下水是影響圍巖穩(wěn)定的先決條件，滲流作用下呈塑性25開挖后要立即支護(hù)錨噴、網(wǎng)噴、錨網(wǎng)噴或噴網(wǎng)加鋼骨架結(jié)構(gòu)聯(lián)合支護(hù) 散體結(jié)構(gòu)整理課件 s圍巖巖體的節(jié)理間距，m； L錨桿長(zhǎng)度，m。 錨桿長(zhǎng)度，取上兩式計(jì)算較大的一個(gè)。國(guó)內(nèi)井巷工程中，錨桿長(zhǎng)度一般為1.52.0m，采場(chǎng)中一般為2.03.0m，大硐室工程為25m。D DL，且 D3s式中 s圍巖的裂隙間距，m； D錨桿間距，m。 國(guó)內(nèi)井巷工程中，錨桿間距一般為0.81.0m，最

56、大不超過1.5m。 主要依據(jù)錨桿類型和錨固力而定，一般為 上述經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)中忽略了一個(gè)重要參數(shù)錨固力。因此，用經(jīng)驗(yàn)公式所選定的參數(shù)，必須由理論計(jì)算檢驗(yàn)。110Ld 整理課件中國(guó)煤礦回采巷道穩(wěn)定性分類與合理支護(hù)技術(shù)指標(biāo)表（1998）圍巖類別穩(wěn)定狀況頂?shù)滓平?%主要特點(diǎn)支護(hù)強(qiáng)度/kNm-2支護(hù)形式主要支護(hù)參數(shù)其他支護(hù)措施非常穩(wěn)定5頂板多為砂巖、石灰?guī)r；無直接頂或僅有薄層直接頂或偽頂；底板多為砂巖、粉砂巖或砂質(zhì)頁(yè)巖030不支護(hù);點(diǎn)柱；剛性錨桿柱距1m， 12排；錨桿長(zhǎng)1.21.6m，密度1根/m2 錨固力5070kN/根在工作面前方1020m處用點(diǎn)柱加固穩(wěn)定510頂、底板多為砂質(zhì)頁(yè)巖，也有的是砂

57、巖或致密頁(yè)巖；煤質(zhì)堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育；直接頂初次垮落距約15m；圍巖變形量及前支承壓力不大3070剛性金屬支架;剛性錨桿間距0.8m;錨桿長(zhǎng)1.21.6m，密度1.01.2根/m2 錨固力5070kN/根間隔背板；工作面前方采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)用點(diǎn)柱或支架加強(qiáng)中等穩(wěn)定1020一般為一側(cè)已采空的圍巖較穩(wěn)定的回風(fēng)巷和圍巖穩(wěn)定性差的運(yùn)輸巷（兩側(cè)為實(shí)體煤）；頂?shù)装宥酁轫?yè)巖或砂質(zhì)頁(yè)巖；直接頂較厚，節(jié)理中等發(fā)育，初次垮落距10m；煤質(zhì)中硬70150梯形可縮支架;拱形可縮支架；剛性或可延伸錨桿棚距0.60.8m，垂直可縮量200400mm;棚距0.60.8m，垂直側(cè)向可縮量均為200400mm；錨固力5070kN/根錨桿長(zhǎng)度1