煤礦巷道頂板支護技術(shù)及事故防治措施ppt課件

1、1煤礦巷道支護技 術(shù)及災(zāi)害防治文學寬 研究員煤炭科學研究總院2 1.煤礦巷道頂板事故概況 19541985年期間，頂板事故死亡人數(shù)占總事故死亡人數(shù)的45%，采煤工作面頂板事故占75%，巷道頂板事故占25%。 19861992年期間頂板事故占總事故死亡人數(shù)的40%，采煤工作面頂板事故占頂板事故的66%，巷道頂板事故上升到34%。 3 1.1 巷道頂板事故比例上升原因巷道頂板事故比例上升原因 （1 ）為了滿足大井型的生產(chǎn)系統(tǒng)需要，巷道斷面大，服務(wù)年限長； （2）掘進和維護過程中，對關(guān)鍵部位、地點（交叉點等），措施不力，管理不嚴； （3） 隨著開采深度的增加，巖性發(fā)生變化和礦山壓力產(chǎn)生影響。全國每年

2、以8-12m的延伸開采。41.2 煤礦巷道冒頂分類 (1)無老頂時層狀頂板采動時 圍巖變形破壞5 (2)有老頂時層狀頂板采動時 圍巖變形破壞6 (3)無直接頂時層狀頂板采動時 圍巖變形破壞7 2.煤巷支護理論與技術(shù) 2.1 概述 我國國有大中型煤礦每年新掘進的巷道總長度高達數(shù)千km (2005年度國有重點煤礦巷道掘進總進尺為7598.4km,其中開拓巷道1153.2km),80%以上是煤巷與半煤巖巷。 因此,巷道支護成本、速度、可靠性直接影響煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益與安全生產(chǎn)。 8 煤礦巷道支護經(jīng)歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的漫長過程。 木支架優(yōu)點：重量輕、容易加工、架設(shè)方便、破壞時有信

3、號發(fā)出。缺點：強度低、易破壞、不防火、易腐蝕、風阻大。適用條件：巷道服務(wù)期較短、壓力小、斷面積不大。9鋼筋混凝土支護鋼筋混凝土支護優(yōu)點： 支護強度高、效果好，較木支護不易破壞、防火效果好、服務(wù)年限長。缺點： 地面加工重量大、笨重不好搬運、成本高、不易架設(shè)，也不能回收再利用。10 工字鋼可縮性梯形支架 優(yōu)缺點：較混凝土支架輕、架設(shè)方便、加工比較容易；但較木支護重。強度高、防火、不易腐蝕，可回收利用。11工字鋼可縮性梯形支架結(jié)構(gòu)適用巷道：適用巷道：圍巖比較穩(wěn)定圍巖比較穩(wěn)定受動壓影響受動壓影響變形變形200500mm200500mm。12U型鋼可縮性拱形支架適用巷道：適用巷道：服務(wù)時間長，圍巖不穩(wěn)定

4、，受動壓影響大，變形大于400mm，無底臌。13 U型鋼拱梯形可縮性支架14U型鋼可縮性圓形支架適用巷道：適用巷道：服務(wù)時間長圍巖不穩(wěn)定受動壓影響大變形大于800mm有底臌15U型鋼方環(huán)形可縮性環(huán)形支架適用巷道：適用巷道：服務(wù)時間長圍巖不穩(wěn)定受動壓影響大變形大于1000mm有底臌16 錨桿支護梯形巷道17錨桿支護拱形巷道18 2.2 錨桿支護的優(yōu)越性及發(fā)展 國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗表明,錨桿支護是巷道經(jīng)濟有效的支護技術(shù).與棚式支護相比： 錨桿支護顯著改善了巷道支護效果,降低了巷道支護成本,減輕了工人的勞動強度； 19 錨桿支護大大簡化了采煤工作面兩端頭支護和超前支護工藝,改善了作業(yè)環(huán)境,保證了安全生產(chǎn)

5、,為采煤工作面的快速推進創(chuàng)造了良好條件； 目前,錨桿支護技術(shù)已在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用,是煤礦實現(xiàn)安全,高效生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。20 我國錨桿支護發(fā)展概況 1995年我國國有重點煤礦煤巷錨桿技術(shù)支護所占比例僅15.15%，到2005年國有重點煤礦的煤巷錨桿支護率達到60%，有些礦區(qū)超過了90%，甚至達到了100%。 21 錨桿支護已經(jīng)成為我國煤礦巷道首選的安全高效的主要支護方式?？梢哉f煤巷錨桿支護技術(shù)是繼我國煤礦成功應(yīng)用綜合機械化采煤技術(shù)以來，采掘技術(shù)的又一次革命。 它深刻地改變了礦井的開拓部署與巷道布置方式，對我國高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，煤炭產(chǎn)量與效益的大幅度提高起了不可替代的作用。22 2.

6、3 煤巷錨桿支護理論 錨桿支護理論研究的目的是弄清錨桿、錨索與圍巖之間的相互作用關(guān)系，從而為錨桿支護設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。 隨著我國煤巷錨桿支護技術(shù)的快速發(fā)展，錨桿支護理論的研究取得了較大進展。在大量理論分析、實驗室試驗、數(shù)值模擬及井下試驗研究成果的基礎(chǔ)上，進一步深化了對錨桿支護作用本質(zhì)的認識，并應(yīng)用于工程實踐，指導(dǎo)和促進了煤巷錨桿支護技術(shù)的推廣應(yīng)用。23 2.3.1 錨桿支護構(gòu)件的作用 (1) 錨桿桿體的作用 如圖2-1所示，錨桿可以起到抗拉和抗剪作用。常用錨桿鋼材的力學強度見表2-1，錨桿鋼筋的剪切極限強度見表2-2。242526 （2）錨桿托板的作用 托板是錨桿尾部接觸圍巖的構(gòu)件，通過托板給

7、錨桿施加預(yù)緊力，傳遞圍巖載荷至錨桿桿體。 托板本身失效，以及托板下方的圍巖松散脫落，導(dǎo)致托板與表面不緊貼，都會使錨桿失去支護作用。 27 托板的作用可分為兩個方面： 一是通過給螺母施加一定的扭矩使托板壓緊巷道表面，給錨桿提供預(yù)緊力，并使預(yù)緊力擴散到錨桿周圍的煤巖體中，從而改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，抑制圍巖離層，結(jié)構(gòu)面滑動和節(jié)理裂隙的張開，實現(xiàn)錨桿的主動、及時支護作用； 28 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。 托板力學性能應(yīng)與錨桿桿體的性能相匹配，才能充分發(fā)揮錨桿的支護作用。托板強度不足、安裝質(zhì)量差.、受較大偏載都會顯著降

8、低錨桿的作用。 29 托板對全長錨固的受力分布有明顯的影響。圖22所示是有、無托板時錨桿軸力與剪力分布示意圖。無托板時錨桿軸力在巷道表面處為零，在一定深處達到最大值，剪力在軸力最大處為零； 有托板時，由于錨桿施加的預(yù)緊力和圍巖通過托板作用在錨桿桿體上的力，使得錨桿軸力在巷道表面處，達到一定值，而且使錨桿軸力最大的位置向孔口移動，更接近巷道表面。3031（3）錨固劑的作用 1 ) 錨固劑的黏結(jié)作用 錨固劑的主要作用是將鉆孔孔壁巖石與桿體黏結(jié)在一起，使錨桿發(fā)揮支護作用。 同時錨固劑也具有一定的抗剪與抗拉能力，與錨桿共同加固圍巖。 322 ) 錨固劑的抗拉與抗剪作用 我國樹脂錨固劑的抗拉強度一般可取

9、11.5MPa。如果28mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供7.08kN的抗拉力。如20mm的桿體，安裝在28mm的鉆孔中，則錨固劑可提供3.47kN的抗拉力?？梢婂^固劑可提供一定的抗拉能力。33 樹脂錨固劑的抗剪強度一般可取35MPa。如果28mm的鉆孔中不安裝錨桿，只注樹脂錨固劑，則錨固劑可提供21.54kN的抗剪力。 如果20mm的桿體，安裝在28mm的鉆孔中，則錨固劑可提供10.55kN的抗剪力，分別是圓鋼（Q235）、高強度螺紋鋼（BHRB400）、超高強度螺紋（BHRB600的剪斷載荷的12.4%、8.4%、5.9%?？梢婂^固劑可提供一定的抗剪能力。34 3）端部

10、錨固與全長錨固的區(qū)別 對于端部錨固錨桿，錨固劑的作用在于提供黏結(jié)力，使錨桿能承受一定的拉力。錨桿拉力除錨固外，沿長度方向是均勻的（圖25）。 由于錨桿與鉆孔間有較大空隙、所以錨桿抗剪能力只有在巖層發(fā)生較大的錯動后才能發(fā)揮出來。 35 對于全長錨固錨桿，主要有兩方面：將錨桿桿體與鉆孔孔壁黏結(jié)在一起，使錨桿隨巖層移動承受拉力；當巖層發(fā)生錯動時，與桿體共同起抗剪作用，阻止巖層發(fā)生滑動。 對于端部錨固錨桿，支護剛度低；對于全長錨固錨桿，支護剛度高。如圖25所示，這是全長錨固錨桿與端部錨固錨桿的根本區(qū)別。3637（4）鋼帶的作用 鋼帶是錨桿支護系統(tǒng)中的重要構(gòu)件，對提高錨桿支護整體支護效果，保持圍巖的完整

11、性起著關(guān)鍵作用。 鋼帶的作用主要表現(xiàn)在以下3方面: 1) 錨桿預(yù)緊力和工作阻力擴散作用。 單根錨桿作用于巷道表面可近似看成點載荷，鋼帶可擴大錨桿作用范圍，實現(xiàn)錨桿預(yù)緊力和工作阻力擴散，使載荷趨于均勻。 38 2) 支護巷道表面和改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)作用。 鋼帶對巷道表面提供支護，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)，防止錨桿間松動巖塊掉落。 3) 均衡錨桿受力和提高整體支護作用。 鋼帶將數(shù)根錨桿連接在一起，可均衡錨桿受力，共同形成組合支護系統(tǒng)，提高整體支護能力。 如下圖：3940 (5) 網(wǎng)的作用 一般認為，網(wǎng)可以維護錨桿間的圍巖，防止松動小巖

12、塊掉落。其實，網(wǎng)的作用遠不止這一個，特別是在高地應(yīng)力、破碎圍巖條件下，網(wǎng)是錨桿支護系統(tǒng)中不可或缺的重要部件。 網(wǎng)的作用主要表現(xiàn)在以下3方面： 1) 維護錨桿之間的圍巖，防止破碎巖塊垮落。 2) 緊貼巷道表面，提供一定的支護力。 41 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0.01MPa的支護力，一定程度上改善巷道表面巖層受力裝況。同時，將錨桿之間巖層的載荷傳遞給錨桿，形成整體支護系統(tǒng)。 3)對深部圍巖也有良好的支護作用。 網(wǎng)不僅能有效控制巷道淺部圍巖的變形與破壞，而且對深部圍巖也有良好的支護作用。如圖27所示，有網(wǎng)的情況下，雖然巷道表面圍巖已破壞，但沒有松散、垮

13、落。4243 2.3.2 錨桿支護理論評述 （1） 懸吊理論 錨桿支護的作用是將頂板下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層中。懸吊理論是最早的錨桿支護理論，它具有直觀、易懂及使用方便等特點。特別是在頂板上部有穩(wěn)定巖層，而其下部存在松散、破碎巖層的條件，這種支護理論應(yīng)用比較廣泛。44 在比較軟弱的圍巖中，巷道開掘后應(yīng)力重新分布，出現(xiàn)松動破碎區(qū)，在其上部形成自然平衡拱，錨桿支護的作用是將下部松動破碎的巖層懸吊在自然平衡拱上。4546 懸吊理論存在以下明顯缺陷： 1) 錨桿受力只有當松散巖層或不穩(wěn)定巖層完全與穩(wěn)定巖層脫離的情況下才等于破碎巖層的重量，而這種條件在井下巷道中并不多見。 2) 錨桿安設(shè)后，

14、由于巖層變形和離層，會使錨桿受力很大，而遠非破碎巖層重量。 47 3) 當錨桿穿過破碎巖層后，錨桿提供的徑向和切向約束不同程度地改善破碎巖層的整體強度，使其具有一定的承載能力。 而懸吊理論沒有考慮圍巖的自承能力。48 4) 當圍巖松軟，巷道寬度較大時，錨桿很難錨固到上部穩(wěn)定的巖層或自然平衡拱上。懸吊理論無法解釋在這種條件下錨桿支護仍然有效的原因。 總之，懸吊理論僅考慮了錨桿的被動抗拉作用，沒有涉及其抗剪能力及對破碎巖層整體強度的改變。因此，理論計算的錨桿載荷與實際出入比較大。49 (2) 組合梁理論 從巖層受力角度考慮，錨桿將各個巖層夾緊形成組合梁。 組合梁理論適用于層狀巖層。對于端部錨固錨桿

15、，其提供的軸向力將對巖層離層產(chǎn)生約束，并且增大了個巖層間的摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動。對于全長錨固錨桿，錨桿和錨固劑共同作用，明顯改善錨桿受力狀況，增加了控制頂板離層和水平錯動的能力，支護效果優(yōu)于端部錨固錨桿。5051 組合梁厚度越大，梁的最大應(yīng)變值越小。組合梁理論考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用，但是它存在以下明顯缺陷： 1) 組合梁有效組合很難確定。它涉及影響錨桿支護的眾多因素，目前還沒有一種方法比較可靠的估計有效組合厚度。 52 2 ) 沒有考慮水平應(yīng)力對組合梁強度、穩(wěn)定性及錨桿載荷的作用。其實，在水平應(yīng)力較大的巷道中，水平應(yīng)力是頂板破壞、失穩(wěn)的主要原因。

16、3) 只使用于層狀頂板，而且僅考慮了錨桿對離層及滑動的約束作用，沒有涉及錨桿對巖體強度、變形模量及應(yīng)力分布的影響。53 (3) 加固拱理論 大量的試驗表明，即使在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個承載結(jié)構(gòu)。 只要錨桿間距足夠小，各根錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互重疊，就能形成在巖體中產(chǎn)生一個均勻壓縮帶，如圖2-13所示，5455 它可以承受壓力破壞區(qū)上部破碎巖石的載荷。 加固拱內(nèi)的巖石受徑向和切向的約束，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，巖石承載能力得到提高。錨桿支護的作用是形成較大厚度和較大強度的加固拱，拱的厚度越大，越有利于圍巖的穩(wěn)定。 56 加固拱理論充分考慮了錨桿支護的整體作用，在軟巖巷道

17、中得到較為廣泛的應(yīng)用。但是這種理論同樣存在一些明顯的缺陷： （1）只是將各錨桿的支護作用簡單相加，得出支護系統(tǒng)的整體承載結(jié)構(gòu)，缺乏對錨桿巖體力學特性及影響因素的深入研究。 （2）加固拱厚度涉及的影響因素很多，很難較準確的估計。57 (4) 最大水平應(yīng)力理論 國內(nèi)外井下地應(yīng)力測量結(jié)果表明，巖層中的水平應(yīng)力在很多情況下大于垂直應(yīng)力，而且水平應(yīng)力具有明顯的方向性；最大水平主應(yīng)力明顯高于最小水平主應(yīng)力，這種趨勢在淺部礦井尤為明顯。 澳大利亞學者通過現(xiàn)場觀測與數(shù)值模擬分析，得出水平應(yīng)力對巷道圍巖變形與穩(wěn)定性的作用（圖2-14）。5859 他認為，巷道頂?shù)装遄冃闻c穩(wěn)定性主要受水平應(yīng)力的影響；當巷道軸線與最

18、大水平主應(yīng)力平行，巷道受水平應(yīng)力的影響最小，有利于頂?shù)装宸€(wěn)定； 當巷道軸線與最大水平主應(yīng)力垂直，巷道受水平應(yīng)力的影響最大，頂?shù)装宸€(wěn)定性最差；當兩者呈一定夾角時，巷道一側(cè)會出現(xiàn)水平應(yīng)力集中，頂?shù)装宓淖冃闻c破壞會偏向巷道的某一幫。 60 在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層會發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)松動與錯動，導(dǎo)致巖層膨脹、變形。錨桿的作用是抑制巖層沿錨桿軸向的膨脹和垂直于軸向的剪切錯動。因此，要求錨桿強度大、剛度大、抗剪能力強，才能起到上述兩方面的約束作用。 這也是澳大利亞錨桿支護技術(shù)特別強調(diào)高強度、全長錨桿的原因。61 (5) 圍巖松動圈支護理論 董方庭等提出圍巖松動圈支護理論。 巷道開挖后，當圍巖應(yīng)力

19、超過圍巖強度時將在圍巖中產(chǎn)生新的裂紋，其分布區(qū)域類似圓形或橢圓形，稱之為圍巖松動圈。 圍巖一旦產(chǎn)生松動，圍巖的最大變形載荷是松動圈產(chǎn)生過程中的碎脹變形，圍巖破裂過程中的巖石碎裂變形是支護的對象?，F(xiàn)有支護無法有效阻止圍巖松動圈的產(chǎn)生與發(fā)展。 62 根據(jù)圍巖松動圈理論，將錨噴支護分為3種類型： 小松動圈（厚度小于400mm），錨桿支護作用不明顯，只需進行噴射混凝土支護。 中松動圈（厚度在4001500mm之間），支護比較容易，采用懸吊理論設(shè)計錨桿參數(shù)，懸吊點在松動圈之外。 63 大松動圈（厚度大于1500mm），錨桿的作用是給松動圈內(nèi)破裂圍巖提供約束力，使其恢復(fù)到接近原巖的強度并具有可縮性，采用加

20、固拱理論設(shè)計支護參數(shù)。 可見，松動圈支護理論確定了使用各種經(jīng)典錨桿支護理論的適用條件和范圍。64 (6) 圍巖強度強化理論 侯朝炯等提出巷道錨桿支護圍巖強度強化理論。 （1）錨桿支護的實質(zhì)是錨桿與錨固區(qū)域的巖體相互作用組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)； （2）錨桿支護可提高錨固體的力學參數(shù)，包括錨固體破壞前與破壞后的力學參數(shù)（彈性模量、黏聚力、內(nèi)摩擦角等），改善被錨巖體的力學性能； 65 （3）巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)域巖體的峰值強度、峰后強度及殘余強度均能得到強化； （4）錨桿支護可改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增加圍壓，提高威嚴的承載能力，改善巷道支護狀況； 66 （5）圍巖錨固

21、體強度提高后，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，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于巷道圍巖的穩(wěn)定。 為了解錨固前后力學參數(shù)的變化，進行了相似材料模擬實驗。實驗數(shù)據(jù)表明：67 錨固體的強度總比無錨桿時提高，而且隨著錨桿密度增加錨固體的強化系數(shù)也不斷增加。 在錨桿強度一定時，錨桿對殘余強度的強化作用大于對極限強度的強化，這對控制破碎區(qū)圍巖的變形，保持其穩(wěn)定性具有重要作用。68 3.煤巷錨桿支護設(shè)計方法 支護設(shè)計是巷道錨桿支護中的一項關(guān)鍵技術(shù)，對充分發(fā)揮錨桿支護的優(yōu)越性和保證巷道安全具有十分重要的意義。如果支護形式和參數(shù)選擇不合理，就會造成兩個極端： 69 其一是支護強度太高，

22、不僅浪費支護材料，而且影響掘進速度； 其二是支護強度不夠，不能有效控制圍巖變形，出現(xiàn)冒頂事故。70 目前，國內(nèi)外錨桿支護設(shè)計方法主要分為三大類：工程類比法、理論計算法和數(shù)值模擬法。 近10年來，我國在錨桿支護設(shè)計方法方面做了大量工作。 在借鑒國外先進設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國煤礦巷道的特點，提出動態(tài)化、信息化的設(shè)計方法，符合煤礦巷道地質(zhì)條件復(fù)雜性、多變性的特點。 71 這種設(shè)計方法已經(jīng)在多個礦區(qū)得到推廣應(yīng)用，錨桿支護設(shè)計的可靠性、合理性和科學性得到顯著提高。72 3.1 錨桿支護工程類比設(shè)計法 工程類比法是應(yīng)用比較廣泛的方法。它是根據(jù)已經(jīng)支護的類似工程的經(jīng)驗，通過工程類比，提出錨桿支護參數(shù)。

23、73 3.1.1根據(jù)已有工程直接提出支護設(shè)計 這種方法是將已開掘的、成功應(yīng)用錨桿支護巷道的地質(zhì)與生產(chǎn)條件與待開掘的巷道進行比較，在各種條件基本相同的情況下，參照已掘巷道的支護形式與參數(shù)，由設(shè)計人員根據(jù)自己的經(jīng)驗提出待掘進巷道的支護設(shè)計。 74 因此，已掘巷道與待掘巷道條件的比較與設(shè)計人員的設(shè)計經(jīng)驗是直接工程類比應(yīng)用成功的關(guān)鍵。 沒有兩條巷道的地質(zhì)與生產(chǎn)條件完全相同，甚至同一條巷道在不同地段的條件也存在著差異。75 而直接工程類比法使用的是基礎(chǔ)是要求兩條巷道的條件基本類似，不能有較大的差異。 進行工程類比時，要求比較的內(nèi)容全面、細致、可靠，不僅要抓住關(guān)鍵因素，而且不能忽略細節(jié)。 在充分、詳細比較

24、的基礎(chǔ)上，根據(jù)已掘進巷道的支護設(shè)計，進行適當調(diào)整，確定待掘巷道的支護形式與參數(shù)。76 3.1.2 經(jīng)驗公式 經(jīng)驗公式是在大量支護設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，得出的指導(dǎo)支護設(shè)計的簡單公式。目前，國內(nèi)外有多種錨桿支護設(shè)計的經(jīng)驗公式，以下列舉數(shù)例。 （1）錨桿長度選取 1 某學者：錨桿長度與錨桿間排距之比應(yīng)為1.21.5,錨桿長度可作為巷道寬度的函數(shù)確定，如 其中L為錨桿長度，B為巷道寬度。23LB77 2）某學者：最小錨桿長度max錨桿間距的兩倍，三倍不連續(xù)面平均間距確定的不穩(wěn)定巖石寬度，巷道跨度之半。78 （2）錨桿間排距選取 1）某學者：最大錨桿間距min錨桿長度之半，1.5倍不連續(xù)間距確定的不穩(wěn)定巖石

25、寬度。 2）某學者：錨桿間排距與錨桿長度之比為2/35/6比較合理。 79 3）某學者：從拱形巷道頂部能夠形成有效的壓力拱出發(fā)，錨桿長度與錨桿間距的比值應(yīng)接近2。 4）新奧法對錨桿間距的選擇提出一些準則：硬巖，錨桿間距取1.52.0m；中硬巖石，錨桿間距取1.5m；松軟破碎的巖體，錨桿間距取0.81.0m。80 經(jīng)驗公式最大的特點是使用簡單、方便，但存在兩方面的弊端： 一是經(jīng)驗公式只能提供錨桿支護的主要參數(shù)（錨桿長度、間排距等），而其他參數(shù)，如錨桿桿體結(jié)構(gòu)、預(yù)緊力、錨固長度、托板結(jié)構(gòu)與尺寸、組合構(gòu)件形式與尺寸等，很難在經(jīng)驗公式中全面反映，這些參數(shù)卻在錨桿支護中同樣起著十分重要的作用； 81 二

26、是經(jīng)驗公式中考慮影響錨桿支護效果的因素很少，如上述的經(jīng)驗公式中，只考慮了巷道寬度、高度，巖石軟硬程度，結(jié)構(gòu)面分布，而影響巷道圍巖變形與破壞的因素還有很多。 因此，經(jīng)驗公式提供的支護參數(shù)只能作為參考，不能不顧巷道的具體條件而照搬套用。82 3.1.3 以圍巖為基礎(chǔ)的支護設(shè)計 (1) 圍巖分類方法 直接工程類比法與支護設(shè)計者的實踐經(jīng)驗關(guān)系很大，是決定支護設(shè)計成敗的關(guān)鍵因素。然而，要求每一個設(shè)計人員都具有豐富的實踐經(jīng)驗是不切實際的。 83 為了將待定巖體條件下的設(shè)計與個別工程相應(yīng)條件下的實踐經(jīng)驗聯(lián)系起來進行工程類比，做出比較合理的設(shè)計方案，進行圍巖分類是非常必要的。 在圍巖分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同類別

27、的圍巖提出支護形式和參數(shù)設(shè)計的建議這種方法在國內(nèi)為得到廣泛應(yīng)用。84 我國學者在巖體分類方面做了大量工作。 如制定了工程巖體分級標準； 根據(jù)巖石單軸抗壓強度和巖體完整性系數(shù)對巖體進行基本質(zhì)量分級，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、應(yīng)力狀態(tài)及地下水等修正巖體基本質(zhì)量指標； 綜合考慮巖石強度、巖體完整性指標、巖體結(jié)構(gòu)和分布、地應(yīng)力及圍巖自穩(wěn)時間等，比較全面、合理地提出錨噴支護圍巖分類(GBJ86-1985)； 將圍巖變形量作為分類的基礎(chǔ)，并提出分類方法。85 （2）回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類及支護設(shè)計建議 煤炭系統(tǒng)1988年頒布試用我國緩傾斜、傾斜煤層回采巷道圍巖穩(wěn)定性分類方案后，經(jīng)過多年的應(yīng)用和不斷的完善，發(fā)展成

28、為包括緩傾斜、傾斜、急傾斜煤層及不同煤層厚度的回采巷道，煤層上、下山及其他煤巷、巖石巷道在內(nèi)的全部采準巷道圍巖穩(wěn)定性分類。煤巷圍巖的穩(wěn)定性分為5個類別： 86 一類非常穩(wěn)定、二類穩(wěn)定、三類中等穩(wěn)定、四類不穩(wěn)定、五類極不穩(wěn)定。 在圍巖穩(wěn)定性分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的支護設(shè)計與實踐經(jīng)驗，提出了巷道錨桿支護基本形式與主要參數(shù)選擇的建議，見表41。8788(3)巷道圍巖松動圈分類及支護設(shè)計建議 根據(jù)巷道圍巖松動圈支護理論，現(xiàn)場圍巖松動圈測試，松動圈大小與巷道支護難易程度的關(guān)系，結(jié)合錨噴支護機理，將圍巖分為小松動圈穩(wěn)定圍巖（厚度小于400mm）、中松動圈一般穩(wěn)定圍巖（厚度在4001500mm之間）及大松動

29、圈不穩(wěn)定圍巖（厚度大于1500mm）三大類，然后提出圍巖分類及相應(yīng)的支護機理與方法，見表43。8990 3.2 錨桿支護懸吊理論分析設(shè)計法 理論計算法是根據(jù)巷道圍巖條件，選擇某種錨桿支護理論，如懸吊理論、組合梁理論、加固拱理論及其他力學分析方法，在測得支護理論所需巖體物理學參數(shù)的前提下，建立力學模型，通過計算確定錨桿支護參數(shù)。 91 懸吊理論認為錨桿的作用是將下部不穩(wěn)定的巖層懸吊在上部穩(wěn)定的巖層中，阻止軟弱破碎巖層垮落。 懸吊理論只考慮了錨桿的被動抗拉作用，根據(jù)不穩(wěn)定巖層厚度計算錨桿長度，根據(jù)錨桿懸吊的不穩(wěn)定巖層重量計算錨桿直徑和間排距。92(1) 錨桿長度 如圖41a所示，錨桿長度用下式計算

30、： L-錨桿長度，m； L1-錨桿外漏長度，取決于錨桿類型與錨固方式， 一般取0.15m L2-錨桿有效長度，不小于不穩(wěn)定巖層的厚度，m; L3-錨桿錨固長度，端部錨固一般取0.30.4m321LLLL93 (2) 錨桿錨固力與直徑 錨桿錨固力應(yīng)不小于被懸吊不穩(wěn)定巖層的重量，用下式計算：式中 Q-錨桿錨固力，MN; K-安全系數(shù)，一般取1.52； a1、a2 -錨桿間排距，m； 不穩(wěn)定巖層平均重力密度，MN/m3 212aaKLQ 94 如果錨桿錨固力與桿體的破斷力相等，則錨桿直徑可由下式得出：式中：d錨桿直徑，m； 錨桿材料的抗拉強度，MPa 。 tQd4t953）錨桿間距排 如圖41b所示

31、，當錨桿間排距相等時，即 ，則間排距為 21aaa2KLQa 9697 3.3. 錨桿支護預(yù)緊力設(shè)計 預(yù)緊力是錨桿支護中的關(guān)鍵參數(shù)，對支護效果起著決定性作用。 但是，長期以來，沒有認識到預(yù)緊力的重要性，而且錨桿施工機具不能提供較大的預(yù)緊力，導(dǎo)致我國煤礦錨桿預(yù)緊力普遍偏低。 一般預(yù)緊力矩為100-150N.m，預(yù)緊力為15-20kN，有的甚至為零，嚴重影響了錨桿支護作用的發(fā)揮。 98 3.3.1 錨桿預(yù)緊力值的選擇 實踐證明，如果選擇合理的預(yù)緊力值，能夠?qū)崿F(xiàn)對離層與滑動的有效控制。 根據(jù)國外經(jīng)驗，以及國內(nèi)部分礦區(qū)的試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合我國煤礦巷道條件與施工機具，一般可選擇錨桿預(yù)緊力為桿體屈服載荷的30

32、%-50%。 表4-5列出了不同錨桿的預(yù)緊力值(桿體屈服載荷的50%)?？梢?，錨桿直徑越大，桿體材質(zhì)強度越高，要求的預(yù)緊力值越高。99100 3.3.2 錨桿預(yù)緊力的影響因素 目前，我國煤礦錨桿預(yù)緊力主要是通過擰緊錨桿尾部螺母，壓緊托板實現(xiàn)的。因此，提高錨桿預(yù)緊力的技術(shù)措施也是在以下兩個方面。 （1）提高螺母預(yù)緊力矩M 螺母預(yù)緊力矩M是由錨桿安裝機具的輸出扭矩決定的，是影響錨桿預(yù)緊力的關(guān)鍵因素。錨桿預(yù)緊力p與螺母預(yù)緊力矩M成正比，同時取決于系數(shù)k。關(guān)系式為： P= K M 101 影響K值大小的關(guān)鍵因素為: 1) 螺母與錨桿螺紋段間的摩擦系數(shù)； 2）螺母、墊圈端面間的摩擦系數(shù)； 3) 錨桿直徑

33、。102 美國、澳大利亞等采煤技術(shù)先進的國家，普遍采用錨桿臺車、掘錨聯(lián)合機組施工錨桿。 一方面，錨桿鉆機的輸出扭矩很大，有的超過500 N .m，能夠保證錨桿的高預(yù)緊力； 另一方面，錨桿臺車對頂板的頂推力很大，能夠達到400 kN以上。頂推力對巷道頂板提供一個很高的壓緊力，在錨桿安裝以后，該力通過托板傳給錨桿，增加預(yù)緊力。 103 國內(nèi)普遍采用單體錨桿鉆機鉆裝錨桿，這種錨桿鉆機輸出扭矩一般為100150 N.m，頂推力在10 kN左右，無法實現(xiàn)錨桿的高預(yù)力。 為了大幅度提高錨桿的預(yù)緊力矩，措施之一是采用專門的高扭矩螺母擰緊設(shè)備(如氣動扳機)，但是給錨桿安裝增加了一道工序； 其二是在適宜的條件下

34、，引進、開發(fā)錨桿臺車和掘錨聯(lián)合機組，保證錨桿快速、高質(zhì)量安裝。104 (2) 提高錨桿預(yù)緊力與螺母預(yù)緊力矩的轉(zhuǎn)換系數(shù)k 提高錨桿預(yù)緊力與螺母預(yù)緊力矩轉(zhuǎn)換系數(shù)k值的主要措施是：降低螺母與錨桿螺紋段間的摩擦系數(shù)f1；減小螺母、墊圈端面問的摩擦系數(shù)f。 降低f1的措施包括：提高螺紋加工精度等級，減少摩擦阻力和摩擦扭矩；采用油脂對螺紋部進行潤滑，減少摩擦阻力。因此，改善錨桿螺紋加工工藝與設(shè)備，提高錨桿螺紋加工精度，對提高錨桿預(yù)緊力和支護效果具有重要意義。 105 減小f 。的措施是采用高效減摩副，減少螺母、墊圈和托盤之間的摩擦阻力和摩擦扭矩。上述試驗表明，在螺母與托板之問加減摩墊片，可減少摩擦阻力，而

35、且減摩墊片的材質(zhì)起關(guān)鍵作用。 井下使用時應(yīng)選擇合適的減摩墊片，實現(xiàn)高效減摩，顯著提高錨桿預(yù)緊力。106 3. 3.3 錨索預(yù)緊力 錨索與錨桿相比，具有長度大、拉斷載荷高等特點，因此錨索的預(yù)緊力應(yīng)更大。 錨索預(yù)緊力設(shè)計的原則為：錨索與錨桿預(yù)緊力形成的有效壓應(yīng)力區(qū)相互連接、重疊，形成以錨索為骨架、錨桿為連續(xù)帶的骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對錨桿、錨索之間圍巖的起到有效的主動支護作用。 錨索越長、直徑越大、強度越高，施加的預(yù)緊力應(yīng)越大。根據(jù)我國煤礦巷道條件、現(xiàn)有錨索規(guī)格及張拉設(shè)備，錨索預(yù)緊力一般應(yīng)為其拉斷載荷的4070。107 3.4 錨桿支護參數(shù)設(shè)計 除錨桿預(yù)緊力參數(shù)外，錨桿支護參數(shù)還包括錨桿幾何參數(shù)(直徑、長

36、度等)、錨桿力學參數(shù)(屈服強度、抗拉強度、抗剪強度及延伸率等)、鉆孔與錨固參數(shù)、錨桿布置參數(shù)(錨桿間距、排距、安裝角度等)、組合構(gòu)件與網(wǎng)的參數(shù)、錨索參數(shù)等。 1083.4.1 錨桿幾何參數(shù) ( 1) 錨桿直徑 我國煤巷支護已經(jīng)大面積推應(yīng)用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，部分地質(zhì)條件簡單的礦區(qū)仍使用圓鋼錨桿。錨桿桿體直徑基本形成系列，包括16 mm、18mm、20mm、22 mm、25mm。錨桿直徑的選取從技術(shù)上主要考慮三方面的因素：109 錨桿直徑的選取從技術(shù)上主要考慮三方面因素： 1)錨固效果 研究成果表明，對于螺紋鋼錨桿，鉆孔直徑和桿體直徑之差應(yīng)控制在410 mm之間才能保證錨固效果，尤以68mm為

37、最佳(同時考慮錨固效果與施工難易程度)。 對于直徑28 mm的鉆孔，最小的錨桿直徑不能低于18 mm，比較合理的直徑是20 mm、22 mm。對于圓鋼錨桿，尾部應(yīng)擰成麻花狀，以便攪拌錨固劑，麻花部分寬度與鉆孔直徑差應(yīng)控制在410 mm內(nèi)，5mm更好。 110 2) 錨桿預(yù)緊力 選擇錨桿直徑時，應(yīng)結(jié)合巷道圍巖具體條件，支護要求的預(yù)緊力大小確定。預(yù)緊力越大，在相同材質(zhì)的條件下，錨桿直徑應(yīng)越大。111 3) 錨桿強度 在桿體材質(zhì)相同的情況下，錨桿直徑越大，強度越高。數(shù)值計算和井下監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，錨桿直徑對巷道圍巖變形有明顯影響。隨著錨桿直徑增大，圍巖變形量逐漸減小，對變形量較大的巷道這種影響更為明顯。

38、 因此，一般對于圍巖破碎、應(yīng)力大的巷道，應(yīng)選用直徑大的錨桿；相反，對于頂板比較完整、變形量較小的巷道宜選用直徑較小的錨桿。112 (2) 錨桿長度 根據(jù)我國煤礦巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件，煤巷支護的需要，并考慮加工與施工等因素，錨桿長度基本形成系列，包括16 m、18 m、20 m、22 m-,24 In-,26 m、28 m。 錨桿長度的選取從技術(shù)上應(yīng)考慮以下因素： 1) 保證錨固區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu) 錨桿長度應(yīng)保證錨固區(qū)內(nèi)形成一個穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，具有足夠的承載能力。錨桿長度太短，錨固區(qū)厚度過小，不能保證頂板穩(wěn)定；相反，如果錨桿長度增加到一定值后，再加長錨桿對錨固體承載能力已無明顯影響。因此，錨桿

39、長度有一個合理的取值范圍。113 2) 與錨桿預(yù)緊力、直徑、強度相匹配 錨桿長度的選擇應(yīng)與錨桿預(yù)緊力、直徑、強度相匹配。顯然，直徑小、強度低、預(yù)緊力低的錨桿，選擇過大的長度是不合理的。錨桿長，預(yù)緊力低，在頂板不能形成有效的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，不能充分發(fā)揮錨桿的支護作用。 114115 如圖：隨著錨桿長度增加，壓應(yīng)力區(qū)范圍與厚度增加，錨桿作用范圍擴大。但錨桿長度中上部分的壓應(yīng)力減小； 兩錨桿之問中部圍巖的壓應(yīng)力減小。在預(yù)緊力一定的條件下，錨桿越長，預(yù)緊力的作用越不明顯，主動支護性越差。 錨桿越長，施加的預(yù)緊力應(yīng)越大。反過來，通過提高預(yù)緊力，可適當減小錨桿長度。 116 因此，合理的錨桿長度應(yīng)與錨桿預(yù)緊力

40、、強度相匹配，形成有效的支護系統(tǒng)，實現(xiàn)良好的支護效果。 3) 滿足井下施工要求 錨桿長度的選擇應(yīng)滿足井下施工的要求。過長的錨桿不宜度，甚至無法施工。 117 (3) 錨桿表面粗糙度 錨桿表面粗糙度對桿體與錨固劑之間的黏結(jié)力與作用力的傳遞有顯著影響。 桿體與錨固劑之問的黏結(jié)力由兩部分組成： 錨固劑對桿體的吸附力與機械作用力。同光圓桿體相比，桿體表面粗糙具有更大的表面積，吸附力更大；錨固劑嵌入桿體表面凹進去的部分，具有更大的機械作用力。 因此，粗糙桿體與錨固劑的黏結(jié)力明顯大于光圓桿體，而且桿體表面越粗糙，黏結(jié)力越大。118 3.4.2 錨桿力學參數(shù) (1)優(yōu)先選擇高強度錨桿 選擇高強度鋪桿，以提高

41、支護效果，保證巷道安全。 數(shù)值模擬與井下應(yīng)用表明，提高錨桿強度可有效減小巷道圍巖變形，控制圍巖破壞范圍。 119(2)與錨桿預(yù)緊力相匹配 一味地提高錨桿強度，而忽視預(yù)緊力的作用，只能導(dǎo)致錨桿的作用不能充分發(fā)揮，達不到應(yīng)有的支護效果。結(jié)合控制圍巖離層、滑動等所需要的預(yù)緊力，確定合理的錨桿強度，不僅能顯著提高支護效果，而且能降低錨仟支護密度，有利于提高掘進速度， 120 (3) 因地制宜 對于圍巖穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造簡單、地應(yīng)力小的巷道條件 如神東礦區(qū))，應(yīng)因地制宜，可以選用圓鋼等低強度錨桿，在滿思支護要求的前提下，降低支護成本。121 3.4.3 鉆孔與錨固參數(shù) (1) 鉆孔參數(shù) 鉆孔參數(shù)包括鉆孔直徑

42、、深度與表面粗糙度。我國煤巷錨桿鉆孔直徑有28mm、33mm，43mm等幾種，尤以28mm最為普遍。不同鉆孔直徑與錨桿直徑的錨固參數(shù)見表4-7。 可見，孔徑差越大，錨固劑環(huán)形厚度越大，錨固長度越小。122123 孔徑差過大的會引起以下問題: 1) 錨桿不能有效攪拌錨固劑，導(dǎo)致錨固劑攪拌不均勻，反應(yīng)不充分，甚至出現(xiàn)錨固劑包裝薄膜沒有攪破，出現(xiàn)所渭的“手套效應(yīng)”，嚴重影響錨固力。 2) 錨固劑環(huán)形厚度過大，不利于錨固力的提高。試驗表明，錨桿錨固力與錨固劑環(huán)形厚度有很大關(guān)系，當鋪固劑環(huán)形厚廢在3-4mm時，黏結(jié)力最強，錨桿錨固力最大。隨著環(huán)形厚度增大，錨桿錨固力反而顯著降低。 124 3) 在錨固劑

43、長度相同的條件下，孔徑差越大，錨固長度越小。為了達到同樣的錨固長度，需用更多的錨固劑，浪費材料。 4) 鉆孔百徑過大，會導(dǎo)致鉆孔鉆迸速度低，時間長，影響支護速度。此外，鉆孔直徑大，需要的錨固劑直徑也大，材料成本增加。 孔徑差過小，錨固劑環(huán)形圈太薄，同樣影響錨桿錨固力。而且，引起錨桿插入鉆孔比較困難，影響施工速度，甚至導(dǎo)致錨桿安裝失敗。125 鉆孔深度應(yīng)與錨桿長度匹配 合理的鉆孔深度應(yīng)保證錨桿端頭至孔底，尾部能順利安裝組合構(gòu)件、托板、墊片與螺母，并使外露長度保持在合埋的范圍。 鉆孔深度過大，會導(dǎo)致錨桿端頭不能到達孔底，無法攪拌孔底的錨固劑，使有效錨固長度減?。幌喾?，鉆孔深度過小，會使錨桿外露太長

44、。由于錨桿尾部螺紋長度是有限的，過大的外露長度有可能導(dǎo)致螺母已經(jīng)擰到螺紋底部，但托板和組合構(gòu)件還沒有貼緊頂板，無法施加預(yù)緊力，嚴重削弱了錨仟的作用。 126 鉆孔表面粗糙度明顯影響圍巖與錨固劑之間的黏結(jié)力 與錨桿表面粗糙度類似，圍巖條件相同的情況下，表面粗糙的鉆孔與鋪固劑的黏結(jié)力明顯大于光滑鉆孔，而且鉆孔表面越粗糙，黏結(jié)力越大。鉆孔表面粗糙度與圍巖性質(zhì)、鉆孔設(shè)備、鉆頭鉆桿、推進速度等多種因素有關(guān)。127 (2) 錨固參數(shù) 錨固參數(shù)包括錨固劑的型號、規(guī)格、尺寸，錨固長度等。 錨固劑直徑應(yīng)與鉆孔直徑和錨桿直徑相匹配。為了使錨固劑能夠順利安裝到鉆孔中，同時錨桿桿體又能充分攪拌錨固劑，比較合理的錨固劑

45、直徑是比鉆孔百徑小3-5mm。如28mm直徑的鉆孔，采用23mm直徑的錨固劑；33mm直徑的鉆孔，采用28mm直徑的錨固劑。 128 錨桿錨固長度主要分為端部錨固、加長錨固和全長錨固。端部錨固：錨桿錨固長度不大于500mm或不大于鉆孔長度的1/3；全長錨固：錨桿錨固長度不小于鉆孔長度的90% 加長錨固：錨桿錨固長度介于端部錨固和全長錨固之間。129 3.4.4 錨桿布置參數(shù) (1)錨桿密度 錨桿支護密度應(yīng)遵循以下原則: 1) 低支護密度原則 應(yīng)盡量提高單根錨桿的預(yù)緊力、強度與剛度，在保證支護效果與安全條件下，降低支護密度。我國煤巷錨桿間排距一般為0.6-1.0m，間排距偏小，支護密度偏大，而且

46、將縮小錨桿間排距作為增加支護強度的一種主要手段。 130 相反，美國、澳大利亞等國家，錨桿間排距比較大。如美國錨桿間排距一般選擇為1.2m，澳大利亞錨桿間排距一般在1.0m左右。降低支護密度，可降低巷道支護綜合成本，明顯提高成巷速度。131 2 ) 支護密度與錨桿預(yù)緊力、強度、長度相匹配原則 實踐表明，通過提高錨桿預(yù)緊力、直徑、強度，可以增大錨桿間排距。特別是我國錨桿預(yù)緊力普遍很低，即使支護密度大，支護效果也不理想“通過大幅度提高錨桿預(yù)緊力，不僅能夠顯著減小圍巖變形，保持圍巖的完整性與穩(wěn)定性，而且可顯著降低支護密度。 132 3) 支護密度與組合構(gòu)件相匹配原則 組合構(gòu)件 (鋼帶、金屬網(wǎng))在預(yù)應(yīng)

47、力支護系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。通過選擇護表面積大、強度和剛度高的組合構(gòu)件，呵擴大錨桿作用范圍，適當減小錨桿支護密度。133 (2) 錨桿角度 錨桿角度主要指頂板靠近兩幫傾斜錨桿的角度。傳統(tǒng)的錨桿布置方式是將傾斜錨桿布置成與垂線呈20-30度角 ，使傾斜錨桿能夠深人到巷幫上方的頂板中。 一般認為，這樣布置一方面傾斜錨桿可以阻止頂板整體切落；另一方面，傾斜錨桿與鋼帶組成一個兜狀結(jié)構(gòu)，防止頂板冒落。對已發(fā)生的冒頂事故分析表明，傾斜錨桿的上述兩種作用郡比較小，不能阻止頂板垮落，相反，過大的角度削弱了錨桿對頂板的支護作用。頂板角錨桿不同角度時的錨桿預(yù)應(yīng)力場分布如圖4-10所示。從圖上可看出以下兒點：134

48、1) 當頂板角錨桿垂直布置時，角錨桿與中部錨桿形成的有效壓應(yīng)力區(qū)相互連接與疊加，在頂板形成厚度較大、分布比較均勻的壓應(yīng)力區(qū)，覆蓋了錨固區(qū)的大多數(shù)面積，錨桿預(yù)緊力擴散與疊加效果最好。 (2) 隨著頂板角錨桿角度增加，角錨桿形成的有效壓應(yīng)力區(qū)與申部鋪桿形成約有效壓應(yīng)力區(qū)逐步分離，疊加區(qū)域越來越小。當頂板角錨桿角度達到嶼。，兩個壓應(yīng)力區(qū)明顯分離。繼續(xù)加大角錨仟角度，角錨桿與中部錨桿的壓應(yīng)力區(qū)分開的更遠，成為彼此獨立的支護單元，錨桿支護的整體作用受到嚴重影響。 135 (3) 頂板角錨桿角度越大，錨桿預(yù)緊力形成的有效壓應(yīng)力區(qū)越小。而且，較高的壓應(yīng)力主要集申在錨桿尾部附近，在錨桿中部與端部壓應(yīng)力則較小，

49、這不利于錨桿支護作用的充分發(fā)揮。 由此可見，在近水平煤層巷道申，頂板角錨桿最好垂直布置。如考慮施工需要一定的角度，最大角度不應(yīng)超過10。136 3.4.5、組合構(gòu)件與網(wǎng)的參數(shù) (l) 組合構(gòu)件參數(shù) 組合構(gòu)件有鋼帶、鋼筋托梁、鋼梁等形式。鋼帶又分平鋼帶、W形鋼帶、M形鋼帶等形式。組合構(gòu)件在錨桿支護系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，對其有以下要求: 1) 有一定的護表面積、強度和剛度，起到擴散錨桿預(yù)緊力、擴大錨桿作用范圍，以及均衡錨桿受力，提高整體支護能力的作用。 137 2)幾何參數(shù)、力學參數(shù)應(yīng)與錨桿參數(shù)相匹配。組合構(gòu)件形式與參數(shù)選擇不合理，會導(dǎo)致組合構(gòu)件發(fā)生破壞，顯著降低支護系統(tǒng)的艾護能力。 3)經(jīng)濟合理，

50、便于施工。應(yīng)對組合構(gòu)件的斷面形狀、兒何參數(shù)、材質(zhì)進行優(yōu)化，在獲得比較優(yōu)越的力學性能的條件下，節(jié)約材料，有利于井下施工。138 鋼筋托梁： 由鋼筋焊接而成。鋼筋直徑一般為10-16mm，托梁寬度為60-100mm，長度根據(jù)需要確定。 鋼筋托梁最大的優(yōu)點是加工方便、重量小、成本低，然而力學性能比較差，表現(xiàn)在:護表面積小、強度與剛度低;托梁鋼筋與巷道表面為線接觸，不利于錨桿預(yù)緊力擴散和作用范圍的擴大;組合作用和均衡錨桿受力的能力差，易出現(xiàn)鋼筋或焊接部位破斷的現(xiàn)象。 鋼筋托梁適合用于地質(zhì)條件比較簡單的巷道，在復(fù)雜困難條件下，不建議采用這種組合構(gòu)件。139 W形鋼帶： 由鋼板滾壓成形的組合構(gòu)件。鋼板厚度

51、為3-5mm，鋼帶寬度一般為180-280mm。W形鋼帶有以下優(yōu)點：護表面積大、強度與剛度高；與巷道表面為面接觸，有利于錨桿預(yù)緊力擴散和擴大錨仟作用范圍；組合作用和均衡錨桿受力的能力強。W形鋼帶是適合復(fù)雜困難條件巷道的有效組合構(gòu)件。實際應(yīng)用時，可根據(jù)錨桿預(yù)緊力、直徑和強度等參數(shù)選擇相適應(yīng)的鋼帶參數(shù)。 140 M形鋼帶 也是一種性能比較優(yōu)越的組合構(gòu)件。這種鋼帶鋼材利用率高，抗彎截面利用率高；向上的截面模量明顯小于向下的截面模量，安裝鋼帶時易于緊貼頂板，而頂板下沉時，鋼帶向下的抗彎截面模量大，有利于阻止錨桿間的圍巖變形、松動和破壞。141 （2）網(wǎng)的參數(shù) 網(wǎng)有多種形式，按材料可分金屬網(wǎng)和非金屬網(wǎng)。

52、金屬網(wǎng)又分為鐵絲網(wǎng)和鋼筋網(wǎng):鐵絲網(wǎng)又分為經(jīng)緯網(wǎng)和菱形網(wǎng)，其中菱形網(wǎng)柔性好、強度大、孔形不易變形、連接方便，逐步取代經(jīng)緯網(wǎng);鋼筋網(wǎng)強度與剛度大，護表能力強，可有效擴大錨桿作用范圍，提高支護系統(tǒng)的整體效果。非金屬網(wǎng)有塑料網(wǎng)相聚酷網(wǎng)等。 塑料網(wǎng)輕便、抗腐蝕、成本低，但強度與剛度低，護表能力差;聚酷網(wǎng)重量小，但強度與剛度比塑料網(wǎng)顯著增加，正逐步推廣應(yīng)用。 142 網(wǎng)的參數(shù)包括鐵絲 (鋼筋)直徑、強度、網(wǎng)孔大小、網(wǎng)片的長度與寬度等。根據(jù)網(wǎng)的作用，對其有以下要求:： 1) 有一定的強度和剛度，不僅能阻止錨桿間的小煤巖塊掉落，而且能起到一定的抑制圍巖松動和變形的作用。 2 ）當巷道需要噴漿時，網(wǎng)的參數(shù)應(yīng)滿足

53、噴漿的需要。 3 ) 井下施工時，網(wǎng)應(yīng)盡量緊貼巷道表面。網(wǎng)的形式與參數(shù)應(yīng)有利于施工。143 3.4.6 錨索參數(shù) 小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)主要包括錨索長度、直徑，錨固長度、外露長度，錨索間、排距，錨索安裝角度，預(yù)緊力與拉斷力，錨索組合構(gòu)件形式、規(guī)格和強度等。 （1）錨索長度 錨索應(yīng)將錨桿支護形成的預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)與深部圍巖相連，發(fā)揮深部圍巖的承載能力，提高預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，錨索應(yīng)錨固在圍巖內(nèi)部相對較穩(wěn)定的巖層中。144 錨索長度可參考下式設(shè)計： L=L1+L2+L3 (4-26) 式中 L-錨索長度，m； L1-錨索外露長度，03-04m; L2 -潛在的不穩(wěn)定巖層高度，m； L

54、3-錨索錨固長度，12-15m。 錨索長度的選取應(yīng)與錨索的預(yù)緊力相匹配，錨索越長，施加的預(yù)緊力應(yīng)越大。低預(yù)緊力的長錨索支護效果比高預(yù)緊力的短錨索差。145 （2) 錨索直徑 考慮到錨索索體直徑與鉆孔直徑 (一般為28mm)的差值控制在4-10mm之內(nèi)有利于樹脂藥卷錨固效果的發(fā)揮，應(yīng)優(yōu)先選用直徑18mm及以上錨索。 (3) 錨固長度 為了確定比較合理的錨固長度，按不同孔徑、錨固長度和錨固劑等分別在井下進行了拉撥試驗。試驗地點的巖性為粉砂巖、細砂巖，部分含鋁土巖。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，考慮到巖性和施工等影響因素及安全系數(shù)，確定樹脂錨固最小錨固長度為10m，一般應(yīng)為12-15m。 146(4) 錨索密度 錨

55、索間、排距應(yīng)結(jié)合錨索預(yù)緊力選取，以與錨桿形成骨架網(wǎng)狀預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。但是，錨索支護密度不宜過大，否則會顯著增加巷道支護成本，影響成巷速度。對于一般的巷道，每2-3排錨桿布置1-2根鋪索是比較可行的。特殊條件應(yīng)根據(jù)具體情況確定錨索的間排距。147 (5) 錨索安裝角度 錨索優(yōu)先選擇垂直于巷道表面的方向布置，有利于發(fā)揮錨索的預(yù)緊力與抗拉能力。 (6) 錨索拉斷力 由于錨索施加較大的預(yù)緊力，宜采用高強度、較大直徑的索體，保證錨索的支護加固能力。 (7) 錨索外露長度 考慮到托板、錨具和張拉機具的要求，錨索外露長度一般控制在300mm左右。148 4. 煤礦頂板事故發(fā)生的原因遇到斷層、破碎帶遇到斷層、破碎

56、帶煤巖體層節(jié)理發(fā)育煤巖體層節(jié)理發(fā)育吸水膨脹軟巖吸水膨脹軟巖采掘深度較深受地壓影響采掘深度較深受地壓影響(1) 地質(zhì)條件地質(zhì)條件149巷道附近出現(xiàn)隱含小斷層巷道附近出現(xiàn)隱含小斷層 因巷道附近一定范圍內(nèi)無法發(fā)現(xiàn)的隱含小斷層導(dǎo)致冒頂事故。剖面 150頂板一定范圍內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層頂板一定范圍內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層圖2.3 軟弱夾層導(dǎo)致巷道冒頂實例 軟弱夾層層厚一般在幾mm幾十mm。而普通錨桿無法將其納入錨固范圍之內(nèi)。冒頂原因:直接頂板泥巖與基本頂砂巖間突然出現(xiàn)煤線。151節(jié)理發(fā)育節(jié)理發(fā)育 由于地質(zhì)構(gòu)造作用，巖層節(jié)理發(fā)育，多組節(jié)理互相切割，破壞巖體的完整性，導(dǎo)致楔形冒落。褶曲構(gòu)造引起頂板局部變化，斜交節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)

57、致巷道頂板楔形冒落。152圍巖出現(xiàn)鑲嵌型結(jié)構(gòu)：圍巖出現(xiàn)鑲嵌型結(jié)構(gòu)： 俗稱：“鍋底矸”鍋底形裂隙錨索6 長 部分拉斷有小部分留在頂板內(nèi) ?153(2) 人的不安全行為人的不安全行為采礦方法不合理或支護設(shè)計不合理采礦方法不合理或支護設(shè)計不合理缺乏安全知識及安全意識缺乏安全知識及安全意識空頂作業(yè)和支護不及時空頂作業(yè)和支護不及時巷道成形不好巷道成形不好支護強度不夠或沒有劃嚴背緊支護強度不夠或沒有劃嚴背緊爆破崩倒支架沒有進行及時支護爆破崩倒支架沒有進行及時支護受采動的影響受采動的影響154缺乏安全知識及安全意識缺乏安全知識及安全意識違章進入采空區(qū)違章進入采空區(qū)進入封閉巷道進入封閉巷道不佩戴安全帽不佩戴安

58、全帽在年久失修巷道處逗留在年久失修巷道處逗留155空頂作業(yè)和支護不及時空頂作業(yè)和支護不及時 第四十一條第四十一條 掘進工作面嚴禁空頂作業(yè)?？拷蜻M工作面掘進工作面嚴禁空頂作業(yè)?？拷蜻M工作面10m內(nèi)的支護，在爆內(nèi)的支護，在爆破前必須加固。爆破崩倒、崩壞的支架必須先行修復(fù)，之后方可進入工作面作業(yè)。破前必須加固。爆破崩倒、崩壞的支架必須先行修復(fù)，之后方可進入工作面作業(yè)。修復(fù)支架時必須先檢查頂、幫，并由外向里逐架進行。修復(fù)支架時必須先檢查頂、幫，并由外向里逐架進行。 在松軟的煤、巖層或流砂性地層中及地質(zhì)破碎帶掘進巷道時，必須采取前探在松軟的煤、巖層或流砂性地層中及地質(zhì)破碎帶掘進巷道時，必須采取前探支

59、護或其他措施。支護或其他措施。 在堅硬和穩(wěn)定的煤、巖層中，確定巷道不設(shè)支護時，必須制定安全措施。在堅硬和穩(wěn)定的煤、巖層中，確定巷道不設(shè)支護時，必須制定安全措施。156巷道成形不好容易造成冒頂巷道成形不好容易造成冒頂?shù)谌俣艞l 炮眼深度和炮眼的封泥長度應(yīng)符合下列要求：（一）炮眼深度小于0.6m時，不得裝藥、爆破；在特殊條件下，如挖底、刷幫、挑頂確需淺眼爆破時，必須制定安全措施，炮眼深度可以小于0.6m，但必須封滿炮泥。（二）炮眼深度為0.61m時，封泥長度不得小于炮眼深度的1/2。（三）炮眼深度超過1m時，封泥長度不得小于0.5m。157巷道成形不好容易造成冒頂巷道成形不好容易造成冒頂（四）

60、炮眼深度超過2.5m時，封泥長度不得小于1m。（五）光面爆破時，周邊光爆炮眼應(yīng)用炮泥封實，且封泥長度不得小于0.3m。（六）工作面有2個或2個以上自由面時，在煤層中最小抵抗線不得小于0.5m，在巖層中最小抵抗線不得小于0.3m。淺眼裝藥爆破大巖塊時，最小抵抗線和封泥長度都不得小于0.3m。158 第四十二條第四十二條 支架間應(yīng)設(shè)牢固的撐木或拉桿。可縮性金屬支架應(yīng)用金屬支拉桿，并用機支架間應(yīng)設(shè)牢固的撐木或拉桿?？煽s性金屬支架應(yīng)用金屬支拉桿，并用機械或力矩扳手擰緊。支架與頂幫之間的空隙必須塞緊、背實。巷道砌碹時，械或力矩扳手擰緊。支架與頂幫之間的空隙必須塞緊、背實。巷道砌碹時，碹體與頂幫之間必須用