礦山壓力與巖層控制8zi巷道維護(hù)原理與支護(hù)技術(shù)課件

第八章巷道維護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)

第一節(jié)無(wú)煤柱護(hù)巷

第二節(jié)巷道圍巖卸壓

第三節(jié)巷道金屬支架

第四節(jié)巷道錨桿支護(hù)

第五節(jié)軟巖巷道圍巖變形規(guī)律及其支護(hù)技術(shù)第六節(jié)錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)礦山壓力與巖層控制

第八章巷道維護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)

第一節(jié)1圖8-1留煤柱護(hù)巷示意圖第一節(jié)無(wú)煤柱護(hù)巷一、護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性傳統(tǒng)的留煤柱護(hù)巷方法是在上區(qū)段運(yùn)輸平巷和下區(qū)段回風(fēng)平巷之間留設(shè)一定寬度的煤柱，使下區(qū)段平巷避開固定支承壓力峰值區(qū)圖8-1留煤柱護(hù)巷示意圖第一節(jié)無(wú)煤柱護(hù)巷一、護(hù)巷煤柱2（一）煤柱的載荷1．煤柱載荷的估算圖8-2計(jì)算煤柱載荷示意圖

（一）煤柱的載荷圖8-2計(jì)算煤柱載荷示意圖32．煤柱寬度的理論計(jì)算護(hù)巷煤柱寬度的理論計(jì)算有按煤柱的允許應(yīng)力，煤柱能承受的極限載荷，以及按煤柱應(yīng)力分布等多種方法。各種方法的基本觀點(diǎn)都認(rèn)為：煤柱的寬度必須保證煤柱的極限載荷σ不超過它的極限強(qiáng)度R(七章一節(jié))。煤柱的寬度B計(jì)算式：2．煤柱寬度的理論計(jì)算4（二）煤柱的應(yīng)力分布1．一側(cè)采空煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力的分布圖8-3煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布1—彈性應(yīng)力分布；2—彈塑性應(yīng)力分布；Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—彈性區(qū)應(yīng)力升高部分；Ⅳ—原始應(yīng)力區(qū)（二）煤柱的應(yīng)力分布圖8-3煤柱（體）的彈塑性變形52．兩側(cè)采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力的分布兩側(cè)均已采空的煤柱，其應(yīng)力分布狀態(tài)主要取決于回采引起的支承壓力影響距離L及煤柱寬度B，主要有三種類型：

B＞2L時(shí)（圖8-4）②2L＞B＞L時(shí)，見圖8-5。③B＜L時(shí)(圖8-6）,受兩側(cè)采動(dòng)影響時(shí)，K值可達(dá)到4～5以上.2．兩側(cè)采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力的分布6圖8-4煤柱寬度很大時(shí)彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布

Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—中部為原巖應(yīng)力的彈性區(qū)

圖8-5煤柱寬度較大時(shí)彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—應(yīng)力升高的彈性區(qū)圖8-4煤柱寬度很大時(shí)彈塑Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；圖8-7圖8-6寬度較小時(shí)煤柱的塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—彈性區(qū)圖8-6寬度較小時(shí)煤柱的塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布Ⅰ—破8

圖8-7煤柱的彈塑性變形區(qū)及應(yīng)力分布（三）、護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性(1)護(hù)巷煤柱的寬度煤柱的寬度是影響煤柱的穩(wěn)定性和巷道維護(hù)的主要因素圖8-7煤柱的彈塑性變形區(qū)及應(yīng)力分布（三）、護(hù)巷煤9(2)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件護(hù)巷煤柱一側(cè)為回采空間，一側(cè)為采準(zhǔn)巷道。回采空間和采準(zhǔn)巷道在護(hù)巷煤柱兩側(cè)形成各自的塑性變形區(qū)，塑性區(qū)的寬度分別為x0、x1（圖8-7）。因此，護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是：煤柱兩側(cè)產(chǎn)生塑性變形后，在煤柱中央存在一定寬度的彈性核，彈性核的寬度應(yīng)不小于煤柱高度的2倍。(2)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件10二、

老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系在巷道整個(gè)服務(wù)時(shí)期，隨著采面不斷向前推進(jìn)，通過巷道頂板對(duì)沿空巷道圍巖穩(wěn)定的影響方式和程度差異懸殊。(2)沿空巷道頂板巖層處于采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)固支邊與鉸結(jié)邊之間，其頂板巖層斷裂成弧形三角板。(3)沿空巷道跨度較小，工作面老頂巖層結(jié)構(gòu)對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響最顯著,老頂一般可視為亞關(guān)鍵層。二、老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系11圖8-8采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)示意圖圖8-8采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)示意圖12圖8-9回采工作面傾斜方向支承壓力分布a—頂?shù)装鍨樯皫r

b—頂?shù)装鍨槟噘|(zhì)或較破碎的砂質(zhì)頁(yè)巖

三、沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（一）沿傾斜方向支承壓力分布規(guī)律圖8-9回采工作面傾斜方向支承壓力分布a—頂?shù)装鍨樯皫rb13（二）巷道圍巖變形與護(hù)巷煤柱寬度的關(guān)系表8-1回采巷道保持穩(wěn)定狀態(tài)的護(hù)巷煤柱寬度值B/m圖8-10μ-x關(guān)系曲線示意圖（二）巷道圍巖變形與護(hù)巷煤柱寬度的關(guān)系表8-1回采巷道保14（三）沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)1．沿空掘巷的圍巖應(yīng)力和圍巖變形圖8-11沿空掘巷引起煤幫應(yīng)力重新分布1—掘巷前的應(yīng)力分布2—掘巷后的應(yīng)力分布

（三）沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)圖8-11沿空掘巷引起煤幫應(yīng)力15

圖8-12窄煤柱護(hù)巷引起煤幫應(yīng)力重新分布

1—掘巷前的應(yīng)力分布2—掘巷后的應(yīng)力分布

2．窄煤柱巷道的圍巖應(yīng)力和圍巖變形窄煤柱巷道是指巷道與采空區(qū)之間保留5～8m寬的煤柱。巷道掘進(jìn)前，采空區(qū)附近沿傾斜方向煤體內(nèi)應(yīng)力分布（圖8-12中1）。最終應(yīng)力分布狀態(tài)如圖8-12中2所示。圖8-12窄煤柱護(hù)巷引起煤幫應(yīng)力重新分布1—掘巷前的16圖8-13完全沿空掘巷圖8-14留小煤墻沿空掘巷沿空掘巷的二種方式：完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷方式。圖8-13完全沿空掘巷圖8-14留小煤墻沿空掘巷沿空掘17四、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)1．采動(dòng)時(shí)期的受力狀況沿空留巷是在上區(qū)段工作面采過后，通過加強(qiáng)支護(hù)或采用其它有效方法，將上區(qū)段工作面運(yùn)輸平巷保留下來，供下區(qū)段工作面回采時(shí)作為回風(fēng)平巷（圖8-15）。2．沿空留巷的頂板下沉規(guī)律回采工作面推進(jìn)引起的上覆巖層運(yùn)動(dòng)，其發(fā)展是自下而上的，上部具有明顯的滯后現(xiàn)象，沿空留巷的頂板會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到老頂上覆巖層運(yùn)動(dòng)的影響。四、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)18圖8-15沿空留巷工作面巷道平面布置圖a—向長(zhǎng)壁沿空留巷b—傾斜長(zhǎng)壁沿空留巷

圖8-15沿空留巷工作面巷道平面布置圖a—向長(zhǎng)壁沿空留巷19五、沿空留巷巷旁支護(hù)形式1．巷旁支護(hù)的作用巷旁支護(hù)是指巷道斷面范圍以外，與采區(qū)交界處架設(shè)的一些特殊類型的支架或人工構(gòu)筑物。它的作用主要有：控制直接頂?shù)碾x層和及時(shí)切斷直接頂板，使垮落矸石在采空區(qū)內(nèi)充填支撐老頂，減少上覆巖層的彎曲下沉。減少巷內(nèi)支護(hù)所承受的載荷，保持巷道圍巖穩(wěn)定。同時(shí)為了生產(chǎn)安全，及時(shí)封閉采空區(qū)，防止漏風(fēng)和煤炭自燃發(fā)火，避免采空區(qū)內(nèi)有害氣體逸出。五、沿空留巷巷旁支護(hù)形式202．巷旁支護(hù)的類型和適用條件木垛支護(hù)、密集支柱支護(hù)、矸石帶支護(hù)、混凝土砌塊支護(hù)等方式。它們的主要缺點(diǎn)是，增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多和機(jī)械化程度不高。3．整體澆注巷旁充填技術(shù)整體澆注巷旁充填技術(shù)具有增阻速度快、支承能力大、密封性能好和機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)，使發(fā)展沿空留巷技術(shù)的關(guān)鍵問題得到解決。2．巷旁支護(hù)的類型和適用條件21第二節(jié)巷道圍巖卸壓

一、跨巷回采進(jìn)行巷道卸壓1．跨巷回采卸壓的機(jī)理根據(jù)采面不斷移動(dòng)的特點(diǎn)以及巷道系統(tǒng)優(yōu)化布置的原則，可在巷道上方的煤層工作面進(jìn)行跨采，使巷道經(jīng)歷一段時(shí)間的高應(yīng)力作用后，長(zhǎng)期處于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)?？绮傻男Ч饕Q于巷道與上方跨采面的相對(duì)位置。第二節(jié)巷道圍巖卸壓一、跨巷回采進(jìn)行巷道卸壓222、跨巷回采的應(yīng)用及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

跨巷回采期間，巷道將順次受到跨采面的超前支承壓力和上覆巖層垮落的影響，劇烈影響范圍和程度與開采深度、圍巖的力學(xué)性質(zhì)及巷道與開采煤層的法向距離有關(guān)。只要與采空區(qū)煤壁邊緣的水平距離適當(dāng)，跨采后巷道可以長(zhǎng)期處于應(yīng)力降低區(qū)。2、跨巷回采的應(yīng)用及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律跨巷回采期間，巷道將23圖8-16區(qū)段煤柱對(duì)跨采上山圍巖變形的影響1－不留區(qū)段煤柱、先跨；2—留區(qū)段煤柱、先跨

3—留區(qū)段煤柱、后跨；4—較寬的煤柱維護(hù)上山

圖8-16區(qū)段煤柱對(duì)跨采上山圍巖變形的影響1－不留區(qū)段24圖8-17切縫對(duì)圓形巷道周邊應(yīng)力分布的影響a—無(wú)切縫；b—兩幫切縫；c—頂?shù)浊锌p；d—兩幫及頂?shù)淄瑫r(shí)切縫二、巷道圍巖開槽卸壓及松動(dòng)卸壓1．巷道周邊開槽（孔）對(duì)圍巖應(yīng)力分布的影響圖8-17切縫對(duì)圓形巷道周邊應(yīng)力分布的影響a—無(wú)切縫；b252．巷道圍巖開槽（孔）卸壓法的應(yīng)用圖8-18鉆孔卸壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

1—未卸壓2—卸壓鉆孔深8m3—卸壓鉆孔深9m

2．巷道圍巖開槽（孔）卸壓法的應(yīng)用圖8-18鉆孔卸壓現(xiàn)263．巷道圍巖松動(dòng)爆破卸壓法的應(yīng)用圖8-20松動(dòng)爆破卸壓鉆孔布置

3．巷道圍巖松動(dòng)爆破卸壓法的應(yīng)用圖8-20松動(dòng)爆破卸壓27三、利用卸壓巷硐進(jìn)行巷道卸壓利用卸壓巷硐卸壓方法的實(shí)質(zhì)是，在被保護(hù)的巷道附近（通常是在其上部、一側(cè)或兩側(cè)），開掘?qū)ｉT用于卸壓的巷道或硐室。轉(zhuǎn)移附近煤層開采的采動(dòng)影響，促使采動(dòng)引起的應(yīng)力分布再次重新分布，最終使被保護(hù)巷道處于開掘卸壓巷硐而形成的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。三、利用卸壓巷硐進(jìn)行巷道卸壓28圖8-21巷道一側(cè)卸壓巷硐的卸壓原理

1—被保護(hù)巷道；2—卸壓巷道；3—讓壓煤柱；4—承載煤柱1．在巷道一側(cè)布置卸壓巷硐在護(hù)巷煤柱中與巷道間隔一段距離掘一條卸壓巷道，形成的窄煤柱稱為讓壓煤柱，寬煤柱稱為承載煤柱圖8-21巷道一側(cè)卸壓巷硐的卸壓原理1—被保護(hù)巷道；229

圖8-22膠帶輸送機(jī)硐室頂部卸壓1－輸送機(jī)硐室；2—卸壓巷道；3—松動(dòng)爆破區(qū)2．在巷道頂部布置卸壓巷硐卸壓巷硐布置在被保護(hù)巷道與上部開采煤層之間,使被保護(hù)巷道避開上部煤層跨采時(shí)產(chǎn)生的劇烈影響，處于卸壓巷硐形成的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。圖8-22膠帶輸送機(jī)硐室頂部卸30圖8-23本煤層沿頂板布置卸壓巷道卸壓表8-3卸壓前后巷道圍巖變形參數(shù)對(duì)比圖8-23本煤層沿頂板布置卸壓巷道卸壓表8-3卸壓前后31圖8-24寬巷（面）掘進(jìn)卸壓1—寬巷（面）掘進(jìn)卸壓后支承壓力分布；2—側(cè)巷3、寬面掘巷卸壓寬面掘巷卸壓通常用于薄煤層的巷道，巷道掘進(jìn)時(shí)把巷道兩側(cè)6～8m寬的煤采出，將掘巷過程中挑頂、臥底的矸石充填到巷道兩側(cè)采出的空間，圖8-24寬巷（面）掘進(jìn)卸壓1—寬巷（面）掘進(jìn)卸壓后支32圖8-25掘前預(yù)采巷道布置示意圖

四、掘前預(yù)采的應(yīng)用圖8-25掘前預(yù)采巷道布置示意圖四、掘前預(yù)采的應(yīng)用33第三節(jié)巷道金屬支架一、巷道支架支護(hù)原理

巷道支架的工作特征與一般地面工程結(jié)構(gòu)有著根本性區(qū)別，支架受載的大小不僅取決于本身的力學(xué)特性（承載能力、剛度和結(jié)構(gòu)特征），而且與其支護(hù)對(duì)象—圍巖本身的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，也就是“支架-圍巖”相互作用關(guān)系。第三節(jié)巷道金屬支架巷道支架的工作特征與一般地面工342．“支架-圍巖”相互作用的基本狀態(tài)當(dāng)巷道頂板巖石與上覆巖層離層或脫落時(shí)，支架處于給定載荷狀態(tài)。②當(dāng)巷道頂板巖石與上覆巖層沒有離層或脫落時(shí)，支架處于給定變形狀態(tài)。圖8-26“支架—圍巖”相互作用力學(xué)模型a—給定載荷狀態(tài)；b—給定變形狀態(tài)2．“支架-圍巖”相互作用的基本狀態(tài)圖8-26“支架—圍353．“支架-圍巖”相互作用原理

巷道支架系統(tǒng)必須具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和一定的可縮性，合理的“支架-圍巖”相互作用關(guān)系是充分利用圍巖天然的自承力和承載力。3．“支架-圍巖”相互作用原理巷道支架系統(tǒng)必須36圖8-27支架與圍巖的相互作用關(guān)系A(chǔ)—彈塑性階段；B—松動(dòng)破裂階段

圖8-27支架與圍巖的相互作用關(guān)系A(chǔ)—彈塑性階段；B374．“支架-圍巖”相互作用原理的應(yīng)用依據(jù)“支架-圍巖”相互作用原理，在巷道支護(hù)的工程實(shí)踐中發(fā)展了以下實(shí)用支護(hù)技術(shù)：（1）實(shí)行二次支護(hù)（2）采用柔性支護(hù)（3）強(qiáng)調(diào)主動(dòng)支護(hù)4．“支架-圍巖”相互作用原理的應(yīng)用（1）實(shí)行二次支護(hù)38圖8-28新U25型鋼斷面圖

二、巷道金屬支架（一）礦用支護(hù)U型鋼圖8-28新U25型鋼斷面圖二、巷道金屬支架39(a)(b)(c)

圖8-29雙槽形夾板式連接件a—上限位連接件；b—中間連接件；c—下限位連接件1—上限位塊2—下限位塊(a)(b)40圖8-30拱形可縮性金屬支架基本結(jié)構(gòu)類型a—三節(jié)式；b—四節(jié)式；c—五節(jié)式；d—曲腿式；e—非對(duì)稱式；f—封閉圖8-30拱形可縮性金屬支架基本結(jié)構(gòu)類型41圖8-31拱形支架斷面基本參數(shù)

圖8-31拱形支架斷面基本參數(shù)42表8-4我國(guó)拱形支架斷面基本參數(shù)推薦值表8-4我國(guó)拱形支架斷面基本參數(shù)推薦值43圖8-32四節(jié)多鉸摩擦可縮支架結(jié)構(gòu)1—U型鋼；2—鉸結(jié)點(diǎn)；3—耳卡式連接件圖8-33U型鋼拱梯形可縮性支架斷面參數(shù)圖8-32四節(jié)多鉸摩擦可縮1—U型鋼；2—鉸結(jié)點(diǎn)；圖8-44圖8-34馬蹄形可縮性支架

圖8-35圓形可縮性支架

圖8-36環(huán)形可縮性支架a—方環(huán)形；b—長(zhǎng)環(huán)形圖8-34馬蹄形可縮圖8-35圓形可縮性支架45三、巷道支架選型1．金屬支架的承載能力金屬支架的承載能力分極限承載能力和實(shí)際承載能力。極限承載能力是指支架處于剛性狀態(tài)下所允許的最大承載能力，以支架不出現(xiàn)塑性變形為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際承載能力是可縮性支架在收縮階段表現(xiàn)出的承載能力，由連接件和支架的工作狀況決定。表8-5不同載荷形式下直腿式拱形支架支撐效益三、巷道支架選型表8-5不同載荷形式下直腿式拱形支架支撐462．支架承載能力的計(jì)算

力法以靜不定結(jié)構(gòu)中的多余約束力作為基本未知數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形條件建立方程，求解出多余未知力，然后根據(jù)平衡方程求出內(nèi)力。位移法是以靜不定結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知數(shù)，根據(jù)結(jié)點(diǎn)或截面的平衡條件建立方程，求出位移值，然后根據(jù)結(jié)點(diǎn)位移與內(nèi)力的關(guān)系式求出內(nèi)力。對(duì)于支架形狀、載荷分布比較復(fù)雜的問題，可以選用平面剛架的有限元計(jì)算程序計(jì)算支架內(nèi)力。2．支架承載能力的計(jì)算力法以靜不定結(jié)構(gòu)中的多余47表8-6各種金屬支架架型的力學(xué)特性和適用條件表8-6各種金屬支架架型的力學(xué)特性和適用條件48四、金屬支架的拉桿和背板（1）拉桿單個(gè)支架之間用拉桿使支架沿巷道軸向相互聯(lián)成一體，可以防止支架歪斜、扭轉(zhuǎn)，增加支架的縱向約束提高支架的穩(wěn)定性和承載能力。常用的拉桿有圓鋼拉桿、扁鋼拉桿、角鋼拉桿、可調(diào)節(jié)拉桿等。（2）背板背板屬于架間防護(hù)材料，其作用是傳遞巷道圍巖載荷，防止架間離散巖塊冒落，使支架受力均勻具有較高的承載能力。背板的種類按力學(xué)性質(zhì)可分為剛性、彈性、柔性三種。四、金屬支架的拉桿和背板49第四節(jié)巷道錨桿支護(hù)一、錨桿種類和錨固力

錨桿是錨固在巖體內(nèi)維護(hù)圍巖穩(wěn)定的桿狀結(jié)構(gòu)物。對(duì)地下工程的圍巖以錨桿作為支護(hù)系統(tǒng)的主要構(gòu)件，就形成錨桿支護(hù)系統(tǒng)。單體錨桿主要由錨頭（錨固段）、桿體、錨尾（外錨頭）、托盤等部件組成。第四節(jié)巷道錨桿支護(hù)501．錨桿的分類最基本的分類方法是按錨桿的錨固方式劃分為：①機(jī)械錨固式錨桿包括脹殼式錨桿、倒楔式錨桿、楔縫式錨桿 。粘結(jié)錨固式錨桿包括樹脂錨桿、快硬水泥卷錨桿、水泥砂漿錨桿。摩擦錨固式錨桿包括縫管式錨桿、水脹式管狀錨桿等。1．錨桿的分類512．錨桿的錨固力（1）根據(jù)錨桿對(duì)圍巖的約束方式定義錨固力托錨力粘錨力切向錨固力（2）根據(jù)錨桿的錨固作用階段定義錨固力初錨力工作錨固力殘余錨固力

2．錨桿的錨固力52二、錨桿支護(hù)理論（1）懸吊理論錨桿支護(hù)懸吊作用

二、錨桿支護(hù)理論錨桿支護(hù)懸吊作用53（2）組合梁理論層狀頂板錨桿組合梁（2）組合梁理論層狀頂板錨桿組合梁54（3）組合拱（壓縮拱）理論錨桿組合拱原理（3）組合拱（壓縮拱）理論錨桿組合拱原理55（4）最大水平應(yīng)力理論

圖8-41最大水平應(yīng)力原理

（4）最大水平應(yīng)力理論圖8-41最大水平應(yīng)力原理56（5）圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論的要點(diǎn)如下：(1)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)。(2)巷道錨桿支護(hù)可提高錨固體的力學(xué)參數(shù)（E、C、φ），改善被錨固巖體的力學(xué)性能。(3)巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)的巖體則處于破碎區(qū)或處于上述2～3個(gè)區(qū)域中，相應(yīng)錨固區(qū)的巖石強(qiáng)度處于峰后強(qiáng)度或殘余強(qiáng)度。錨桿支護(hù)使巷道圍巖特（5）圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論的要點(diǎn)如下：57別是處于峰后區(qū)圍巖強(qiáng)度得到強(qiáng)化，提高峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度。(4)煤巷錨桿支護(hù)可以改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增加圍壓，從而提高圍巖的承載能力。(5)巷道圍巖錨固體強(qiáng)度提高以后，可減少巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。別是處于峰后區(qū)圍巖強(qiáng)度得到強(qiáng)化，提高峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度。58三、錨桿（一）機(jī)械式錨桿圖8-42竹、木楔縫式錨桿

三、錨桿圖8-42竹、木楔縫式錨桿59（二）摩擦式錨桿（1）縫管式錨桿圖8-43縫管錨桿

（2）水力膨脹錨桿圖8-44水力膨脹錨桿（二）摩擦式錨桿圖8-43縫管錨桿（2）水力60（三）粘結(jié)式錨桿圖8-45高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿結(jié)構(gòu)1—樹脂藥卷；2—桿體；3—穹形球體；4—托盤；5—塑料1—硬木內(nèi)楔2—木桿體；3—木托板；4—硬木外楔；5—竹桿體增壓墊圈；6—驅(qū)動(dòng)螺母（三）粘結(jié)式錨桿61（1）錨固劑

表8-9不同型號(hào)錨固劑的凝膠時(shí)間（1）錨固劑62（2）錨桿桿體圖8-46端頭錨固式錨桿受力特征1—內(nèi)錨頭；2—托板圖8-47全長(zhǎng)錨固錨桿錨固力分布1—托錨力2—剪錨力（2）錨桿桿體圖8-46端頭錨固式錨桿受力63圖8-48全長(zhǎng)錨固錨桿體受力狀態(tài)τ—桿體剪應(yīng)力θ—桿體拉應(yīng)力

圖8-49不同螺紋鋼錨桿錨固力試驗(yàn)圖8-48全長(zhǎng)錨固錨桿體受力狀態(tài)圖8-49不同螺紋鋼錨64（3）錨桿托板與螺母圖8-50各種托板形式示意圖圖8-51扭矩螺母（3）錨桿托板與螺母圖8-50各種托板形式示意圖圖65（四）可延伸和可切割、可回收錨桿圖8-52套筒摩擦式可延伸錨桿（四）可延伸和可切割、可回收錨桿圖8-52套筒摩擦式66四、組合錨桿（一）錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)（1）W型鋼帶圖8-53W型鋼帶形狀四、組合錨桿圖8-53W型鋼帶形狀67（3）M型鋼帶

圖8-55M型鋼帶斷面形狀

（2）鋼筋梯子梁圖8-54鋼筋梯子梁形狀（3）M型圖8-55M型鋼帶斷面形狀（2）鋼68（二）桁架錨桿支護(hù)

圖8-56單式雙拉桿桁架錨桿1—錨頭；2—錨桿；3—托架；4—水平拉桿

（二）桁架錨桿支護(hù)圖8-56單式雙拉69

圖8-57復(fù)式桁架錨桿1—錨桿；2—拉桿；3—拉緊器；4—墊木圖8-57復(fù)式桁架錨桿70圖8-58交叉桁架錨桿

圖8-58交叉桁架錨桿71圖8-59桁架錨桿支護(hù)作用力

圖8-59桁架錨桿支護(hù)作用力72五、預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力錨索與普通錨桿相比錨索長(zhǎng)度較長(zhǎng)，能夠錨入深部較穩(wěn)定的巖層中，同時(shí)施加較大的預(yù)應(yīng)力。常見的預(yù)應(yīng)力錨索有脹殼式鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨索和砂漿粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索。圖8-60小口徑預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)五、預(yù)應(yīng)力錨索圖8-60小口徑預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)73六、巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)（1）工程類比法直接工程類比法是建立在已有工程設(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，根據(jù)類似條件的已有經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行待建工程錨桿支護(hù)類型和參數(shù)設(shè)計(jì)。（2）理論計(jì)算法六、巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)74（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法包括6個(gè)基本部分：①地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，主要是圍巖應(yīng)力狀態(tài)和巖體力學(xué)性質(zhì)評(píng)估。初始設(shè)計(jì)，以有限差分?jǐn)?shù)值模擬分析為主要手段，輔以工程類比和理論計(jì)算法。按初始設(shè)計(jì)選定的方案進(jìn)行施工。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。信息反饋與修改、完善設(shè)計(jì)。重復(fù)進(jìn)行由初始設(shè)計(jì)至信息反饋與修改、完善設(shè)計(jì)步驟。（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)法75

第五節(jié)軟巖巷道圍巖變形規(guī)律及其支護(hù)技術(shù)一、軟巖的基本屬性1．軟巖的概念（1）地質(zhì)軟巖（2）工程軟巖2．軟巖的基本屬性（1）軟化臨界荷載（2）軟化臨界深度二、軟巖巷道圍巖變形力學(xué)機(jī)制和變形規(guī)律軟巖巷道圍巖變形力學(xué)機(jī)制膨脹變形機(jī)制應(yīng)力擴(kuò)容變形機(jī)制結(jié)構(gòu)變形機(jī)制第五節(jié)軟巖巷道圍巖變形規(guī)律及其支護(hù)技術(shù)76表8-13軟巖類型及變形特性表8-13軟巖類型及變形特性77三、軟巖巷道支護(hù)技術(shù)（一）軟巖巷道支護(hù)技術(shù)特點(diǎn)①確定軟巖變形力學(xué)機(jī)制的復(fù)合型式。②將復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制轉(zhuǎn)化為單一型。運(yùn)用復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制的轉(zhuǎn)化技術(shù)。(二）軟巖巷道支護(hù)原理（1）巷道支護(hù)原理軟巖巷道支護(hù)時(shí)軟巖進(jìn)入塑性狀態(tài)不可避免，應(yīng)以達(dá)到其最大塑性承載能力為最佳；同時(shí)其巨大的塑性能必須以某種形式釋放出來。軟巖支護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一是選擇變形能釋放時(shí)間和支護(hù)時(shí)間。三、軟巖巷道支護(hù)技術(shù)78（2）最佳支護(hù)時(shí)間和時(shí)段圖8-61最佳支護(hù)時(shí)間Ts

（2）最佳支護(hù)時(shí)間和時(shí)段圖8-61最佳支護(hù)時(shí)間Ts79(3)最佳支護(hù)時(shí)間的物理意義最佳支護(hù)時(shí)間的力學(xué)含意就是最大限度地發(fā)揮塑性區(qū)承載能力而又不出現(xiàn)松動(dòng)破壞的時(shí)刻。

（4）關(guān)鍵部位支護(hù)關(guān)鍵部位是支護(hù)體力學(xué)特性與圍巖力學(xué)特性不耦合，常發(fā)生在圍巖應(yīng)力集中處和圍巖巖體強(qiáng)度薄弱位置。（三）軟巖巷道常用支護(hù)形式（1）錨噴網(wǎng)支護(hù)（2）可縮性金屬支架（3）弧板支護(hù)(3)最佳支護(hù)時(shí)間的物理意義最佳支護(hù)時(shí)間的力學(xué)含意就是最大80四、巷道底臌機(jī)理和防治1．巷道底臌的基本形式巷道底臌的力學(xué)機(jī)制仍然是物化膨脹型、應(yīng)力擴(kuò)容型、結(jié)構(gòu)變形型和復(fù)合型。巷道底臌的形狀可分為折曲型、直線型及弧線型。2.巷道底臌的影響因素（1）巖性狀態(tài)（2）圍巖應(yīng)力狀態(tài)（3）時(shí)間效應(yīng)（4）軟巖物化性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)的相互影響四、巷道底臌機(jī)理和防治813．軟巖巷道底臌的防治（1）起底（2）底板防治水（3）支護(hù)加固方法（4）應(yīng)力控制方法（5）聯(lián)合支護(hù)方法3．軟巖巷道底臌的防治82五、巷道圍巖注漿加固技術(shù)1．巷道圍巖注漿加固機(jī)理（1）提高巖體強(qiáng)度（2）形成承載結(jié)構(gòu)（3）改善圍巖賦存環(huán)境

2．水泥漿液類注漿材料（1）水泥單液類材料（2）水泥-水玻璃雙液類材料（3）高水速凝材料五、巷道圍巖注漿加固技術(shù)2．水泥漿液類注漿材料83六、巷道支架架后充填1．巷道支架架后充填的必要性采用爆破法掘進(jìn)巷道，掘進(jìn)斷面很難與支架外廓相互吻合，從而不可避免地在支架背后形成架后空間。生產(chǎn)實(shí)踐表明，架后空間的存在會(huì)對(duì)“支架-圍巖”的相互作用產(chǎn)生極為不利的影響。六、巷道支架架后充填842．巷道支架架后充填的作用圍巖的載荷通過充填層使支架承受均布載荷。及時(shí)架后充填可起到封閉圍巖的作用。起到加固圍巖的作用。及時(shí)抑制圍巖變形，改變支架被動(dòng)承載狀況。圍巖釋放的變形能可部分地為充填層所吸收。

3．架后充填工藝①濕式充填②干式充填2．巷道支架架后充填的作用3．架后充填工藝85七、軟巖巷道錨注支護(hù)軟巖巷道可錨性差是造成錨桿錨固力低和失效的重要原因。利用錨桿兼做注漿管，實(shí)現(xiàn)錨注一體化。對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖體，注漿可以改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，封閉裂隙，顯著提高巖體強(qiáng)度。注漿加固為錨桿提供可靠的著力基礎(chǔ)。

七、軟巖巷道錨注支護(hù)86錨注式（外錨內(nèi)注式）錨桿結(jié)構(gòu)和施工工藝圖8-62外錨內(nèi)注式錨桿和參數(shù)1－空心鋼管；2—注漿段；3—錨固段；4—尾部螺紋段；5—擋環(huán)；6—射漿孔

錨注式（外錨內(nèi)注式）錨桿結(jié)構(gòu)和施工工藝圖8-62外錨87錨注式（內(nèi)錨外注式）錨桿結(jié)構(gòu)和施工工藝圖8-63內(nèi)錨外注式錨桿結(jié)構(gòu)1—噴層；2—托盤；3—環(huán)狀塞；4—桿體5—出漿孔；6—擋環(huán)；7—錨固劑錨注式（內(nèi)錨外注式）錨桿結(jié)構(gòu)和施工工藝圖8-63內(nèi)88第六節(jié)錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)1．錨桿支護(hù)質(zhì)量檢查錨桿支護(hù)材料性能、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)必須與錨桿的設(shè)計(jì)錨固力相匹配。錨桿施工必須符合施工組織設(shè)計(jì)或作業(yè)規(guī)程。檢查錨桿支護(hù)質(zhì)量必須做抗拔力試驗(yàn)。每班對(duì)頂幫錨桿各抽樣一組（3根）進(jìn)行錨桿螺母扭矩檢查。第六節(jié)錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)892．錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)（1）測(cè)力錨桿圖8-64測(cè)力錨桿軸向力和彎矩變化曲線2．錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)圖8-64測(cè)力錨桿軸向力和彎矩變化90（2）錨桿測(cè)力計(jì)（3）頂板離層指示儀圖8-65頂板離層指示儀的安裝

（2）錨桿測(cè)力計(jì)圖8-65頂板離層指示儀的安裝91

圖8-66頂板離層曲線a—錨固區(qū)內(nèi)；b—錨固區(qū)外

圖8-66頂板離層曲線92演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！93

第八章巷道維護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)

第一節(jié)無(wú)煤柱護(hù)巷

第二節(jié)巷道圍巖卸壓

第三節(jié)巷道金屬支架

第四節(jié)巷道錨桿支護(hù)

第五節(jié)軟巖巷道圍巖變形規(guī)律及其支護(hù)技術(shù)第六節(jié)錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)礦山壓力與巖層控制

第八章巷道維護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)

第一節(jié)94圖8-1留煤柱護(hù)巷示意圖第一節(jié)無(wú)煤柱護(hù)巷一、護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性傳統(tǒng)的留煤柱護(hù)巷方法是在上區(qū)段運(yùn)輸平巷和下區(qū)段回風(fēng)平巷之間留設(shè)一定寬度的煤柱，使下區(qū)段平巷避開固定支承壓力峰值區(qū)圖8-1留煤柱護(hù)巷示意圖第一節(jié)無(wú)煤柱護(hù)巷一、護(hù)巷煤柱95（一）煤柱的載荷1．煤柱載荷的估算圖8-2計(jì)算煤柱載荷示意圖

（一）煤柱的載荷圖8-2計(jì)算煤柱載荷示意圖962．煤柱寬度的理論計(jì)算護(hù)巷煤柱寬度的理論計(jì)算有按煤柱的允許應(yīng)力，煤柱能承受的極限載荷，以及按煤柱應(yīng)力分布等多種方法。各種方法的基本觀點(diǎn)都認(rèn)為：煤柱的寬度必須保證煤柱的極限載荷σ不超過它的極限強(qiáng)度R(七章一節(jié))。煤柱的寬度B計(jì)算式：2．煤柱寬度的理論計(jì)算97（二）煤柱的應(yīng)力分布1．一側(cè)采空煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力的分布圖8-3煤柱（體）的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布1—彈性應(yīng)力分布；2—彈塑性應(yīng)力分布；Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—彈性區(qū)應(yīng)力升高部分；Ⅳ—原始應(yīng)力區(qū)（二）煤柱的應(yīng)力分布圖8-3煤柱（體）的彈塑性變形982．兩側(cè)采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力的分布兩側(cè)均已采空的煤柱，其應(yīng)力分布狀態(tài)主要取決于回采引起的支承壓力影響距離L及煤柱寬度B，主要有三種類型：

B＞2L時(shí)（圖8-4）②2L＞B＞L時(shí)，見圖8-5。③B＜L時(shí)(圖8-6）,受兩側(cè)采動(dòng)影響時(shí)，K值可達(dá)到4～5以上.2．兩側(cè)采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力的分布99圖8-4煤柱寬度很大時(shí)彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布

Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—中部為原巖應(yīng)力的彈性區(qū)

圖8-5煤柱寬度較大時(shí)彈塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—應(yīng)力升高的彈性區(qū)圖8-4煤柱寬度很大時(shí)彈塑Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；圖8-100圖8-6寬度較小時(shí)煤柱的塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布Ⅰ—破裂區(qū)；Ⅱ—塑性區(qū)；Ⅲ—彈性區(qū)圖8-6寬度較小時(shí)煤柱的塑性變形區(qū)及垂直應(yīng)力分布Ⅰ—破101

圖8-7煤柱的彈塑性變形區(qū)及應(yīng)力分布（三）、護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性(1)護(hù)巷煤柱的寬度煤柱的寬度是影響煤柱的穩(wěn)定性和巷道維護(hù)的主要因素圖8-7煤柱的彈塑性變形區(qū)及應(yīng)力分布（三）、護(hù)巷煤102(2)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件護(hù)巷煤柱一側(cè)為回采空間，一側(cè)為采準(zhǔn)巷道。回采空間和采準(zhǔn)巷道在護(hù)巷煤柱兩側(cè)形成各自的塑性變形區(qū)，塑性區(qū)的寬度分別為x0、x1（圖8-7）。因此，護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件是：煤柱兩側(cè)產(chǎn)生塑性變形后，在煤柱中央存在一定寬度的彈性核，彈性核的寬度應(yīng)不小于煤柱高度的2倍。(2)護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件103二、

老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系在巷道整個(gè)服務(wù)時(shí)期，隨著采面不斷向前推進(jìn)，通過巷道頂板對(duì)沿空巷道圍巖穩(wěn)定的影響方式和程度差異懸殊。(2)沿空巷道頂板巖層處于采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)固支邊與鉸結(jié)邊之間，其頂板巖層斷裂成弧形三角板。(3)沿空巷道跨度較小，工作面老頂巖層結(jié)構(gòu)對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定性影響最顯著,老頂一般可視為亞關(guān)鍵層。二、老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系104圖8-8采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)示意圖圖8-8采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)示意圖105圖8-9回采工作面傾斜方向支承壓力分布a—頂?shù)装鍨樯皫r

b—頂?shù)装鍨槟噘|(zhì)或較破碎的砂質(zhì)頁(yè)巖

三、沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（一）沿傾斜方向支承壓力分布規(guī)律圖8-9回采工作面傾斜方向支承壓力分布a—頂?shù)装鍨樯皫rb106（二）巷道圍巖變形與護(hù)巷煤柱寬度的關(guān)系表8-1回采巷道保持穩(wěn)定狀態(tài)的護(hù)巷煤柱寬度值B/m圖8-10μ-x關(guān)系曲線示意圖（二）巷道圍巖變形與護(hù)巷煤柱寬度的關(guān)系表8-1回采巷道保107（三）沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)1．沿空掘巷的圍巖應(yīng)力和圍巖變形圖8-11沿空掘巷引起煤幫應(yīng)力重新分布1—掘巷前的應(yīng)力分布2—掘巷后的應(yīng)力分布

（三）沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)圖8-11沿空掘巷引起煤幫應(yīng)力108

圖8-12窄煤柱護(hù)巷引起煤幫應(yīng)力重新分布

1—掘巷前的應(yīng)力分布2—掘巷后的應(yīng)力分布

2．窄煤柱巷道的圍巖應(yīng)力和圍巖變形窄煤柱巷道是指巷道與采空區(qū)之間保留5～8m寬的煤柱。巷道掘進(jìn)前，采空區(qū)附近沿傾斜方向煤體內(nèi)應(yīng)力分布（圖8-12中1）。最終應(yīng)力分布狀態(tài)如圖8-12中2所示。圖8-12窄煤柱護(hù)巷引起煤幫應(yīng)力重新分布1—掘巷前的109圖8-13完全沿空掘巷圖8-14留小煤墻沿空掘巷沿空掘巷的二種方式：完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷方式。圖8-13完全沿空掘巷圖8-14留小煤墻沿空掘巷沿空掘110四、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)1．采動(dòng)時(shí)期的受力狀況沿空留巷是在上區(qū)段工作面采過后，通過加強(qiáng)支護(hù)或采用其它有效方法，將上區(qū)段工作面運(yùn)輸平巷保留下來，供下區(qū)段工作面回采時(shí)作為回風(fēng)平巷（圖8-15）。2．沿空留巷的頂板下沉規(guī)律回采工作面推進(jìn)引起的上覆巖層運(yùn)動(dòng)，其發(fā)展是自下而上的，上部具有明顯的滯后現(xiàn)象，沿空留巷的頂板會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到老頂上覆巖層運(yùn)動(dòng)的影響。四、沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)111圖8-15沿空留巷工作面巷道平面布置圖a—向長(zhǎng)壁沿空留巷b—傾斜長(zhǎng)壁沿空留巷

圖8-15沿空留巷工作面巷道平面布置圖a—向長(zhǎng)壁沿空留巷112五、沿空留巷巷旁支護(hù)形式1．巷旁支護(hù)的作用巷旁支護(hù)是指巷道斷面范圍以外，與采區(qū)交界處架設(shè)的一些特殊類型的支架或人工構(gòu)筑物。它的作用主要有：控制直接頂?shù)碾x層和及時(shí)切斷直接頂板，使垮落矸石在采空區(qū)內(nèi)充填支撐老頂，減少上覆巖層的彎曲下沉。減少巷內(nèi)支護(hù)所承受的載荷，保持巷道圍巖穩(wěn)定。同時(shí)為了生產(chǎn)安全，及時(shí)封閉采空區(qū)，防止漏風(fēng)和煤炭自燃發(fā)火，避免采空區(qū)內(nèi)有害氣體逸出。五、沿空留巷巷旁支護(hù)形式1132．巷旁支護(hù)的類型和適用條件木垛支護(hù)、密集支柱支護(hù)、矸石帶支護(hù)、混凝土砌塊支護(hù)等方式。它們的主要缺點(diǎn)是，增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多和機(jī)械化程度不高。3．整體澆注巷旁充填技術(shù)整體澆注巷旁充填技術(shù)具有增阻速度快、支承能力大、密封性能好和機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)，使發(fā)展沿空留巷技術(shù)的關(guān)鍵問題得到解決。2．巷旁支護(hù)的類型和適用條件114第二節(jié)巷道圍巖卸壓

一、跨巷回采進(jìn)行巷道卸壓1．跨巷回采卸壓的機(jī)理根據(jù)采面不斷移動(dòng)的特點(diǎn)以及巷道系統(tǒng)優(yōu)化布置的原則，可在巷道上方的煤層工作面進(jìn)行跨采，使巷道經(jīng)歷一段時(shí)間的高應(yīng)力作用后，長(zhǎng)期處于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)?？绮傻男Ч饕Q于巷道與上方跨采面的相對(duì)位置。第二節(jié)巷道圍巖卸壓一、跨巷回采進(jìn)行巷道卸壓1152、跨巷回采的應(yīng)用及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

跨巷回采期間，巷道將順次受到跨采面的超前支承壓力和上覆巖層垮落的影響，劇烈影響范圍和程度與開采深度、圍巖的力學(xué)性質(zhì)及巷道與開采煤層的法向距離有關(guān)。只要與采空區(qū)煤壁邊緣的水平距離適當(dāng)，跨采后巷道可以長(zhǎng)期處于應(yīng)力降低區(qū)。2、跨巷回采的應(yīng)用及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律跨巷回采期間，巷道將116圖8-16區(qū)段煤柱對(duì)跨采上山圍巖變形的影響1－不留區(qū)段煤柱、先跨；2—留區(qū)段煤柱、先跨

3—留區(qū)段煤柱、后跨；4—較寬的煤柱維護(hù)上山

圖8-16區(qū)段煤柱對(duì)跨采上山圍巖變形的影響1－不留區(qū)段117圖8-17切縫對(duì)圓形巷道周邊應(yīng)力分布的影響a—無(wú)切縫；b—兩幫切縫；c—頂?shù)浊锌p；d—兩幫及頂?shù)淄瑫r(shí)切縫二、巷道圍巖開槽卸壓及松動(dòng)卸壓1．巷道周邊開槽（孔）對(duì)圍巖應(yīng)力分布的影響圖8-17切縫對(duì)圓形巷道周邊應(yīng)力分布的影響a—無(wú)切縫；b1182．巷道圍巖開槽（孔）卸壓法的應(yīng)用圖8-18鉆孔卸壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

1—未卸壓2—卸壓鉆孔深8m3—卸壓鉆孔深9m

2．巷道圍巖開槽（孔）卸壓法的應(yīng)用圖8-18鉆孔卸壓現(xiàn)1193．巷道圍巖松動(dòng)爆破卸壓法的應(yīng)用圖8-20松動(dòng)爆破卸壓鉆孔布置

3．巷道圍巖松動(dòng)爆破卸壓法的應(yīng)用圖8-20松動(dòng)爆破卸壓120三、利用卸壓巷硐進(jìn)行巷道卸壓利用卸壓巷硐卸壓方法的實(shí)質(zhì)是，在被保護(hù)的巷道附近（通常是在其上部、一側(cè)或兩側(cè)），開掘?qū)ｉT用于卸壓的巷道或硐室。轉(zhuǎn)移附近煤層開采的采動(dòng)影響，促使采動(dòng)引起的應(yīng)力分布再次重新分布，最終使被保護(hù)巷道處于開掘卸壓巷硐而形成的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。三、利用卸壓巷硐進(jìn)行巷道卸壓121圖8-21巷道一側(cè)卸壓巷硐的卸壓原理

1—被保護(hù)巷道；2—卸壓巷道；3—讓壓煤柱；4—承載煤柱1．在巷道一側(cè)布置卸壓巷硐在護(hù)巷煤柱中與巷道間隔一段距離掘一條卸壓巷道，形成的窄煤柱稱為讓壓煤柱，寬煤柱稱為承載煤柱圖8-21巷道一側(cè)卸壓巷硐的卸壓原理1—被保護(hù)巷道；2122

圖8-22膠帶輸送機(jī)硐室頂部卸壓1－輸送機(jī)硐室；2—卸壓巷道；3—松動(dòng)爆破區(qū)2．在巷道頂部布置卸壓巷硐卸壓巷硐布置在被保護(hù)巷道與上部開采煤層之間,使被保護(hù)巷道避開上部煤層跨采時(shí)產(chǎn)生的劇烈影響，處于卸壓巷硐形成的應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)。圖8-22膠帶輸送機(jī)硐室頂部卸123圖8-23本煤層沿頂板布置卸壓巷道卸壓表8-3卸壓前后巷道圍巖變形參數(shù)對(duì)比圖8-23本煤層沿頂板布置卸壓巷道卸壓表8-3卸壓前后124圖8-24寬巷（面）掘進(jìn)卸壓1—寬巷（面）掘進(jìn)卸壓后支承壓力分布；2—側(cè)巷3、寬面掘巷卸壓寬面掘巷卸壓通常用于薄煤層的巷道，巷道掘進(jìn)時(shí)把巷道兩側(cè)6～8m寬的煤采出，將掘巷過程中挑頂、臥底的矸石充填到巷道兩側(cè)采出的空間，圖8-24寬巷（面）掘進(jìn)卸壓1—寬巷（面）掘進(jìn)卸壓后支125圖8-25掘前預(yù)采巷道布置示意圖

四、掘前預(yù)采的應(yīng)用圖8-25掘前預(yù)采巷道布置示意圖四、掘前預(yù)采的應(yīng)用126第三節(jié)巷道金屬支架一、巷道支架支護(hù)原理

巷道支架的工作特征與一般地面工程結(jié)構(gòu)有著根本性區(qū)別，支架受載的大小不僅取決于本身的力學(xué)特性（承載能力、剛度和結(jié)構(gòu)特征），而且與其支護(hù)對(duì)象—圍巖本身的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，也就是“支架-圍巖”相互作用關(guān)系。第三節(jié)巷道金屬支架巷道支架的工作特征與一般地面工1272．“支架-圍巖”相互作用的基本狀態(tài)當(dāng)巷道頂板巖石與上覆巖層離層或脫落時(shí)，支架處于給定載荷狀態(tài)。②當(dāng)巷道頂板巖石與上覆巖層沒有離層或脫落時(shí)，支架處于給定變形狀態(tài)。圖8-26“支架—圍巖”相互作用力學(xué)模型a—給定載荷狀態(tài)；b—給定變形狀態(tài)2．“支架-圍巖”相互作用的基本狀態(tài)圖8-26“支架—圍1283．“支架-圍巖”相互作用原理

巷道支架系統(tǒng)必須具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和一定的可縮性，合理的“支架-圍巖”相互作用關(guān)系是充分利用圍巖天然的自承力和承載力。3．“支架-圍巖”相互作用原理巷道支架系統(tǒng)必須129圖8-27支架與圍巖的相互作用關(guān)系A(chǔ)—彈塑性階段；B—松動(dòng)破裂階段

圖8-27支架與圍巖的相互作用關(guān)系A(chǔ)—彈塑性階段；B1304．“支架-圍巖”相互作用原理的應(yīng)用依據(jù)“支架-圍巖”相互作用原理，在巷道支護(hù)的工程實(shí)踐中發(fā)展了以下實(shí)用支護(hù)技術(shù)：（1）實(shí)行二次支護(hù)（2）采用柔性支護(hù)（3）強(qiáng)調(diào)主動(dòng)支護(hù)4．“支架-圍巖”相互作用原理的應(yīng)用（1）實(shí)行二次支護(hù)131圖8-28新U25型鋼斷面圖

二、巷道金屬支架（一）礦用支護(hù)U型鋼圖8-28新U25型鋼斷面圖二、巷道金屬支架132(a)(b)(c)

圖8-29雙槽形夾板式連接件a—上限位連接件；b—中間連接件；c—下限位連接件1—上限位塊2—下限位塊(a)(b)133圖8-30拱形可縮性金屬支架基本結(jié)構(gòu)類型a—三節(jié)式；b—四節(jié)式；c—五節(jié)式；d—曲腿式；e—非對(duì)稱式；f—封閉圖8-30拱形可縮性金屬支架基本結(jié)構(gòu)類型134圖8-31拱形支架斷面基本參數(shù)

圖8-31拱形支架斷面基本參數(shù)135表8-4我國(guó)拱形支架斷面基本參數(shù)推薦值表8-4我國(guó)拱形支架斷面基本參數(shù)推薦值136圖8-32四節(jié)多鉸摩擦可縮支架結(jié)構(gòu)1—U型鋼；2—鉸結(jié)點(diǎn)；3—耳卡式連接件圖8-33U型鋼拱梯形可縮性支架斷面參數(shù)圖8-32四節(jié)多鉸摩擦可縮1—U型鋼；2—鉸結(jié)點(diǎn)；圖8-137圖8-34馬蹄形可縮性支架

圖8-35圓形可縮性支架

圖8-36環(huán)形可縮性支架a—方環(huán)形；b—長(zhǎng)環(huán)形圖8-34馬蹄形可縮圖8-35圓形可縮性支架138三、巷道支架選型1．金屬支架的承載能力金屬支架的承載能力分極限承載能力和實(shí)際承載能力。極限承載能力是指支架處于剛性狀態(tài)下所允許的最大承載能力，以支架不出現(xiàn)塑性變形為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際承載能力是可縮性支架在收縮階段表現(xiàn)出的承載能力，由連接件和支架的工作狀況決定。表8-5不同載荷形式下直腿式拱形支架支撐效益三、巷道支架選型表8-5不同載荷形式下直腿式拱形支架支撐1392．支架承載能力的計(jì)算

力法以靜不定結(jié)構(gòu)中的多余約束力作為基本未知數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形條件建立方程，求解出多余未知力，然后根據(jù)平衡方程求出內(nèi)力。位移法是以靜不定結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知數(shù)，根據(jù)結(jié)點(diǎn)或截面的平衡條件建立方程，求出位移值，然后根據(jù)結(jié)點(diǎn)位移與內(nèi)力的關(guān)系式求出內(nèi)力。對(duì)于支架形狀、載荷分布比較復(fù)雜的問題，可以選用平面剛架的有限元計(jì)算程序計(jì)算支架內(nèi)力。2．支架承載能力的計(jì)算力法以靜不定結(jié)構(gòu)中的多余140表8-6各種金屬支架架型的力學(xué)特性和適用條件表8-6各種金屬支架架型的力學(xué)特性和適用條件141四、金屬支架的拉桿和背板（1）拉桿單個(gè)支架之間用拉桿使支架沿巷道軸向相互聯(lián)成一體，可以防止支架歪斜、扭轉(zhuǎn)，增加支架的縱向約束提高支架的穩(wěn)定性和承載能力。常用的拉桿有圓鋼拉桿、扁鋼拉桿、角鋼拉桿、可調(diào)節(jié)拉桿等。（2）背板背板屬于架間防護(hù)材料，其作用是傳遞巷道圍巖載荷，防止架間離散巖塊冒落，使支架受力均勻具有較高的承載能力。背板的種類按力學(xué)性質(zhì)可分為剛性、彈性、柔性三種。四、金屬支架的拉桿和背板142第四節(jié)巷道錨桿支護(hù)一、錨桿種類和錨固力

錨桿是錨固在巖體內(nèi)維護(hù)圍巖穩(wěn)定的桿狀結(jié)構(gòu)物。對(duì)地下工程的圍巖以錨桿作為支護(hù)系統(tǒng)的主要構(gòu)件，就形成錨桿支護(hù)系統(tǒng)。單體錨桿主要由錨頭（錨固段）、桿體、錨尾（外錨頭）、托盤等部件組成。第四節(jié)巷道錨桿支護(hù)1431．錨桿的分類最基本的分類方法是按錨桿的錨固方式劃分為：①機(jī)械錨固式錨桿包括脹殼式錨桿、倒楔式錨桿、楔縫式錨桿 。粘結(jié)錨固式錨桿包括樹脂錨桿、快硬水泥卷錨桿、水泥砂漿錨桿。摩擦錨固式錨桿包括縫管式錨桿、水脹式管狀錨桿等。1．錨桿的分類1442．錨桿的錨固力（1）根據(jù)錨桿對(duì)圍巖的約束方式定義錨固力托錨力粘錨力切向錨固力（2）根據(jù)錨桿的錨固作用階段定義錨固力初錨力工作錨固力殘余錨固力

2．錨桿的錨固力145二、錨桿支護(hù)理論（1）懸吊理論錨桿支護(hù)懸吊作用

二、錨桿支護(hù)理論錨桿支護(hù)懸吊作用146（2）組合梁理論層狀頂板錨桿組合梁（2）組合梁理論層狀頂板錨桿組合梁147（3）組合拱（壓縮拱）理論錨桿組合拱原理（3）組合拱（壓縮拱）理論錨桿組合拱原理148（4）最大水平應(yīng)力理論

圖8-41最大水平應(yīng)力原理

（4）最大水平應(yīng)力理論圖8-41最大水平應(yīng)力原理149（5）圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論的要點(diǎn)如下：(1)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)。(2)巷道錨桿支護(hù)可提高錨固體的力學(xué)參數(shù)（E、C、φ），改善被錨固巖體的力學(xué)性能。(3)巷道圍巖存在破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，錨桿錨固區(qū)的巖體則處于破碎區(qū)或處于上述2～3個(gè)區(qū)域中，相應(yīng)錨固區(qū)的巖石強(qiáng)度處于峰后強(qiáng)度或殘余強(qiáng)度。錨桿支護(hù)使巷道圍巖特（5）圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論的要點(diǎn)如下：150別是處于峰后區(qū)圍巖強(qiáng)度得到強(qiáng)化，提高峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度。(4)煤巷錨桿支護(hù)可以改變圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，增加圍壓，從而提高圍巖的承載能力。(5)巷道圍巖錨固體強(qiáng)度提高以后，可減少巷道周圍破碎區(qū)、塑性區(qū)的范圍和巷道的表面位移，控制圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。別是處于峰后區(qū)圍巖強(qiáng)度得到強(qiáng)化，提高峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度。151三、錨桿（一）機(jī)械式錨桿圖8-42竹、木楔縫式錨桿

三、錨桿圖8-42竹、木楔縫式錨桿152（二）摩擦式錨桿（1）縫管式錨桿圖8-43縫管錨桿

（2）水力膨脹錨桿圖8-44水力膨脹錨桿（二）摩擦式錨桿圖8-43縫管錨桿（2）水力153（三）粘結(jié)式錨桿圖8-45高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿結(jié)構(gòu)1—樹脂藥卷；2—桿體；3—穹形球體；4—托盤；5—塑料1—硬木內(nèi)楔2—木桿體；3—木托板；4—硬木外楔；5—竹桿體增壓墊圈；6—驅(qū)動(dòng)螺母（三）粘結(jié)式錨桿154（1）錨固劑

表8-9不同型號(hào)錨固劑的凝膠時(shí)間（1）錨固劑155（2）錨桿桿體圖8-46端頭錨固式錨桿受力特征1—內(nèi)錨頭；2—托板圖8-47全長(zhǎng)錨固錨桿錨固力分布1—托錨力2—剪錨力（2）錨桿桿體圖8-46端頭錨固式錨桿受力156圖8-48全長(zhǎng)錨固錨桿體受力狀態(tài)τ—桿體剪應(yīng)力θ—桿體拉應(yīng)力

圖8-49不同螺紋鋼錨桿錨固力試驗(yàn)圖8-48全長(zhǎng)錨固錨桿體受力狀態(tài)圖8-49不同螺紋鋼錨157（3）錨桿托板與螺母圖8-50各種托板形式示意圖圖8-51扭矩螺母（3）錨桿托板與螺母圖8-50各種托板形式示意圖圖158（四）可延伸和可切割、可回收錨桿圖8-52套筒摩擦式可延伸錨桿（四）可延伸和可切割、可回收錨桿圖8-52套筒摩擦式159四、組合錨桿（一）錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)（1）W型鋼帶圖8-53W型鋼帶形狀四、組合錨桿圖8-53W型鋼帶形狀160（3）M型鋼帶

圖8-55M型鋼帶斷面形狀

（2）鋼筋梯子梁圖8-54鋼筋梯子梁形狀（3）M型圖8-55M型鋼帶斷面形狀（2）鋼161（二）桁架錨桿支護(hù)

圖8-56單式雙拉桿桁架錨桿1—錨頭；2—錨桿；3—托架；4—水平拉桿

（二）桁架錨桿支護(hù)圖8-56單式雙拉162

圖8-57復(fù)式桁架錨桿1—錨桿；2—拉桿；3—拉緊器；4—墊木圖8-57復(fù)式桁架錨桿163圖8-58交叉桁架錨桿

圖8-58交叉桁架錨桿164圖8-59桁架錨桿支護(hù)作用力

圖8-59桁架錨桿支護(hù)作用力165五、預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力錨索與普通錨桿相比錨索長(zhǎng)度較長(zhǎng)，能夠錨入深部較穩(wěn)定的巖層中，同時(shí)施加較大的預(yù)應(yīng)力。常見的預(yù)應(yīng)力錨索有脹殼式鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨索和砂漿粘結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索。圖8-60小口徑預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)五、預(yù)應(yīng)力錨索圖8-60小口徑預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)166六、巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)（1）工程類比法直接工程類比法是建立在已有工程設(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，根據(jù)類似條件的已有經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行待建工程錨桿支護(hù)類型和參數(shù)設(shè)計(jì)。（2）理論計(jì)算法六、巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)167（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)法系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法包括6個(gè)基本部分：①地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，主要是圍巖應(yīng)力狀態(tài)和巖體力學(xué)性質(zhì)評(píng)估。初始設(shè)計(jì)，以有限差分?jǐn)?shù)值模擬分析為主要手段，輔以工程類比和理論計(jì)算法。按初始設(shè)計(jì)選定的方案進(jìn)行施工。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。信息反饋與修改、完善設(shè)