【采礦課件】第七章巷道支持

11三月2024【采礦課件】第七章巷道支持本意章主要內(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2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(gòu)造所引起的應(yīng)力是處于平衡狀態(tài)。當(dāng)開掘巷道或進行回采工作時，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，就會引起巖體內(nèi)部應(yīng)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(yīng)力平衡狀態(tài)為止。在此過程中，巷道本身或安設(shè)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”。3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(xué)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(yán)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(xué)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(xué)反應(yīng)，后者主要是圍巖應(yīng)力與結(jié)構(gòu)效應(yīng)。4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，通常可分為地質(zhì)、開采和支護等類，影響圍巖壓力的地質(zhì)因素有：原巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖力學(xué)性質(zhì)及巖體結(jié)構(gòu)等。(1)原巖應(yīng)力狀態(tài)原巖應(yīng)力是引起圍巖變形、破壞的基本作用力。原巖應(yīng)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(yīng)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(xué)性質(zhì)圍巖力學(xué)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(xué)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。5第一節(jié)巷道圍巖壓力的概念(3)巖體結(jié)構(gòu)當(dāng)結(jié)構(gòu)面強度遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)體強度時，結(jié)構(gòu)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(guān)。如果巖層走向與巷道軸向平行或夾角很小，則巖體結(jié)構(gòu)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(xué)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。6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(chǔ)上，以巖石力學(xué)理論為指導(dǎo)，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(dá)到安全生產(chǎn)和取得較好技術(shù)經(jīng)濟效果的目的，這是巷道礦壓控制的基本任務(wù)。7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。8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(dāng)支護措施和保持支架本身不遭受嚴(yán)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(yīng)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(yù)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(yīng)用得當(dāng)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(gòu)的復(fù)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(yīng)力經(jīng)重新分布后巖體已處于卸載狀態(tài)的天然低應(yīng)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(luò)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(yuǎn)的地點，達(dá)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(guān)的額外費用9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(fù)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10金屬支架

11第二節(jié)巷道支護及其材料①礦用工字鋼剛性支架②微拱形剛性金屬支架③礦用工字鋼梯形可縮性支架④U型鋼拱形可縮性支架⑤U型鋼梯形可縮性支架四、錨桿支護1.普通圓鋼粘結(jié)式錨桿2．可拉伸錨桿3．高強度和超高強度錨桿4．管縫式錨桿5．可切割錨桿和可回收錨桿6．桁架錨桿7．組合錨桿12第二節(jié)巷道支護及其材料五、噴射混凝土支護噴射混凝土支護是用噴射機將混凝土混合物噴射在巖石表面上硬化而成的一種支護。先將砂、石過篩，按配合比和水泥一同送入攪拌機內(nèi)攪拌，然后用礦車將拌合料運送至工作面，經(jīng)上料機裝入以壓縮空氣為動力的噴射機，在經(jīng)輸料管吹送到噴頭處與水混合后