巷道維護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)王玉懷教授、博士華北科技學(xué)院(中國(guó)煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)中心)安全工程學(xué)院副院長(zhǎng)電話：13930646930010-61595651(0)郵箱：wangyuhuai@1巷道維護(hù)理論與支護(hù)技術(shù)王玉懷教授、博士11.巷道維護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)回采引起的支承壓力分布無煤柱護(hù)巷巷道圍巖卸壓巷道金屬支架巷道錨桿支護(hù)軟巖巷道圍巖變形規(guī)律及其支護(hù)技術(shù)錨桿支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)21.巷道維護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)回采引起的支承壓力分布21.1回采引起的支承壓力分布工作面前后應(yīng)力分布煤柱側(cè)的應(yīng)力分布31.1回采引起的支承壓力分布工作面前后應(yīng)力分布煤柱側(cè)的應(yīng)力回采引起的支承壓力分布參數(shù)4回采引起的支承壓力分布參數(shù)4回采空間周圍三維垂直應(yīng)力分布I-運(yùn)輸巷II-回風(fēng)巷III-煤柱護(hù)巷IV-跨上山回采后V--跨上山回采前5回采空間周圍三維垂直應(yīng)力分布I-運(yùn)輸巷5剖面圖6剖面圖6煤柱荷載在底板巖層中的傳播7煤柱荷載在底板巖層中的傳播7在荷載作用下巖石向無荷載部分對(duì)稱擠凸8在荷載作用下巖石向無荷載部分對(duì)稱擠凸8采動(dòng)影響巷道圍巖變形規(guī)律U=u0+v0t0+u1+v1t1+u2(5個(gè)階段)9采動(dòng)影響巷道圍巖變形規(guī)律U=u0+v0t0+u1+v1t1+1.2圍巖壓力類別及影響松動(dòng)圍巖壓力變形圍巖壓力:彈性變形壓力塑性變形壓力流變壓力膨脹圍巖壓力101.2圍巖壓力類別及影響松動(dòng)圍巖壓力10支架性能與圍巖壓力的關(guān)系11支架性能與圍巖壓力的關(guān)系11巖性與圍巖壓力的關(guān)系12巖性與圍巖壓力的關(guān)系12巷道圍巖壓力控制方法13巷道圍巖壓力控制方法131.3

護(hù)巷方式與礦壓顯現(xiàn)護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)沿空留巷巷旁支護(hù)形式141.3護(hù)巷方式與礦壓顯現(xiàn)護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性141.3.1煤柱護(hù)巷151.3.1煤柱護(hù)巷15煤柱護(hù)巷的優(yōu)點(diǎn)：

區(qū)段平巷雙巷掘進(jìn)和使用，技術(shù)管理簡(jiǎn)單，對(duì)通風(fēng)、運(yùn)輸、排水、安全都有利。煤柱護(hù)巷的缺點(diǎn)：

煤柱損失高達(dá)10％-30％，且回風(fēng)巷受二次采動(dòng)影響，巷道維護(hù)困難，支護(hù)費(fèi)用高。煤柱支承壓力向底板傳播，不僅影響鄰近煤層的開采和底板巷道的穩(wěn)定，還成為引發(fā)沖擊地壓的隱患。煤柱尺寸：一般為10-30m。16煤柱護(hù)巷的優(yōu)點(diǎn)：16煤柱的載荷護(hù)巷煤柱上的載荷＝

煤柱上覆巖層重量+采空區(qū)懸露的巖層對(duì)煤柱的載荷評(píng)述：，平面問題，均質(zhì)的上覆巖層，不考慮煤柱邊緣部分會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中以及由于煤柱邊緣部分破壞引起應(yīng)力向煤柱深部轉(zhuǎn)移，未涉及上覆巖層的移動(dòng)等。但迄今它仍為比較簡(jiǎn)單和實(shí)用的煤柱載荷估算方法，并認(rèn)為平均應(yīng)力是判斷煤柱載荷的重要參數(shù)。17煤柱的載荷護(hù)巷煤柱上的載荷＝評(píng)述：，平面問題，均質(zhì)的上覆巖層煤柱寬度的理論計(jì)算根據(jù)：煤柱的極限載荷<煤柱的極限強(qiáng)度R18煤柱寬度的理論計(jì)算根據(jù)：煤柱的極限載荷<煤柱的極限強(qiáng)度R煤柱的應(yīng)力分布一側(cè)采空煤柱(體)的彈塑性變形區(qū)及鉛直應(yīng)力的分布兩側(cè)采空煤柱的彈塑性變形區(qū)及鉛直應(yīng)力的分布19煤柱的應(yīng)力分布一側(cè)采空煤柱(體)的彈塑性變形區(qū)及鉛直應(yīng)力的分一側(cè)采空現(xiàn)場(chǎng)中，x0的變化范圍為3～20m，一般為5～12m。應(yīng)力降低區(qū)寬度的變化范圍為2～7m，一般為3～5m。20一側(cè)采空現(xiàn)場(chǎng)中，x0的變化范圍為3～20m，一般為5～12兩側(cè)采空B>2L，煤柱中央的載荷為均勻分布，且為原巖應(yīng)力。煤柱邊緣應(yīng)力集中，煤柱從邊緣到中央，一般仍為破裂區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，以及原巖應(yīng)力區(qū)。2L>B>L時(shí)，在煤柱中央由于支承壓力的疊加，大于原巖應(yīng)力，沿煤柱寬度方向應(yīng)力呈馬鞍形分布。B<L時(shí)，兩側(cè)邊緣的支承壓力峰值將重疊在一起，煤柱中部的載荷急劇增大，應(yīng)力趨向于均勻分布。受兩側(cè)采動(dòng)影響時(shí)，K值可達(dá)到4～5以上，在煤柱中央可能因長(zhǎng)期處于塑性流動(dòng)狀態(tài)而遭到嚴(yán)重破壞。21兩側(cè)采空B>2L，煤柱中央的載荷為均勻分布，且為原巖應(yīng)力。護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性護(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。決定了巷道與回采空間的水平距離，影響到回采引起的支承壓力對(duì)巷道的影響程度及煤柱的載荷。煤柱的極限承載能力取決于煤柱的邊界條件和力學(xué)性質(zhì)，及其幾何尺寸和形狀。22護(hù)巷煤柱的穩(wěn)定性護(hù)巷煤柱的寬度：22護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件回采空間和采準(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巷道采空區(qū)彈性核

塑性區(qū)

塑性區(qū)23護(hù)巷煤柱保持穩(wěn)定的基本條件回采空間和采準(zhǔn)巷道在護(hù)巷煤柱兩側(cè)形煤柱寬度與圍巖變形的關(guān)系保持煤柱穩(wěn)定性最小寬度尺寸為：24煤柱寬度與圍巖變形的關(guān)系保持煤柱穩(wěn)定性最小寬度尺寸為：241.3.2沿空掘巷251.3.2沿空掘巷25老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系1、沿空巷道頂板關(guān)鍵巖層

介紹關(guān)鍵層的性質(zhì)、作用、分類。關(guān)鍵層理論是分析研究沿空巷道上覆巖層穩(wěn)定性的理論基礎(chǔ)。與采場(chǎng)頂板的不同之處：在巷道整個(gè)服務(wù)時(shí)期，隨著采面不斷向前推進(jìn)，上覆巖層結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式有所不同，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相差較大。同時(shí)，掘進(jìn)巷道再次擾動(dòng)上覆巖層結(jié)構(gòu)引起應(yīng)力重新分布，形成更復(fù)雜的疊加支承壓力。26老頂結(jié)構(gòu)與沿空巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)系1、沿空巷道頂板關(guān)鍵巖層介紹沿空巷道沿相鄰區(qū)段采空區(qū)邊緣布置，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。

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，與巷道頂板下沉變形基本一致。沿空巷道條件下，老頂一般可視為亞關(guān)鍵層。27沿空巷道沿相鄰區(qū)段采空區(qū)邊緣布置，頂板巖層處于采空區(qū)上采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)與沿空巷道的關(guān)系28采空區(qū)上覆巖層結(jié)構(gòu)與沿空巷道的關(guān)系28對(duì)老形成的砌體梁結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要的介紹介紹巖塊A、B、C的位置和作用三角拱對(duì)沿空巷道的意義：巖塊B對(duì)沿空巷道上覆巖層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起重要作用，對(duì)弧三角塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行力學(xué)分析，揭示老頂三角塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)與沿空巷道穩(wěn)定狀態(tài)的關(guān)系，對(duì)合理確定沿空巷道位置及支護(hù)參數(shù)具有重要意義。29對(duì)老形成的砌體梁結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要的介紹29沿空掘巷合理位置的確定

沿空掘巷沿相鄰區(qū)段采空區(qū)邊緣布置，巷道頂板巖層處于上覆巖層結(jié)構(gòu)固支邊與鉸結(jié)邊之間。在采空區(qū)邊緣破裂區(qū)和塑性區(qū)。若在其中布置巷道，支護(hù)載荷相對(duì)較小，巷道易于維護(hù)。老頂破斷位置基本位于煤體彈塑性交接處，通過計(jì)算求取老頂在煤壁內(nèi)的斷裂位置，確定沿空掘巷的位置。30沿空掘巷合理位置的確定沿空掘巷沿相鄰區(qū)段采空區(qū)邊緣布沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律沿傾斜方向支承壓力分布規(guī)律煤層開采沿傾斜方向，殘余支承應(yīng)力。煤體和圍巖的強(qiáng)度對(duì)支承壓力分布的影響，煤層頂?shù)装鍨楸容^堅(jiān)硬的砂巖，煤層頂?shù)装鍨楸容^軟的泥質(zhì)頁(yè)巖和較破碎的砂質(zhì)頁(yè)巖時(shí)31沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律沿傾斜方向支承壓力分布規(guī)律煤層開采沿傾煤體一煤柱(采動(dòng)穩(wěn)定)巷道圍巖變形與護(hù)巷煤柱寬度的關(guān)系32煤體一煤柱(采動(dòng)穩(wěn)定)巷道圍巖變形與護(hù)巷煤柱寬度的關(guān)系32沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)沿空掘巷的圍巖應(yīng)力和圍巖變形巷道33沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)沿空掘巷的圍巖應(yīng)力和圍巖變形巷道33窄煤柱巷道的圍巖應(yīng)力和圍巖變形34窄煤柱巷道的圍巖應(yīng)力和圍巖變形34護(hù)巷煤柱寬度：5-8m掘進(jìn)前后支撐壓力的變化情況變形情況煤柱情況與沿空掘巷的比較情況。窄煤柱巷道不僅在掘巷期間圍巖強(qiáng)烈變形，巷道圍巖一直保持較大的速度持續(xù)變形，頂板強(qiáng)烈下沉和底板鼓起。巷道的壓力主要來自窄煤柱一側(cè)，窄煤柱實(shí)際上已遭到嚴(yán)重破壞，不僅對(duì)頂板支承作用有限，而且使巷道實(shí)際跨度和懸頂距離增加。因此，窄煤柱巷道的圍巖變形要比沿空巷道大一倍左右。35護(hù)巷煤柱寬度：5-8m35沿空掘巷的三種方式掘進(jìn)滯后距離36沿空掘巷的三種方式掘進(jìn)滯后距離36沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)

（沿已穩(wěn)定的采空區(qū)掘巷）37沿空掘巷的礦壓顯現(xiàn)

（沿已穩(wěn)定的采空區(qū)掘巷）37窄煤柱沿空掘巷窄煤柱不起支撐作用隔離作用不明顯（影響帶內(nèi)透氣性比其它大17%~32%，瓦斯自然釋放率高達(dá)80%~90%，且易于自燃）38窄煤柱沿空掘巷窄煤柱不起支撐作用38沿尚未穩(wěn)定的采空區(qū)掘巷比沿已穩(wěn)定的采空區(qū)開掘的窄煤柱巷道圍巖移近量大1倍；比完全沿空掘巷（沿已穩(wěn)定的采空區(qū)）巷道的圍巖移近量大5倍39沿尚未穩(wěn)定的采空區(qū)掘巷比沿已穩(wěn)定的采空區(qū)開掘的窄煤柱巷道圍巖保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳锘旧鲜橇粢粭l巷掘一條巷缺點(diǎn)：巷道的維護(hù)費(fèi)用和材料消耗會(huì)大幅度地增加，實(shí)際可用大斷面的沿空掘巷或留巷取代。完全沿空掘巷的缺點(diǎn)：在煤體邊緣卸壓區(qū)掘進(jìn)巷道，由于沿空巷道一側(cè)為采空區(qū)，上區(qū)段老空區(qū)積水和碎矸石易進(jìn)入巷道內(nèi)，會(huì)嚴(yán)重影響巷道的施工和使用，巷道與采空區(qū)之間的漏風(fēng)嚴(yán)重。40保留老巷部分?jǐn)嗝娴难乜站蛳锘旧鲜橇粢粭l巷掘一條巷40沿空掘巷適應(yīng)條件

a頂板易冒頂膠結(jié)，采空區(qū)無積水，傾角不大的條件注：正確掌握合理滯后時(shí)間；上區(qū)段回采時(shí)防頂?shù)?，預(yù)注漿或擋矸簾，防止竄矸或漏風(fēng)

b適于頂板不能充分冒落，傾角較大以及采空區(qū)內(nèi)有積水的情況觀測(cè)表明：支撐壓力帶內(nèi)（影響區(qū)）煤柱透氣性比影響帶大17~32%，瓦斯自然釋放率高達(dá)80~90%，窄煤柱大多已壓裂，甚至坍塌和掘進(jìn)時(shí)已穿透，很難隔離火區(qū)，防止漏風(fēng)和隔離采空區(qū)有害氣體滲漏。為擋矸和防水需要，應(yīng)嚴(yán)格控制煤柱寬度c適于瓦斯含量大，掘進(jìn)不允許獨(dú)頭通風(fēng)的情況。注：關(guān)于冒矸壓實(shí)與膠結(jié)基本條件：較高的壓力和充分的水分一般采后3~4個(gè)月（后方100多m）?？蓧簩?shí)和膠結(jié)，因而應(yīng)向采空區(qū)灑水、灌漿。41沿空掘巷適應(yīng)條件a頂板易冒頂膠結(jié)，采空區(qū)對(duì)沿空掘巷的評(píng)價(jià)常應(yīng)用的是留小煤墻的沿空掘巷方式。小煤墻對(duì)擋矸和防止采空區(qū)積水進(jìn)入巷道能起一定作用；巷道在煤體內(nèi)掘進(jìn)，兩側(cè)為煤壁有利于提高掘進(jìn)速度。但小煤墻很難隔離火區(qū)，防止漏風(fēng)和隔絕采空區(qū)有害氣體滲漏。需要留設(shè)小煤墻時(shí)，其寬度一般不宜超過1～3m。42對(duì)沿空掘巷的評(píng)價(jià)常應(yīng)用的是留小煤墻的沿空掘巷方式。小煤墻對(duì)擋1.3.3沿空留巷431.3.3沿空留巷43沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)沿空留巷的受力狀況44沿空留巷的礦壓顯現(xiàn)沿空留巷采空區(qū)頂板巖層的沉降規(guī)律45采空區(qū)頂板巖層的沉降規(guī)律45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。采面前20～40m處煤層上覆巖層開始運(yùn)動(dòng)，但下沉速度很小，為巖層起始沉降期。煤層開采后，垮落帶巖層冒落，規(guī)則移動(dòng)帶巖層及上覆巖層急劇沉降，在工作面后方10～20m處，下沉速度最大。在工作面后方0～60m范圍內(nèi)，下沉量占最終下沉量的80％左右，稱為巖層強(qiáng)烈沉降期。如果直接頂板冒落能夠填滿采空區(qū)，使老頂處于平衡狀態(tài)，采動(dòng)期間沿空留巷的頂板下沉量與煤層采厚呈正比關(guān)系。46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)，其沿空留巷的圍巖變形采面前20～40m處煤層上覆巖層開始運(yùn)動(dòng)，但下沉速度很小，為巖層起始沉降期。煤層開采后，垮落帶巖層冒落，規(guī)則移動(dòng)帶巖層及上覆巖層急劇沉降，在工作面后方10～20m處，下沉速度最大。在工作面后方0～60m范圍內(nèi)，下沉量占最終下沉量的80％左右，稱為巖層強(qiáng)烈沉降期。47沿空留巷的圍巖變形采面前20～40m處煤層上覆巖層開始運(yùn)動(dòng)采動(dòng)時(shí)期的受力狀況沿空巷道位于采空區(qū)邊緣，保留巷道期間經(jīng)歷上區(qū)段工作面的采動(dòng)影響，巷道頂板的下沉、破壞必然受到采空區(qū)上覆巖層沉降總規(guī)律的制約。沿空巷道的受力分析：上區(qū)段工作面采過后，沿空巷道經(jīng)歷老頂巖層從即將斷裂前的極限狀態(tài)到發(fā)生斷裂失穩(wěn)，然后到回轉(zhuǎn)下沉壓實(shí)采空區(qū)的過程。在這個(gè)過程中，由于老頂?shù)膭×一顒?dòng)，引起沿空巷道巷道煤幫和巷道支護(hù)體發(fā)生劇烈變形。受力狀況與用煤柱維護(hù)的巷道有明顯的差別。沿空留巷的圍巖應(yīng)力的種類：煤幫的支承壓力和直接頂?shù)妮d荷，規(guī)則移動(dòng)帶巖層中塊體B取得平衡之前，引起的附加載荷（最重要的）48采動(dòng)時(shí)期的受力狀況沿空巷道位于采空區(qū)邊緣，保留巷道期間經(jīng)歷上采動(dòng)對(duì)沿空留巷的影響：上區(qū)段工作面的采動(dòng)影響趨于穩(wěn)定后，隨著采空區(qū)巖層的沉降和煤幫支承壓力的衰減，沿空留巷煤幫的承載能力與支承壓力很快處于平衡狀態(tài)，圍巖變形顯著下降并趨于穩(wěn)定。本區(qū)段工作面回采時(shí)，規(guī)則移動(dòng)帶巖層原有的平衡狀態(tài)將受到強(qiáng)烈影響。在超前支承壓力作用下，規(guī)則移動(dòng)帶巖層將有一定的回轉(zhuǎn)下沉。規(guī)則移動(dòng)帶巖層結(jié)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定狀態(tài)造成沿空巷道圍巖應(yīng)力的再次重新分布和集中，巷道圍巖表現(xiàn)出強(qiáng)烈變形。49采動(dòng)對(duì)沿空留巷的影響：49沿空留巷巷旁支護(hù)形式巷旁支護(hù)的作用巷旁支護(hù)的類型和適用條件整體澆注巷旁充填技術(shù)50沿空留巷巷旁支護(hù)形式巷旁支護(hù)的作用50巷旁支護(hù)的作用支護(hù)位置：巷道斷面范圍以外，與采空區(qū)交界處架設(shè)的一些特殊類型的支架或人工構(gòu)筑物。作用：承載；切頂；擋矸；密封支護(hù)的要求：具備合理的架型、較高的工作阻力、較大的增阻速度、足夠的可縮量，以及工作阻力、增阻速度和可縮量的合理匹配。51巷旁支護(hù)的作用支護(hù)位置：巷道斷面范圍以外，與采空區(qū)交界處架設(shè)巷旁支護(hù)的類型木垛：優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定；方便靈活缺點(diǎn)：晚支撐；縮量大（40~50%），消耗大適應(yīng)：圍巖松軟，傾角較大，煤層較?。ń?jīng)濟(jì)）密集支柱：優(yōu)點(diǎn)：切頂；承載；擋矸；防漏（擋風(fēng)簾等），架設(shè)方便節(jié)省木材缺點(diǎn)：防漏風(fēng)及隔離性質(zhì)差；穩(wěn)定性不如木垛適應(yīng)：薄及中厚煤層，圍巖中等穩(wěn)定以上矸石帶：優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn)：力學(xué)性能差，縮量大（40~60%），砌筑勞動(dòng)強(qiáng)度大適于：薄煤層人工砌塊優(yōu)點(diǎn)：材料來源廣，價(jià)格低；節(jié)省木材；承載能力大，縮量小缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差；脆性破壞剛性填充帶材料：硬石膏（德國(guó)）；砼；高水材料，水體積比>70%充填工藝：長(zhǎng)距離水力充填；短距離風(fēng)力充填優(yōu)點(diǎn)：有利于節(jié)約木材和金屬材料；機(jī)械化作業(yè)（減輕體力，安全）；隔離性能好缺點(diǎn)：建立一套復(fù)雜的充填材料加工、運(yùn)輸與泵送系統(tǒng)，工藝復(fù)雜適應(yīng)：M<3m52巷旁支護(hù)的類型52沿空留巷的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：大大降低巷道掘進(jìn)率；有利于改善采掘關(guān)系（沿空掘巷采后撅）缺點(diǎn)：受二次采動(dòng)影響適應(yīng)條件：M<2~3m，頂板易于冒落，且底板不發(fā)生嚴(yán)重底鼓。擴(kuò)大應(yīng)用范圍：大可縮支架及增阻速度，合理的支架工作阻力；預(yù)留斷面縮短保留時(shí)間附：沿空留巷礦壓顯現(xiàn)基本特征綜合裂隙帶巖層沉降規(guī)律和沿空留巷礦壓觀測(cè)結(jié)果下沉速度在后方10~20m最甚，下沉量主要集中在0~40m范圍內(nèi)，在采場(chǎng)后方60~70m以遠(yuǎn)，頂板下沉趨于穩(wěn)定。，采動(dòng)期間s與M成正比關(guān)系，屬給定變形少則s=10%M，多則s=15~20%Ms隨巷寬和懸頂距增大按正比增長(zhǎng)采空側(cè)s比煤幫處s大一倍左右，傾角巷旁支護(hù)與巷內(nèi)支架協(xié)調(diào)支架應(yīng)在巷道受采動(dòng)影響區(qū)后，迅速增阻，然后保持恒阻的工作狀態(tài)53沿空留巷的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：大大降低巷道掘進(jìn)率；有利于改善采掘關(guān)系（2.巷道支護(hù)原理與常用支架巷道支護(hù)原理金屬支架錨桿支護(hù)542.巷道支護(hù)原理與常用支架巷道支護(hù)原理54木支架破壞形式55木支架破壞形式55工字鋼梯形支架破壞形式56工字鋼梯形支架破壞形式56U型鋼拱形支架破壞形式57U型鋼拱形支架破壞形式57金屬支架支護(hù)巷道變形嚴(yán)重58金屬支架支護(hù)巷道變形嚴(yán)重58金屬支架支護(hù)巷道變形嚴(yán)重59金屬支架支護(hù)巷道變形嚴(yán)重59拱形金屬支架巷道變形錄象60拱形金屬支架巷道變形錄象6061616262鼓幫型破壞63鼓幫型破壞63扭曲型破壞

支架的安裝斷面與巷道橫截面不處于同一水平面內(nèi)，支架受垂直力和水平力外，還承受附加扭矩作用。

64扭曲型破壞

支架的安裝斷面與巷道橫截面不處于同一水平尖桃型破壞

巷道水平移近量大于支架所能承受的水平縮量

65尖桃型破壞

巷道水平移近量大于支架所能承受的水平縮量65平頂型破壞

支架的縮量達(dá)到極限時(shí)，卡纜的預(yù)張力不能抵抗巷道施加給支架的垂直力和水平力在卡纜部位的合作用力。

66平頂型破壞

支架的縮量達(dá)到極限時(shí)，卡纜的預(yù)張力不能抵抗巷道施2.1巷道支護(hù)基本原理2.1.1基本認(rèn)識(shí)（1）支架與圍巖是一個(gè)相互作用的共同承載體系（2）圍巖承載能力按H=100m，，而生產(chǎn)中支架P=200~500KN/m^2,就可以保持巷道穩(wěn)定，P相當(dāng)于，0.8~2.0%（3）支架的支護(hù)作用支護(hù)對(duì)圍巖提供阻力或使圍巖淺部形成加固層，以控制圍巖塑性區(qū)的發(fā)展，減少圍巖移動(dòng)，保持圍巖穩(wěn)定。為此巷道支護(hù)必須具有適當(dāng)?shù)目沽鸵欢煽s性（4）圍巖系統(tǒng)剛度的變化應(yīng)力重新分布將根據(jù)圍巖和支架相對(duì)剛度關(guān)系進(jìn)行分配，當(dāng)圍巖系統(tǒng)剛度增加時(shí)，支架上的荷載將下降。672.1巷道支護(hù)基本原理2.1.1基本認(rèn)識(shí)672.1.2支架—圍巖相互作用原理對(duì)圍巖的控制狀態(tài)：允許微量唯一，即使按剛性設(shè)計(jì)支架，Pmax不合理也不經(jīng)濟(jì)允許大量位移，拉動(dòng)破裂形成拉動(dòng)壓力不安全允許一定位移，c點(diǎn)不遠(yuǎn)左側(cè)，既經(jīng)濟(jì)有安全2.1.3應(yīng)用根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行一次、二次或多次支護(hù)，分按力支護(hù)提高圍巖承載能力，如錨桿、注漿、錨注巷道一側(cè)采空時(shí)采取柔性支護(hù)可靠性支架、錨噴支護(hù)等采取主動(dòng)支護(hù)如預(yù)緊力錨桿、初工作阻力支架、增阻速度應(yīng)與圍巖變形相適應(yīng)。682.1.2支架—圍巖相互作用原理681-圍巖位移曲線；2–支架工作特性曲線；3–圍巖松動(dòng)破壞后的位移曲線；A、B、C–支架可能的工作點(diǎn)；Pmax、Pmin——支架承受的最大承載力和最小承載力；Δumax——允許圍巖最大位移量支架與圍巖相互作用關(guān)系691-圍巖位移曲線；2–支架工作特性曲線；3–圍巖松動(dòng)破壞后的支架性能與圍巖壓力的關(guān)系70支架性能與圍巖壓力的關(guān)系70巖性與圍巖壓力的關(guān)系71巖性與圍巖壓力的關(guān)系71合理利用巷道圍巖的自承力為了利用圍巖的自承力，就要容許圍巖產(chǎn)生某些變形。這種變形會(huì)使圍巖中的能量得到一定釋放，從而起到一定的“卸載作用”，這將有利于減輕支架受載。但應(yīng)當(dāng)注意的是，這種變形應(yīng)是有限制的。72合理利用巷道圍巖的自承力為了利用圍巖的自承力，就要容許圍巖產(chǎn)合理選擇支架工作點(diǎn)73合理選擇支架工作點(diǎn)73提高圍巖自承能力74提高圍巖自承能力74選擇合理的支護(hù)方式與參數(shù)巷道的支護(hù)方式與參數(shù)應(yīng)符合支架與圍巖共同承載的原理。要根據(jù)具體條件，在剛性支架、可縮性支架、錨桿支護(hù)中進(jìn)行合理的選擇。剛性支架，一般只適用于頂?shù)装逡平?lt;10％的條件。采區(qū)巷道中大多數(shù)情況下要用可縮性支架或錨桿支護(hù)。75選擇合理的支護(hù)方式與參數(shù)巷道的支護(hù)方式與參數(shù)應(yīng)符合支架與圍巖2.2巷道金屬支架（一）剛性支架工字鋼梯形支架：一梁兩柱、一梁兩柱加中梁、接榫、底座-背板、拉桿可縮性獲得：碎矸壓縮、按榫木墊壓縮，構(gòu)件撓曲變形適應(yīng)條件：圍巖比較穩(wěn)定，變形較大，壓力不大的巷道中（s<10m2）762.2巷道金屬支架（一）剛性支架76型鋼類型77型鋼類型777878工字鋼可縮性支架平頂型可縮性支架基本結(jié)構(gòu)類型

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：加工制造，架設(shè)容易；無需挑頂；簡(jiǎn)化端頭支護(hù)技術(shù)，價(jià)格較低（U比I高10~20%）缺點(diǎn)：承載能力較小，倒向可縮性比較差，頂梁易彎。適應(yīng)條件：圍巖較穩(wěn)定；變形量中等，s<10m2,k=10~25%之間79工字鋼可縮性支架平頂型可縮性支架79梯形U型鋼支架80梯形U型鋼支架80U型鋼連接件81U型鋼連接件81巷道支架選型82巷道支架選型82U型鋼拱形支架優(yōu)點(diǎn)：拱的穩(wěn)定性（適于大斷面）；承載能力大缺點(diǎn)：挑頂破壞穩(wěn)定（巖層）；端頭背棚工藝復(fù)雜；成拱困難適用條件：圍巖壓力較大：壓力較均勻或在一定側(cè)壓時(shí)，半圓拱（k=10~30%）頂壓大，三心拱直腿可縮（k=10~35%）頂壓大，側(cè)壓也大，三心拱曲腿或圓形可縮（k=10~35%）肩壓大，方（長(zhǎng)）環(huán)行可縮83U型鋼拱形支架優(yōu)點(diǎn)：拱的穩(wěn)定性（適于大斷面）；承載能力大8U型鋼封閉式支架84U型鋼封閉式支架84

方環(huán)形支架

設(shè)計(jì)凈斷面Sj=7.2m2;掘進(jìn)斷面Sm=9.2m2;墊底斷面Sd=0.5m2

特點(diǎn)：（1）在四周拐角處圓弧形過度，使其具有圓形支架的若干優(yōu)點(diǎn)同時(shí)又具有較大的承載能力，尤其能承受450方向上的較大壓力；（2）接頭位置選在支架上、下、左、右四邊的中點(diǎn)，此處型鋼曲率平緩，連接件附加阻力小，支架的可縮性能好。（3）四邊的曲率較小，使巷道易開挖；需墊底量少，巷道有效利用斷面較大；（4）采用封底式設(shè)計(jì)，可避免支架插底現(xiàn)象，有利于減輕底鼓并減輕支架構(gòu)件損壞；(5)支架部件等參數(shù)設(shè)計(jì)，每一部件可實(shí)現(xiàn)互換；85

方環(huán)形支架

設(shè)計(jì)凈斷面Sj=7.2m2;掘進(jìn)斷面Sm=9馬蹄異型支架

凈斷面Sj=9.96m2;掘進(jìn)斷面Sm=11.6m2;墊底斷面Sd=1.4m2

特點(diǎn)：（1）既具有圓形支架承載能力大又具有馬蹄形支架抗側(cè)壓能力強(qiáng)、墊底工程量小的優(yōu)點(diǎn)；（2）支架梁、腿部件等參數(shù)設(shè)計(jì)，每一部件可實(shí)現(xiàn)互換，便于加工與安裝，便于運(yùn)輸與安裝；（3）采用封底式設(shè)計(jì)，可避免支架插底現(xiàn)象，有利于減輕底鼓并減輕支架構(gòu)件損壞；（4）考慮到底梁控制底鼓的能力與支架的實(shí)際承載能力相適應(yīng)，墊底高取為500mm，僅為圓形支架的50%，可減少巷道的掘進(jìn)工程量3.4m2，巷道有效利用斷面較大，斷面有效利用率較高；（5）底梁在巷道底部角隅區(qū)采用小曲率半徑，可提高抗力，底梁與柱腿接頭采用卡纜連接，有利于平衡柱腿與底梁的受力且可縮性能好。底梁與底梁之間也采用卡纜連接，對(duì)兩幫移近量較大的情況有較強(qiáng)的適應(yīng)性；（6）支架安設(shè)較為容易。在施工時(shí)，可以先施工梁、腿，形成曲腿拱形支架，滯后施工底梁。86馬蹄異型支架

凈斷面Sj=9.96m2;掘進(jìn)斷面Sm=11支架承載能力及工作性能的研究支架承載能力的計(jì)算支架工作性能的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)87支架承載能力及工作性能的研究支架承載能力的計(jì)算87方環(huán)形支架計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果

均布荷載條件下P=594~883KN。肩壓集中條件下為P=931~1383KN。方環(huán)形支架在肩壓大的條件下的承載能力比均壓條件提高57%。88方環(huán)形支架計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果

均布荷載條件下P=594~88馬蹄異形支架計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果

均布荷載條件下P=823~1223KN。頂壓集中條件下為P=252~365KN。馬蹄異形支架在均壓作用下承載能力較大，比頂壓大的條件提高43%。

89馬蹄異形支架計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果

均布荷載條件下P=823~1方環(huán)形支架工作性能的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法與過程根據(jù)原能源部標(biāo)準(zhǔn)《煤礦用巷道支架試驗(yàn)方法與型式檢驗(yàn)規(guī)范MT-194-89》進(jìn)行試驗(yàn)。（1）支架設(shè)計(jì)、加工后，進(jìn)行支架的組裝。（2）布置油缸。一是均壓情況，即頂壓與側(cè)壓的荷載比例按均勻線載1:1考慮,共布置12個(gè)油缸；另外一種模式是肩壓大的情況，即支架的肩壓：圍壓1.82：1，以模擬在4個(gè)肩窩方向具有較大地壓值及承受主應(yīng)力方向較集中荷載的作用，（3）布置測(cè)試系統(tǒng)。（4）加載試驗(yàn)。逐級(jí)分步加載，每步加載時(shí)等壓力穩(wěn)定后，記錄油缸壓力、各接頭滑動(dòng)次數(shù)和每次滑動(dòng)量（縮量）、斷面的寬度和高度，觀察構(gòu)件的變形。加載試驗(yàn)時(shí)，接頭出現(xiàn)滑動(dòng)，應(yīng)該調(diào)整千斤頂于支架加載點(diǎn)的位置。90方環(huán)形支架工作性能的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與過程根據(jù)原能源部標(biāo)模型布置91模型布置91均布荷載條件下分步加載試驗(yàn)結(jié)果

92均布荷載條件下分步加載試驗(yàn)結(jié)果

92集中肩壓條件下分步加載試驗(yàn)結(jié)果

93集中肩壓條件下分步加載試驗(yàn)結(jié)果

93試驗(yàn)主要結(jié)論（1）無論什么荷載形式，方環(huán)形支架的工作特性為增阻-準(zhǔn)恒阻式。即隨著荷載的增加，工作阻力先有一個(gè)急劇增長(zhǎng)的過程，而達(dá)到滑動(dòng)阻力后，隨著支架的下縮，工作阻力的增長(zhǎng)極為緩慢或基本保持不變。（2）在均布荷載下支架的剛度K=212.71KN/mm，肩壓大條件下支架的K=408.67KN/mm，后者是前者的1.9倍。由此可以看出，方環(huán)形支架對(duì)肩壓大的情況適應(yīng)性更好一些，始動(dòng)阻力較大。（3）由于加載過程中支架內(nèi)力調(diào)整的原因，每個(gè)卡纜的工作阻力變化是不相同的。出現(xiàn)各接頭非均勻縮量的現(xiàn)象。因此，在使用時(shí)，應(yīng)該經(jīng)常檢查并重新擰緊螺栓或螺母，才能收到較好的效果。94試驗(yàn)主要結(jié)論（1）無論什么荷載形式，方環(huán)形支架的工作特性為增拉桿和背板95拉桿和背板959696979798982.3巷道錨桿支護(hù)992.3巷道錨桿支護(hù)99煤巷錨桿支護(hù)優(yōu)越性從支護(hù)機(jī)理上看，錨桿支護(hù)屬于“主動(dòng)”支護(hù)，可以充分利用圍巖的自承能力，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性，將載荷體變?yōu)槌休d體。在相同生產(chǎn)地質(zhì)條件下，錨桿支護(hù)的巷道圍巖變形量比棚式支護(hù)減少一半以上。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上對(duì)比，錨桿支護(hù)可以節(jié)約大量鋼材，減少材料運(yùn)輸工作量，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和改善作業(yè)環(huán)境；保持采煤工作面上下兩道和開切眼的暢通，為回采工作面快速推進(jìn)和高產(chǎn)高效低成本生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件；錨桿支護(hù)巷道施工簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高，可大幅度降低巷道支護(hù)成本，提高掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率。100煤巷錨桿支護(hù)優(yōu)越性從支護(hù)機(jī)理上看，錨桿支護(hù)屬于“主動(dòng)”支護(hù)，101101（1）懸吊理論機(jī)理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來自被懸吊的巖層重量。缺點(diǎn)：沒有考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開。適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層102（1）懸吊理論機(jī)理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖（2）組合梁理論機(jī)理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其自撐能力。將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個(gè)薄巖層鎖緊成一個(gè)較厚的巖層（組合梁）。在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內(nèi)的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。缺點(diǎn)：將錨桿作用與圍巖的自穩(wěn)作用分開；隨著圍巖條件的變化，在頂板較破碎、連續(xù)性受到破壞時(shí)，組合梁也就不存在了。適用條件：層狀地層頂板在相當(dāng)距離內(nèi)不存在穩(wěn)定巖層，懸吊作用處于次要地位。103（2）組合梁理論機(jī)理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加各巖層（3）組合拱（壓縮拱）理論機(jī)理：在破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要鋪桿間距足夠小，各個(gè)錯(cuò)桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。缺點(diǎn)：一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計(jì)。適用條件：頂板無穩(wěn)定巖層104（3）組合拱（壓縮拱）理論機(jī)理：在破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨巖體群的層狀、鑲嵌和碎狀結(jié)構(gòu)及其錨桿支護(hù)105巖體群的層狀、鑲嵌和碎狀結(jié)構(gòu)及其錨桿支護(hù)105巖體群自鎖成拱原理和平衡條件106巖體群自鎖成拱原理和平衡條件106危石的鎖緊作用107危石的鎖緊作用107（4）最大水平應(yīng)力理論機(jī)理：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性。在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松動(dòng)而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng)。缺點(diǎn)：直觀性較差。108（4）最大水平應(yīng)力理論機(jī)理：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂水平應(yīng)力作用下巷道圍巖的破壞

（1）水平應(yīng)力對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響；

（2）錨桿的作用是軸向限脹和橫向限剪；

（3）借助于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬進(jìn)行支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化；強(qiáng)調(diào)監(jiān)測(cè)及反饋軸向限脹（高剛度）橫向抗剪（高強(qiáng)度）109水平應(yīng)力作用下巷道圍巖的破壞

（1）水平應(yīng)力對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影(5)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論理論要點(diǎn)錨桿和錨固區(qū)域圍巖體形成統(tǒng)一點(diǎn)承載結(jié)構(gòu)錨桿支護(hù)可以提高錨固體的力學(xué)性質(zhì)提高殘余強(qiáng)度值改變圍巖的受力狀態(tài),提高承載能力減少破碎區(qū)松動(dòng)區(qū)范圍110(5)圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論理論要點(diǎn)110一錨桿的種類和錨固力機(jī)械式錨桿粘結(jié)式錨桿摩擦式錨桿111一錨桿的種類和錨固力111錨桿的類別

（1）機(jī)械式錨桿

機(jī)械式錨桿是使用最早、結(jié)構(gòu)多樣、數(shù)量較大的錨桿主要類型。機(jī)械式錨桿的錨固機(jī)構(gòu)本身是一個(gè)統(tǒng)一體，在安裝錨桿時(shí)，錨固機(jī)構(gòu)主要通過一個(gè)楔子系統(tǒng)在鉆孔中進(jìn)行軸向或徑向相互錯(cuò)動(dòng)而張緊在鉆孔壁上。錨固機(jī)構(gòu)通過摩擦連接將錨固力大多傳遞給巖層。機(jī)械式錨桿在安裝時(shí)，大多都產(chǎn)生預(yù)緊力。有時(shí)，甚至錨固機(jī)構(gòu)必須直接依靠預(yù)緊力來固定。機(jī)械式錨桿的優(yōu)點(diǎn)是，安裝迅速，可即時(shí)達(dá)到承載力，可二次張緊，某些結(jié)構(gòu)的錨桿還可以回收。其缺點(diǎn)是，鉆孔中的錨固段較短，在高應(yīng)力區(qū)容易導(dǎo)致巖層破壞和錨固區(qū)松動(dòng)；因此，它主要用于強(qiáng)度較高的巖層。112錨桿的類別

（1）機(jī)械式錨桿機(jī)械式錨桿是使用最早、結(jié)構(gòu)多樣（2）管縫式錨桿管縫式錨桿的桿體，由高強(qiáng)度、高彈性鋼管或薄鋼板卷成。沿管全長(zhǎng)有一條開縫，管的上端是錐體，在管的下端焊有一個(gè)用鋼筋制成的圓環(huán)。桿體壁厚為2～4mm、直徑多為35～45mm（要求比鉆孔直徑大2～5mm），長(zhǎng)度可據(jù)需要加工，一般為1.60～2.0M；開縫寬度一般10～15mm為。當(dāng)桿體被外力強(qiáng)壓入鉆孔后，開縫管被迫壓縮，與孔壁之間產(chǎn)生徑向擠壓應(yīng)力，使桿體牢固的脹撐在鉆孔內(nèi)；桿體與孔壁間的摩擦力，便成為錨固力，并且是沿桿體全長(zhǎng)分布的。管縫式錨桿具有錨固可靠、安裝方便且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作；即可實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固、又有較大預(yù)應(yīng)力和滑移讓壓特性。113（2）管縫式錨桿管縫式錨桿的桿體，由高強(qiáng)度、高彈性鋼管或薄鋼（3）粘結(jié)式錨桿粘結(jié)式錨桿是通過粘結(jié)劑來取代錨固機(jī)構(gòu)。粘結(jié)劑注入鉆孔內(nèi)，凝固后可將桿體粘固在鉆孔中。錨桿錨固力向巖層的傳遞，主要是通過粘結(jié)的形式，而不是向鉆孔壁通過機(jī)械或摩擦脹固等施加的擠壓力。粘結(jié)式錨桿的優(yōu)點(diǎn)是，它能在較深的鉆孔中顯示出很好的粘著力，而且可以不可壓縮的傳遞很大的力。由于它在錨固巖層時(shí)，并不產(chǎn)生特別的接觸壓力，所以對(duì)巖層強(qiáng)度無特殊要求，從而也可在松散巖層中成功的使用。114（3）粘結(jié)式錨桿粘結(jié)式錨桿是通過粘結(jié)劑來取代錨固機(jī)構(gòu)。粘結(jié)高強(qiáng)錨桿錨桿的結(jié)構(gòu)主要由螺紋鋼桿體、穹形球體、塑料增壓墊圈、驅(qū)動(dòng)螺母、托盤和樹脂藥卷等組成。115高強(qiáng)錨桿錨桿的結(jié)構(gòu)主要由螺紋鋼桿體、穹形球體、塑料增壓墊圈、國(guó)外高強(qiáng)錨桿澳大利亞研究的ＨＳ1045高強(qiáng)度錨桿，桿體（直徑22ｍｍ）的破斷力達(dá)240ｋＮ；直徑22ｍｍ的ＡＸ超高強(qiáng)度錨桿，其桿體的破斷力達(dá)340ｋＮ。美國(guó)制造錨桿的鋼材屈服強(qiáng)度為520ＭＰa。而英國(guó)制造錨桿的鋼材的屈服強(qiáng)度可達(dá)610ＭＰa。116國(guó)外高強(qiáng)錨桿澳大利亞研究的ＨＳ1045高強(qiáng)度錨桿，桿體（直徑高強(qiáng)錨桿系統(tǒng)組成及加工工藝117高強(qiáng)錨桿系統(tǒng)組成及加工工藝117什么是高強(qiáng)、超高強(qiáng)？ 高強(qiáng)：， 超高強(qiáng)：，錨桿材料公稱直徑/mm屈服強(qiáng)度/MPa極限強(qiáng)度/MPa屈服荷載/kN極限荷載/kN伸長(zhǎng)率/%Ⅱ級(jí)鋼2228038010614417Ⅲ級(jí)鋼2237041014115617Ⅳ級(jí)鋼2248057018221715Ⅴ級(jí)鋼2260068022825812各種錨桿材料強(qiáng)度指標(biāo)

Ⅳ、Ⅴ級(jí)螺紋鋼作為桿體的樹脂錨桿能夠滿足基本技術(shù)要求。每噸Ⅳ螺紋鋼鋼材僅比Ⅱ級(jí)螺紋鋼高300－400元。

為深部圍巖支護(hù)采用高強(qiáng)、超高強(qiáng)錨桿提供了材料上的便利條件。

118錨桿公稱直徑/mm屈服強(qiáng)度/MPa極限強(qiáng)度/MPa屈服荷載/①樹脂藥卷固化快能在最短的時(shí)間內(nèi)提供錨固力，高強(qiáng)桿體能夠提供足夠高的錨固力，能在最短的時(shí)間內(nèi)使圍巖恢復(fù)到有利于穩(wěn)定的三向應(yīng)力狀態(tài)。②較大的軸向剛度限制了圍巖的張開變形，有利于圍巖穩(wěn)定。③桿體具有足夠的抗剪強(qiáng)度與抗剪剛度，能有效阻止圍巖內(nèi)部的剪切變形與剪切滑動(dòng)，提高圍巖體自身的峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、內(nèi)聚力c值和內(nèi)摩擦角f

值。④適時(shí)的滯后注漿能夠使開挖擾動(dòng)造成的圍巖損傷得到修復(fù)。高地應(yīng)力對(duì)策①樹脂藥卷固化快能在最短的時(shí)間內(nèi)提供錨固力，高強(qiáng)桿體能夠提供錨桿密度/根×(400cm2)-1彈性模量E/MPa軟化模量M/MPa錨固體破壞前錨固體破壞后C/MPaφ/(°)C*φ*/MPa/°0280.832.00.3531.50.01731.52282.632.60.3631.50.01831.53284.735.20.3633.50.01833.54288.239.30.3735.60.01835.65294.041.90.3737.10.01937.16299.743.20.3838.80.01938.88310.046.30.3940.40.02140.4不同錨固參數(shù)條件下錨固體力學(xué)性能改善情況

對(duì)策錨桿密度彈性模量軟化模量錨固體破壞前錨固體破壞后CφC*φ*不同錨固參數(shù)條件下錨固體強(qiáng)化系數(shù)對(duì)比錨桿密度/根*（400cm2）-1單向加載平面應(yīng)變加載極限強(qiáng)度/MPa殘余強(qiáng)度/MPaKjKc極限強(qiáng)度/MPa殘余強(qiáng)度/MPaKjKc01.2380.0601.001.001.650.5251.001.0021.2750.0651.031.081.7250.5881.041.1231.350.0681.091.131.8320.6251.111.1941.430.0721.161.191.9280.6681.171.2751.500.0751.211.252.0750.71.261.3361.5750.0811.271.352.170.751.321.4381.6750.0891.351.482.2750.821.381.56注：Kj，Kc分別為錨固體峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的強(qiáng)化系數(shù)對(duì)策不同錨固參數(shù)條件下錨固體強(qiáng)化系數(shù)對(duì)比錨桿密度單向加載平面應(yīng)變高性能錨桿要求桿體材質(zhì)符合高強(qiáng)度要求、整體強(qiáng)度和幾何尺寸匹配；桿體表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高粘低阻（左旋無縱筋）；外端螺紋部采用等強(qiáng)或增強(qiáng)加工工藝；雙重減摩措施、能夠調(diào)整錨桿外端受力，保證預(yù)應(yīng)力無損失；有醒目標(biāo)志，直觀顯示安裝施工質(zhì)量。122高性能錨桿要求1221超高強(qiáng)錨桿桿體2螺母3預(yù)應(yīng)力標(biāo)示桿4應(yīng)力松弛自補(bǔ)償彈簧5彈簧護(hù)筒6減摩墊圈7應(yīng)力擴(kuò)散托盤8高強(qiáng)樹脂錨固劑9圍巖可控預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)錨桿概念圖1231超高強(qiáng)錨桿桿體2螺母3預(yù)應(yīng)力標(biāo)示錨固劑我國(guó)煤礦中主要使用的錨固劑是樹脂和快硬水泥兩種類型。這兩種類型的錨固劑在如下幾個(gè)方面的性能具有十分顯著的差別124錨固劑我國(guó)煤礦中主要使用的錨固劑是樹脂和快硬水泥兩種類型。1樹脂錨固劑125樹脂錨固劑125(1)固化時(shí)間超快型樹脂錨固劑的凝膠(初凝)時(shí)間為0.5～1.0鐘，快硬水泥錨固劑的凝膠(初凝)時(shí)間為3～5分鐘。這就意味著使用樹脂錨固劑更能及時(shí)地支護(hù)圍巖，保證頂板安全和穩(wěn)定。126(1)固化時(shí)間超快型樹脂錨固劑的凝膠(初凝)時(shí)間為0.5～1(2)不同時(shí)期的抗壓強(qiáng)度超快型樹脂錨固劑在錨桿安裝5分鐘后強(qiáng)度就可達(dá)到21MPa，相當(dāng)其最終強(qiáng)度的30%左右;半小時(shí)后的強(qiáng)度大于35MPa。各種類型樹脂錨固劑在1天后的強(qiáng)度便可超過60MPa，達(dá)到最終強(qiáng)度的80%以上?？煊菜噱^固劑的早期強(qiáng)度則很低，錨桿安裝5分鐘時(shí)強(qiáng)度幾乎為零;半小時(shí)后的強(qiáng)度為4.3～4.6MPa，一小時(shí)后的強(qiáng)度也僅為8～10MPa；7天以后抗壓強(qiáng)度僅可達(dá)到樹脂錨固劑強(qiáng)度的一半左右。樹脂錨固劑的強(qiáng)度性能比快硬水泥好得多，尤其是在早期強(qiáng)度方面樹脂錨固劑有更大的優(yōu)越性。127(2)不同時(shí)期的抗壓強(qiáng)度超快型樹脂錨固劑在錨桿安裝5分鐘后強(qiáng)(3)錨固力樹脂錨固和水泥錨固相比最大的優(yōu)點(diǎn)是錨固力大。根據(jù)邢臺(tái)礦務(wù)局葛權(quán)、東龐，邢臺(tái)等礦煤巷數(shù)百根錨桿拉拔力試驗(yàn)對(duì)比分析，樹脂錨桿的拉拔力一般比使用水泥錨固劑大2.7～4.2倍。使用CK型樹脂錨固劑時(shí)，15～25分鐘時(shí)的錨固力就是用水泥藥卷1天后的錨固力的2.7倍左右，這對(duì)于及時(shí)加固圍巖具有重要意義。128(3)錨固力樹脂錨固和水泥錨固相比最大的優(yōu)點(diǎn)是錨固力大。根據(jù)(4)可靠性使用樹脂錨固劑時(shí)錨桿一般使用機(jī)具安裝，安裝質(zhì)量容易保證，所以每根樹脂錨桿的錨固力通常都能達(dá)到設(shè)計(jì)能力。使用快硬水泥錨固劑的錨桿安裝都是手工作業(yè)，許多工序(例如浸水時(shí)間、搗固藥卷等)的施工質(zhì)量不好控制，很難保證錨桿安裝質(zhì)量。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，水泥藥卷錨固時(shí)各根錨桿的錨固力相差很大，達(dá)不到設(shè)計(jì)錨固力的錨桿往往占較大比例。129(4)可靠性使用樹脂錨固劑時(shí)錨桿一般使用機(jī)具安裝，安裝質(zhì)量容錨固形式130錨固形式130托梁131托梁131托梁Ｗ鋼帶主要使用在頂板。在巷道兩幫煤體較破碎、松軟時(shí)可使用鋼筋梯子梁護(hù)幫。鋼筋梯子梁也使用在頂板。132托梁Ｗ鋼帶主要使用在頂板。132護(hù)網(wǎng)網(wǎng)的作用主要是維護(hù)錨桿間比較破碎的巖石，防止小巖塊掉落，同時(shí)對(duì)提高錨桿支護(hù)的整體效果也有一定的作用。網(wǎng)可分為金屬網(wǎng)和非金屬網(wǎng)。133護(hù)網(wǎng)網(wǎng)的作用主要是維護(hù)錨桿間比較破碎的巖石，防止小巖塊掉落，鋼（鐵）絲網(wǎng)一般采用＃３～４ｍｍ的鋼（鐵）絲編織而成。根據(jù)網(wǎng)孔形狀和結(jié)構(gòu)的不同，可分為經(jīng)緯網(wǎng)和菱形網(wǎng)，經(jīng)緯網(wǎng)孔的尺寸為６０ｍｍ×６０ｍｍ～１００ｍｍ×１００ｍｍ。而菱形網(wǎng)孔的尺寸為４０ｍｉｎ×４０ｍｍ～６０ｍｉｎ×６０ｍｍ。由于菱形網(wǎng)具有柔性好、強(qiáng)度高、孔形不變、連接方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在逐步取代了經(jīng)緯網(wǎng)。134鋼（鐵）絲網(wǎng)一般采用＃３～４ｍｍ的鋼（鐵）絲編織而成。134鋼筋網(wǎng)由鋼筋焊接而成的大網(wǎng)格金屬網(wǎng)，它由受力筋和分布筋構(gòu)成。鋼筋網(wǎng)橫向筋一般為受力筋，直徑１０ｍｍ左右，縱向筋一般為６ｍｍ左右。網(wǎng)格１００ｍｍ×Ｉ００ｍｍ左右。這種網(wǎng)強(qiáng)度和剛度都比較大，不僅能夠阻止松動(dòng)巖塊掉落，而且可以有效地增加錨桿支護(hù)的整體效果，適用于大變形、高地應(yīng)力巷道。135鋼筋網(wǎng)由鋼筋焊接而成的大網(wǎng)格金屬網(wǎng)，它由受力筋和分布筋構(gòu)成。塑料、聚脂網(wǎng)塑料網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、輕便、抗腐蝕等，但其強(qiáng)度和剛度較低。聚脂網(wǎng)具有強(qiáng)度大、重量輕、剛度好等諸多優(yōu)點(diǎn)。但由于價(jià)格較高，還沒有廣泛使用。136塑料、聚脂網(wǎng)塑料網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、輕便、抗腐蝕等，但其強(qiáng)度和錨桿鉆機(jī)從動(dòng)力區(qū)分有風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)、液壓三種。從破巖方式區(qū)分有旋轉(zhuǎn)、沖擊兩種。為了實(shí)現(xiàn)樹脂錨桿的快速安裝，保證有較大的扭矩，一般采用旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)。137錨桿鉆機(jī)從動(dòng)力區(qū)分有風(fēng)動(dòng)、電動(dòng)、液壓三種。137液壓錨桿鉆機(jī)鉆孔應(yīng)特別注意在開孔時(shí)鉆機(jī)的推力要小，正常鉆進(jìn)時(shí)保持推力與鉆進(jìn)速度相匹配，防止鉆桿彎曲及造成孔壁不光滑而影響錨桿的安裝。在更換鉆桿時(shí)不要挪動(dòng)錨桿鉆機(jī)，以免第二根鉆桿不能沿第一根鉆桿原有的軸線進(jìn)行鉆進(jìn)，使鉆孔不能保持直線，給錨桿安裝帶來困難。安裝錨桿時(shí)，也不要挪動(dòng)錨桿鉆機(jī)，以免錨桿不能沿鉆孔的軸線前進(jìn)，使錨桿與鉆孔的摩擦阻力過大，安裝困難。138液壓錨桿鉆機(jī)鉆孔應(yīng)特別注意在開孔時(shí)鉆機(jī)的推力要小，正常鉆進(jìn)時(shí)風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)139風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)139鉆頭鉆桿鉆頭一般使用＃２７～３２ｍｍ。鉆桿使用Ｂ19ｍｍ或２２ｍｍ六方鉆桿，其長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)孔深選擇。當(dāng)錨桿長(zhǎng)度大于２ｍ時(shí)，因單體錨桿鉆機(jī)最低高度在１．２ｍ左右，而巷道高度大多小于３ｍ，不能用一根鉆桿一次成孔，需換鉆桿；即使巷道高度滿足一次成孔高度要求，因過長(zhǎng)的鉆桿露在孔外易產(chǎn)生彎曲變形，在鉆機(jī)推力大而鉆進(jìn)速度慢的情況下易出現(xiàn)鉆桿折斷、傷人事故，所以鉆時(shí)先用短鉆桿再換長(zhǎng)鉆桿。140鉆頭鉆桿鉆頭一般使用＃２７～３２ｍｍ。140什么是高預(yù)應(yīng)力？

--朱浮聲（1993）、鄭雨天（1995）的研究表明：當(dāng)錨桿預(yù)拉力達(dá)到60～70kN時(shí)，就可以有效控制巷道頂板的下沉量，并通過加大錨桿的間排距，減少錨桿用量；

--淮南望峰崗礦-812水平井底車場(chǎng)巷道的大規(guī)模試驗(yàn)研究結(jié)果表明：當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力力達(dá)到70～100kN時(shí)，能夠確保深部巷道二類圍巖在2-3年內(nèi)的穩(wěn)定。高預(yù)應(yīng)力如何實(shí)現(xiàn)？圖5.3.1MQS90J2型氣動(dòng)錨桿安裝機(jī)

大扭矩預(yù)應(yīng)力施加機(jī)具是關(guān)鍵高預(yù)應(yīng)力必然導(dǎo)致錨桿承受高軸力→要求錨桿具有足夠的抗拉強(qiáng)度（達(dá)到20～25kN)。141圖5.3.1MQS90J2型氣動(dòng)錨桿安裝機(jī)大扭矩預(yù)應(yīng)力施快速安裝器142快速安裝器142小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索主要材料為：鋼絞線、鎖具、錨固劑。由于它錨固深度大，將下部不穩(wěn)定巖層錨固在上部穩(wěn)定的巖層中，可靠性較大；可施加預(yù)應(yīng)力，主動(dòng)支護(hù)圍巖，因而是支護(hù)技術(shù)中一種可靠有效的手段。在大斷面、地質(zhì)構(gòu)造破壞地段、頂板軟弱且較厚、高地應(yīng)力、綜放巷道等困難、復(fù)雜的巷道中，143小孔徑預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索主要材料為：鋼絞線、鎖具注水泥漿及樹脂膠泥錨固注水泥漿及樹脂膠泥錨固，需一套小型注漿泵，施工工藝相對(duì)采用普通樹脂藥卷錨固要復(fù)雜，尤其采用注水泥漿，需養(yǎng)護(hù)較長(zhǎng)時(shí)間才能安裝錨具、張拉，不能及時(shí)支護(hù)。但注水泥漿及樹脂膠泥錨固可靠性較高，錨固力大，在鉆孔含水時(shí)，采用普通樹脂藥卷錨固，其錨固力較小，有可能達(dá)不到設(shè)計(jì)錨固力。144注水泥漿及樹脂膠泥錨固注水泥漿及樹脂膠泥錨固，需一套小型注漿用普通樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固采用普通樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，與注水泥漿和樹脂膠泥相比，不需注漿泵，使用錨桿鉆機(jī)帶動(dòng)錨索攪拌樹脂藥卷，簡(jiǎn)化了錨索安裝工序，由于樹脂藥卷凝結(jié)時(shí)間短，一般等待ｌｈ后即可安裝鎖具、張拉，實(shí)現(xiàn)了錨索快速安裝、及時(shí)承載，有利于巷道快速施工和圍巖穩(wěn)定。但樹脂藥卷錨固時(shí)，其錨固力不穩(wěn)定，鉆孔出水時(shí)，錨固力更小。在巷道圍巖較破碎時(shí)，常出現(xiàn)不能將樹脂藥卷送人孔底，錨固在鉆孔的中部，藥卷擠入圍巖裂隙后，錨固長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，另外受巷道高度及錨桿鉆機(jī)的扭矩所限，錨固長(zhǎng)度受到限制，一般小于１．５ｍ，不如注水泥漿和樹脂膠泥靈活。145用普通樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固采用普通樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，與注水泥漿和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

巷道圍巖表面位移巷道圍巖深部位移全長(zhǎng)錨固錨桿的受力分布端部錨固錨桿的載荷大小錨桿錨固區(qū)內(nèi)、外的離層值146現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容巷道圍巖表面位移146巷道表面收斂反映巷道表面位移的大小及巷道斷面縮小程度，可以判斷圍巖的運(yùn)是否超過其安全最大允許值，是否影響巷道的正常使用；147巷道表面收斂反映巷道表面位移的大小及巷道斷面縮小程度，可以判圍巖深部位移反映距巷道表面不同深度的圍巖移近量，可以判定圍巖的塑性區(qū)范以及圍巖的穩(wěn)定狀況，分析錨桿和圍巖之間是否發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，可以判斷錨桿的應(yīng)變是否超過限應(yīng)變；148圍巖深部位移反映距巷道表面不同深度的圍巖移近量，可以判定圍巖錨桿的受力其大小可以判斷錨桿的工作狀態(tài)及其參數(shù)是否合理，如錨桿選擇、布置密度是否合適等；149錨桿的受力其大小可以判斷錨桿的工作狀態(tài)及其參數(shù)是否合理，如頂板下沉量反映巷道表面的收斂以及斷面的縮小情況；150頂板下沉量反映巷道表面的收斂以及斷面的縮小情況；150頂板錨固區(qū)內(nèi)力的離層值用于判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍巖的穩(wěn)定性以及錨桿支護(hù)數(shù)的合理性；151頂板錨固區(qū)內(nèi)力的離層值用于判斷頂板錨固區(qū)內(nèi)、外圍巖的穩(wěn)定性以頂板錨桿受力的大小及分布可以判斷錨桿是否發(fā)生斷裂、屈服，從而確定頂板是否定，錨桿支護(hù)參數(shù)是否合理。152頂板錨桿受力的大小及分布可以判斷錨桿是否發(fā)生斷裂、屈服，從而測(cè)力錨桿的組成測(cè)力錨桿是測(cè)量錨桿全長(zhǎng)錨固工作狀態(tài)下受力的大小及分布狀況的專用錨桿，主要由桿體、保護(hù)接頭、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、多通道轉(zhuǎn)換開關(guān)、安裝接頭、聯(lián)接導(dǎo)線等幾部分組成。153測(cè)力錨桿的組成測(cè)力錨桿是測(cè)量錨桿全長(zhǎng)錨固工作狀態(tài)下受力的大小安裝測(cè)力錨桿的目的①分析錨桿和圍巖的相互作用關(guān)系，研究全長(zhǎng)錨固機(jī)理；②實(shí)測(cè)錨桿受力，確定支護(hù)強(qiáng)度，分析圍巖的強(qiáng)化程度，為錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)；③根據(jù)錨桿受力變化，判斷錨桿是否屈服，對(duì)頂板穩(wěn)定作出預(yù)測(cè)，當(dāng)錨桿受力突然增大或大范圍屈服時(shí)，提示人們及時(shí)采取措施，避免頂板冒落事故發(fā)生。154安裝測(cè)力錨桿的目的①分析錨桿和圍巖的相互作用關(guān)系，研究全長(zhǎng)錨離層指示儀的組成頂板離層指示儀由孔內(nèi)固定器、位移傳遞裝置和孔口測(cè)讀裝置３部分組成。在頂板鉆孔中布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)在圍巖深部穩(wěn)定處，一個(gè)在錨桿端部圍巖中。離層值就是圍巖中兩測(cè)點(diǎn)之間以及錨桿端部圍巖與巷道頂板表面間的相對(duì)位移值。并可直觀顯示出相對(duì)位移值（離層量）的大小。155離層指示儀的組成頂板離層指示儀由孔內(nèi)固定器、位移傳遞裝置和安裝離層指示儀的目的（1）對(duì)頂板離層情況提供連續(xù)的直觀顯示，及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)的征兆，以避免冒項(xiàng)事故發(fā)生；（２）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可作為修改、完善錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的依據(jù)之一。156安裝離層指示儀的目的（1）對(duì)頂板離層情況提供連續(xù)的直觀顯示，頂板離層指示儀與測(cè)力錨桿157頂板離層指示儀與測(cè)力錨桿157困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)困難復(fù)雜條件的巷道包括軟巖、深井、沿空、構(gòu)造應(yīng)力大、強(qiáng)烈底鼓巷道,主要是IV,V類巷道。巷道條件錯(cuò)綜復(fù)雜,支護(hù)方法應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同條件具體確定。158困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)困難復(fù)雜條件的巷道包括軟巖、深井困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)一般的支護(hù)準(zhǔn)則和方法頂板宜采用樹脂全長(zhǎng)錨固或加長(zhǎng)錨固高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度錨桿支護(hù)系統(tǒng)高強(qiáng)度錨桿極限載荷137～216kN;(對(duì)整根錨桿強(qiáng)化熱處理的)超高強(qiáng)度錨桿極限載荷206～307kN,錨桿延伸率均在17%以上。樹脂全長(zhǎng)錨固或加長(zhǎng)錨固時(shí),錨桿支護(hù)系統(tǒng)剛度增大,頂板變形量顯著減小,同等條件下全長(zhǎng)錨固時(shí)圍巖變形量?jī)H為端頭錨固時(shí)的1/5～1/2。對(duì)保持頂板的完整性也十分有利。159困難復(fù)雜條件下的煤巷錨桿支護(hù)一般的支護(hù)準(zhǔn)則和方法頂板宜采用樹2.煤幫宜采用加長(zhǎng)錨固可伸長(zhǎng)增強(qiáng)錨桿由于煤幫松軟,兩幫變形量大,因此,幫錨桿應(yīng)具有一定支護(hù)強(qiáng)度和伸長(zhǎng)量,采用桿體可伸長(zhǎng)增強(qiáng)錨桿是必要的。由于煤幫松軟,為保證幫錨桿具有一定的錨固力,需采用加長(zhǎng)錨固.3.加固巷道幫、角控制兩幫變形、底板鼓起和頂板離層.底鼓是這類巷道礦壓顯現(xiàn)的一個(gè)重要特征。發(fā)生底鼓的一個(gè)重要原因是在支承壓力作用下,圍巖發(fā)生不均勻的整體下沉。巷道角部由于應(yīng)力集中造成破壞,因而圍巖塑性區(qū)以幫、角為最大。加固圍巖軟弱的幫和角(主要是底角)作用是:(1)減弱巷道角部應(yīng)力集中程度并在兩幫和底角盡快強(qiáng)化圍巖的強(qiáng)度,控制塑性區(qū)的發(fā)展,防止和減少因底板圍巖塑性變形、粘塑性流動(dòng)和破裂圍巖體積膨脹造成的底鼓和頂板離層。(2)加固幫、角可提高巷道兩幫圍巖的自承能力,減少兩幫下沉量,從而減少底鼓量和頂板下沉量。加固方法可在兩幫和底角打錨桿,也可以進(jìn)行圍巖注漿加固1602.煤幫宜采用加長(zhǎng)錨固可伸長(zhǎng)增強(qiáng)錨桿1604.錨索加強(qiáng)與注漿加固圍巖.

大斷面、地質(zhì)破壞地段、直接頂軟弱且較厚、高地應(yīng)力、綜放沿空巷道等處可用預(yù)應(yīng)力小孔徑錨索加強(qiáng)。當(dāng)圍巖松軟破碎,可進(jìn)行注漿加固。隨掘隨冒時(shí)可采取超前注漿;一般條件采取滯后注漿。目前使用的注漿材料可選用ZKD高水速凝材料,這種新型注漿材料的優(yōu)點(diǎn)是速凝可調(diào)、水灰比高、流動(dòng)滲透性好、在高水灰比條件下100%結(jié)石且不淅水,固結(jié)體強(qiáng)度顯著高于水泥固結(jié)體。1614.錨索加強(qiáng)與注漿加固圍巖.1615.錨桿與金屬支架聯(lián)合支護(hù).

當(dāng)圍巖松軟破碎,錨桿錨固力達(dá)不到必須要求或隨掘隨冒,難以緊跟迎頭布置錨桿時(shí)。此時(shí)的金屬支架,一般應(yīng)考慮可縮性.1625.錨桿與金屬支架聯(lián)合支護(hù).162錨梁網(wǎng)支護(hù)163錨梁網(wǎng)支護(hù)1633煤巷錨桿支護(hù)取得的創(chuàng)新成果1643煤巷錨桿支護(hù)取得的創(chuàng)新成果164煤巷錨桿支護(hù)巷道頂板事故的防治施工

支護(hù)不及時(shí)“三徑”不匹配“偷工減料”錨固劑使用不當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失165煤巷錨桿支護(hù)巷道頂板事故的防治施工1653.1揭示了煤巷圍巖的破壞機(jī)理巷道圍巖淺部出現(xiàn)“*”形塑性區(qū)，致使圍巖破碎，殘余強(qiáng)度急劇降低，巷道發(fā)生劇烈變形巷道圍巖深部出現(xiàn)離層，是冒頂產(chǎn)生的根源對(duì)策：高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)，提高圍壓圍巖的殘余強(qiáng)度立即支護(hù)，防止圍巖塑性區(qū)擴(kuò)大對(duì)策：使用錨索支護(hù)，控制圍巖離層1663.1揭示了煤巷圍巖的破壞機(jī)理巷道圍巖淺部出現(xiàn)“*”形塑性將地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬、施工監(jiān)測(cè)、信息反饋?zhàn)鳛橐粋€(gè)系統(tǒng)，在動(dòng)態(tài)中修改完善的設(shè)計(jì)方法；自動(dòng)設(shè)計(jì)和分析處理的錨桿支護(hù)專用設(shè)計(jì)軟件；５個(gè)反饋信息指標(biāo)和圍巖穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則．地應(yīng)力測(cè)試根據(jù)反饋信息修改、完善設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)施工及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)初始設(shè)計(jì)地質(zhì)力學(xué)評(píng)估2）形成了錨桿支護(hù)“動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法”167將地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬、施工監(jiān)測(cè)、信息反饋?zhàn)鳛橐粋€(gè)系錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是以數(shù)值模擬為主,并輔以工程類比和理論計(jì)算的一種綜合方法,它認(rèn)為地質(zhì)調(diào)查、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、信息反饋等是相互關(guān)聯(lián)、制約和影響的有機(jī)整體,因而將它們作為一個(gè)系統(tǒng)工程進(jìn)行研究考察,而設(shè)計(jì)方案是在通過施工、監(jiān)測(cè)、反復(fù)實(shí)踐、檢驗(yàn)、調(diào)整完善而在動(dòng)態(tài)中完成的,因此,稱此方法為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)法。它包括6個(gè)基本部分,也就是6個(gè)步驟:(1)包括巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和地應(yīng)力測(cè)試的地質(zhì)力學(xué)評(píng)價(jià);(2)初始設(shè)計(jì),以有限差分?jǐn)?shù)值模擬分析為主要手段,并輔以工程類比和理論計(jì)算;(3)對(duì)初始設(shè)計(jì)選定的方案進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析;(4)按初始設(shè)計(jì)選定的方案施;(5)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè);(6)信息反饋與修改、完善設(shè)計(jì)。選用5個(gè)信息反饋指標(biāo),根據(jù)其數(shù)據(jù)判別是否需要修改設(shè)計(jì);如需修改,則提出修改方案,并重復(fù)(2)～(6)的步驟,如此反復(fù)進(jìn)行,直到滿意為止。168錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是以數(shù)值模擬為主,地質(zhì)預(yù)測(cè)---巷道圍巖強(qiáng)度測(cè)試169地質(zhì)預(yù)測(cè)---巷道圍巖強(qiáng)度測(cè)試169巷道圍巖結(jié)構(gòu)測(cè)試170巷道圍巖結(jié)構(gòu)測(cè)試170地應(yīng)力測(cè)試171地應(yīng)力測(cè)試171錨桿布置參數(shù)對(duì)

圍巖移近的影響172錨桿布置參數(shù)對(duì)

圍巖移近的影響172錨桿預(yù)緊力與頂板下沉量的關(guān)系173錨桿預(yù)緊力與頂板下沉量的關(guān)系173錨桿-錨索支護(hù)與圍巖相互作用原理淺析及影響

174錨桿-錨索支護(hù)與圍巖相互作用原理淺析及影響174圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系175圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系175錨索與單體錨桿的作用功能是一樣的，既有加固圍巖的作用，也有懸吊下部松動(dòng)巖石的作用。兩者的區(qū)別在于錨索可以錨固在圍巖深部的穩(wěn)定巖層中，而錨桿因其長(zhǎng)度較短，在圍巖條件較差的情況下，錨桿不能錨固在穩(wěn)定的巖石中，此時(shí)錨桿的懸吊作用很小，主要靠其加固作用和錨桿群的成拱作用控制圍巖變形，提高圍巖的承載能力。176錨索與單體錨桿的作用功能是一樣的，既有加固圍巖的作用，也有當(dāng)錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索同時(shí)安裝時(shí)，錨桿與錨索對(duì)圍巖起到共同的加固作用。由于錨索的工程延伸量較小，圍巖在該變形范圍內(nèi)產(chǎn)生的松動(dòng)破壞區(qū)較小。所以，錨桿和錨索均以加固圍巖的作用為主，共同提高錨巖支護(hù)體的承載能力，保持圍巖穩(wěn)定。圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系如圖所示。圖中給出了錨索的力學(xué)特性曲線4和錨巖支護(hù)體的特性曲線3。錨巖支護(hù)體的承載能力是隨著圍巖和自身變形的增加而降低。曲線1為圍巖特性曲線，它表示圍巖變形與支護(hù)強(qiáng)度之間的關(guān)系。根據(jù)分析可知，如果錨巖支護(hù)體和錨索的特性曲線不能與曲線1相交，說明單獨(dú)采用錨桿支護(hù)或錨索支護(hù)，都不能控制圍巖達(dá)到穩(wěn)定。177當(dāng)錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索同時(shí)安裝時(shí)，錨桿與錨索對(duì)圍巖起到共同的加固如果錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)時(shí)，其共同支護(hù)作用特性曲線2與曲線1相交，表明聯(lián)合支護(hù)提高了支護(hù)體的承載能力，在曲線的交點(diǎn)（A）處，圍巖的變形破壞得到控制，保持了圍巖的穩(wěn)定。在錨桿和錨索同時(shí)安裝時(shí)，保證錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)成功的前提是圍巖達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的變形量U0小于錨索的延伸量。滿足這一條件的圍巖的穩(wěn)定性一般較好，在多數(shù)情況下，可以通過合理選擇錨桿支護(hù)形式和參數(shù)，單獨(dú)采用錨桿支護(hù)來保持巷道圍巖的穩(wěn)定。但有些情況例外，如復(fù)合頂板和淋水大的巷道。這類巷道頂板錨桿的加固作用很小，錨巖支護(hù)體的承載能力低，在頂板下沉量較小時(shí)就可能造成冒頂。所以，必須采用錨桿—錨索聯(lián)合加固作用原理，保證巷道支護(hù)的可靠性。178如果錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)時(shí)，其共同支護(hù)作用特性曲線2與曲線1相軟弱圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系179軟弱圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系179當(dāng)圍巖條件較差時(shí)，采用錨桿—錨索聯(lián)合加固原理進(jìn)行支護(hù)往往是不成功的，圖中，曲線1為軟弱圍巖的特性曲線，該曲線與聯(lián)合加固支護(hù)體的特性曲線沒有交點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)圍巖變形達(dá)到錨索極限變形量時(shí)，聯(lián)合支護(hù)體的承載能力仍小于控制圍巖穩(wěn)定所需的支護(hù)作用力。所以，圍巖繼續(xù)變形，導(dǎo)致了錨索破斷（B點(diǎn)），聯(lián)合支護(hù)體的承載能力隨圍巖的變形沿BCD曲線降低，引起巷道圍巖失穩(wěn)。目前，許多礦井采用錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)不成功的原因多數(shù)屬于這種情況。人們采用錨桿—錨索聯(lián)合支護(hù)形式是希望錨索能發(fā)揮懸吊作用，所以按懸吊理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在實(shí)際工程中，錨桿一錨索發(fā)揮的是聯(lián)合加固作用，錨索并沒有發(fā)揮出懸吊作用。產(chǎn)生這一錯(cuò)誤的原因主要是對(duì)錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)的過程和作用原理沒有正確的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致支護(hù)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤。180當(dāng)圍巖條件較差時(shí)，采用錨桿—錨索聯(lián)合加固原理進(jìn)行支護(hù)往往是不錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)作用的互補(bǔ)原理圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系181錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)作用的互補(bǔ)原理圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系1在軟弱破碎圍巖條件下，巷道圍巖的變形量很大，為了避免采用錨桿一錨索聯(lián)合加同支護(hù)時(shí)因錨索延伸量超過極限而破斷，可以采用類似于軟巖支護(hù)中的二次支護(hù)方法及其作用原理進(jìn)行錨索加強(qiáng)支護(hù)。在巷道開挖初期，圍巖自身的整體性好，通過錨桿的加固作用，錨巖支護(hù)體的承載能力較高，圍巖在一定變形范圍內(nèi)可以保持自身的穩(wěn)定。隨著圍巖變形的增大，錨巖支護(hù)體的承載能力和自穩(wěn)性降低，同時(shí)圍巖集中應(yīng)力移向深部，圍巖變形趨于平穩(wěn)。在錨巖支護(hù)體失穩(wěn)之前，再通過錨索的懸吊作用，保持錨巖支護(hù)體和圍巖的穩(wěn)定。182在軟弱破碎圍巖條件下，巷道圍巖的變形量很大，為了避免采用錨桿巷道圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系如圖所示.。錨桿和錨索各自發(fā)揮了自身的優(yōu)勢(shì)。在巷道開挖支護(hù)初期，以錨桿的柔性支護(hù)為主，后期以錨索的懸吊作用為主。兩者不是同時(shí)聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)，而是相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，改善了錨桿支護(hù)的整體支護(hù)性能，達(dá)到控制圍巖大變形的目的。183巷道圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系如圖所示.。錨桿和錨索各自發(fā)揮了在實(shí)際工程中，錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)是否能實(shí)現(xiàn)錨桿與錨索支護(hù)作用的互補(bǔ)性取決于采用的支護(hù)方法和合理的支護(hù)設(shè)計(jì)，它要求將錨巖支護(hù)體的特性與錨索的力學(xué)特性有機(jī)地結(jié)合在一起進(jìn)行總體的支護(hù)設(shè)計(jì)，而不是錨桿和錨索支護(hù)參數(shù)分別獨(dú)立設(shè)計(jì)。由于采用不同的錨桿支護(hù)形式，錨巖支護(hù)體的承載特性有較大差異；同樣，采用不同的錨索支護(hù)方式對(duì)圍巖的適應(yīng)性也不相同。因此，在支護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)巷道圍巖條件，采用合理的錨桿支護(hù)形式和參數(shù)，選擇與之相匹配的錨索支護(hù)方法，這是錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)的關(guān)鍵。184在實(shí)際工程中，錨桿一錨索聯(lián)合支護(hù)是否能實(shí)現(xiàn)錨桿與錨索支護(hù)作用為了使錨索能適應(yīng)圍巖較大的變形而不發(fā)生破斷，實(shí)現(xiàn)錨桿與錨索支護(hù)作用的互補(bǔ)性，除了必須了解錨索自身的力學(xué)特性（承載能力和延伸量）外，還要深入研究錨索適應(yīng)圍巖大變形的方法和手段。185為了使錨索能適應(yīng)圍巖較大的變形而不發(fā)生破斷，實(shí)現(xiàn)錨桿與錨索支影響錨桿剛度的主要因素分析

“兩徑”配合

186影響錨桿剛度的主要因素分析

“兩徑”配合保持錨桿-錨索支護(hù)剛度的技術(shù)措施

關(guān)于錨孔與桿體最優(yōu)的直徑差各國(guó)情況也不一樣，美國(guó)認(rèn)為6毫米最好，英國(guó)認(rèn)為8~12mm，西德采用5~11毫米，法國(guó)采用4~10毫米。我國(guó)錨桿支護(hù)，—般使用鉆頭直徑為φ27mm、φ32mm、φ42mm的錨桿鉆機(jī)(或煤電鉆)鉆眼，因而形成的錨孔直徑一般為φ28mm、φ33mm、φ43mm。而直徑43mm的錨孔，由于其空間大、不能保證樹脂藥卷的均勻混合，導(dǎo)致錨固力較低，同時(shí)錨孔過大、需要的樹脂藥卷量大，造成成本高，且鉆孔時(shí)間長(zhǎng)、效率低。左旋無縱筋螺紋鋼錨桿直徑與鉆孔直徑的合理匹配是它們的直徑之差,為6~10mm,實(shí)際上直徑差以7~8mm為最好,樹脂藥卷直徑應(yīng)比鉆孔直徑小3~6mm。此外，可以選用直徑為18.96mm的錨索，一是可以提高其破斷力可達(dá)340KN，二是可以提高錨索體的剛度。187保持錨桿-錨索支護(hù)剛度的技術(shù)措施187

錨桿布置

188錨桿布置188錨索與錨桿的材料性能耦合

與錨桿相比，從煤巷廣泛使用的小直徑錨索（Φ15.24）的工程特性上看，尚存在一些問題：（1）“兩徑”匹配不良，強(qiáng)度級(jí)別低。實(shí)測(cè)錨索的破斷力一般在220KN左右，是鋼絞線平均極限破斷載荷的84.8%，和φ22mm的BHRB400型錨桿螺紋鋼破斷荷載216KN相近，強(qiáng)度區(qū)別不明顯；（2）延伸率和錨桿不匹配。鋼絞線的延伸率僅有3.5%（只有錨桿延伸率的1/7），而錨索的工程延伸率為1.8%，是鋼絞線延伸率的51%,故易產(chǎn)生錨索體抗變形性能差，和錨桿承載不同步，易超前錨桿集中受力；過高的預(yù)拉力還將進(jìn)一步加劇錨桿和錨索的不同步承載現(xiàn)象，導(dǎo)致各個(gè)擊破；（3）由于外端頭受力不良，易出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失。如對(duì)淮南某礦沿空布置并采用錨桿、錨索支護(hù)的風(fēng)巷的統(tǒng)計(jì)，錨桿平均損壞率為29.6%；錨索平均損壞率為7.8%。究其原因：除了與松軟的復(fù)合頂板釋放時(shí)所發(fā)生的巨大變形能外，錨桿被剪斷主要與沿空巷的頂板巖層中產(chǎn)生的不均勻和不連續(xù)沉降有關(guān)，而錨索被拉斷，則與錨桿與錨索的匹配有關(guān)。錨索布置和安設(shè)時(shí)間均影響著錨索性能的發(fā)揮。189錨索與錨桿的材料性能耦合與錨桿相比，從煤巷廣泛使用的小直徑錨固長(zhǎng)度

中科院巖土所朱維申等人進(jìn)行的不同錨固方案的模型試驗(yàn)表明：全長(zhǎng)膠結(jié)錨與端錨相比，雖對(duì)峰值強(qiáng)度影響不大，但體變曲線不同，前者擴(kuò)容開始得晚對(duì)抑制擴(kuò)容較有效，且峰值后軟化現(xiàn)象不明顯。而端錨類型則有軟化現(xiàn)象，后期強(qiáng)度較低。同端錨錨桿相比，全錨錨桿軸向增阻快，阻力高，有利于發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用；切向錨固力提高圍巖中弱面的抗剪強(qiáng)度，有利于發(fā)揮錨桿的加固作用。全錨錨桿與節(jié)理匹配很好，使加錨節(jié)理抗剪能力達(dá)到最大抗剪能力。若出現(xiàn)非穩(wěn)定巖層變厚、穩(wěn)定巖層變薄、頂板一定范圍內(nèi)出現(xiàn)軟弱夾層等巖層劣化情況，端頭錨固對(duì)頂板下位巖層破壞施加約束失效，主要有三兩方面的作用：一是對(duì)頂板下位巖層強(qiáng)度改變不明顯，使上位頂板巖層中重新分布的應(yīng)力，并增大其變形；二是荷載全部傳遞到錨桿尾端，大大增加了托盤和螺母的荷載，同時(shí)錨桿的尾端又是最弱的部位，容易引起過載失效；三是往往因?yàn)橐桓^桿的失效而影響到周圍錨桿，進(jìn)而發(fā)生不良連鎖反應(yīng)。所以，不清楚錨桿是懸吊作用還是組合梁作用，錨桿長(zhǎng)度和錨固長(zhǎng)度若不夠，就可能出現(xiàn)錨桿失效，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生冒頂。190錨固長(zhǎng)度中科院巖土所朱維申等人進(jìn)行的控制預(yù)應(yīng)力損失

一是選用合適的錨桿材料。二是張拉荷載適合。鋼材的應(yīng)力松弛與張拉荷載大小密切相關(guān)，當(dāng)施加的應(yīng)力小于鋼材強(qiáng)度的60%時(shí)三是實(shí)行二次張拉。四是合適的施工工藝。如對(duì)蠕變變形明顯的巖層采用二次注漿；爆破作業(yè)與錨頭間保持適當(dāng)?shù)木嚯x等，減