歡迎指導(dǎo)1精選課件錨桿支護(hù)作用演化機(jī)理及

頂板離層與巷道穩(wěn)定的相關(guān)性

項(xiàng)目研究報(bào)告2精選課件主要內(nèi)容緒論巷道穩(wěn)定性特征研究錨桿作用演化機(jī)理錨固結(jié)構(gòu)變形機(jī)理錨固體的結(jié)構(gòu)效應(yīng)頂板離層與巷道穩(wěn)定性及頂板離層臨界值的確定原理頂板離層監(jiān)測(cè)的基本原理及方法現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究效益分析及推廣應(yīng)用前景主要結(jié)論主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)展望

3精選課件1緒論1.1立項(xiàng)意義

本課題以王莊煤礦現(xiàn)有錨桿支護(hù)條件下的回采巷道為對(duì)象，運(yùn)用多種手段研究錨桿和錨固結(jié)構(gòu)的作用本質(zhì)及其演化機(jī)理；對(duì)在獲取離層信息方面具有方便、快捷、準(zhǔn)確、連續(xù)等特征的職能頂板離層儀的研制提出完善意見(jiàn)；并對(duì)離層現(xiàn)象與錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用狀態(tài)以及巷道穩(wěn)定性狀態(tài)的相關(guān)性進(jìn)行研究，尋求巷道變形過(guò)程中不同意義下的離層臨界值的確定方法，為建立以離層量的大小為主要指標(biāo)的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)失效及巷道圍巖失穩(wěn)的判據(jù)提供依據(jù)。

1.2發(fā)展概況近年來(lái)，隨著我國(guó)煤礦長(zhǎng)壁開(kāi)采及放頂煤開(kāi)采技術(shù)的推廣應(yīng)用以及開(kāi)采深度的不斷增加，全煤巷道及軟巖巷道的數(shù)量越來(lái)越多，圍巖產(chǎn)生破壞、離層及松動(dòng)變形的現(xiàn)象也越來(lái)越普遍。因此，探索出一種適用于大變形巷道圍巖的控制理論，合理確定錨桿支護(hù)條件下巷道頂板離層臨界值，使錨桿支護(hù)技術(shù)在各類(lèi)回采巷道中得到普及應(yīng)用，勢(shì)必對(duì)實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)的安全、高產(chǎn)、高效產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。錨桿支護(hù)的大量應(yīng)用，使人們?cè)阱^桿的材料性能、結(jié)構(gòu)特征、錨固方式、作用機(jī)理、支護(hù)理論以及設(shè)計(jì)方法等各方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)并取得了許多有益的研究成果。

4精選課件錨桿支護(hù)快速推廣應(yīng)用的形式不相適應(yīng)的是目前對(duì)錨桿支護(hù)作用機(jī)理尤其是錨桿作用演化過(guò)程的認(rèn)識(shí)還不夠全面和準(zhǔn)確，實(shí)際工程中錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用能否成功，很大程度上仍依賴(lài)于工程技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)用是否合理以及對(duì)地質(zhì)條件、巖性狀況等客觀因素的主觀判斷是否準(zhǔn)確。主要表現(xiàn)在以下方面：

1)對(duì)回采巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不夠全面和準(zhǔn)確。尤其是對(duì)頂板離層變形量的大小與錨固結(jié)構(gòu)的失效及圍巖失穩(wěn)之間的相關(guān)性的認(rèn)識(shí)還很模糊。

2)對(duì)巷道的穩(wěn)定性條件缺乏定量掌握。3)對(duì)錨桿作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)不夠準(zhǔn)確。

4)對(duì)錨固結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理及變形適應(yīng)性的認(rèn)識(shí)還顯缺乏。

5)目前，人們認(rèn)識(shí)到的錨桿作用機(jī)理主要有懸吊、楔固、組合梁、以及擠壓加固等。6)對(duì)錨固體的結(jié)構(gòu)特征及其作用演化機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠全面、準(zhǔn)確。7)對(duì)錨桿支護(hù)的對(duì)象及任務(wù)的認(rèn)識(shí)還不夠明確與具體8)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖間的相互作用規(guī)律及效果尚不清楚，即不同的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同的圍巖條件下將會(huì)起到什么樣的支護(hù)效果還無(wú)法把握。

5精選課件本項(xiàng)目擬就以下內(nèi)容進(jìn)行探討。1）分析巷道圍巖穩(wěn)定性的本質(zhì)，研究巷道圍巖變形、離層、失穩(wěn)演化過(guò)程的本質(zhì)機(jī)理。2）錨桿作用演化機(jī)理的研究。研究錨桿的加固機(jī)理，揭示不同錨固形式的錨桿在不同使用條件下的作用本質(zhì)，研究不同錨固方式所形成的錨固體的力學(xué)特性，進(jìn)而研究錨固體的變形規(guī)律、支護(hù)效果及其演化規(guī)律。

3）錨固結(jié)構(gòu)變形機(jī)理的研究。研究錨固結(jié)構(gòu)處于不同物性狀態(tài)（連續(xù)介質(zhì)狀態(tài)、離層、破碎松動(dòng)變形狀態(tài)等）的變形機(jī)理、掌握錨固結(jié)構(gòu)的變形特征。

4）離層對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響機(jī)理。研究巷道錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)失效及巷道失穩(wěn)與頂板離層的相關(guān)性。5）巷道頂板離層臨界值研究。在頂板離層與錨固結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上，提出頂板離層臨界值的確定方法。6）通過(guò)頂板離層與巷道圍巖穩(wěn)定性的相關(guān)性研究，提出現(xiàn)有頂板離層儀的改進(jìn)意見(jiàn)。

1.3研究?jī)?nèi)容和方法6精選課件2巷道穩(wěn)定性特征研究

2.1煤體-煤體巷道礦壓特征當(dāng)巷道兩幫均為未采實(shí)體煤層時(shí)，其礦壓特征可分為三種情況考慮：①頂、底板巖性與兩幫接近，即彈性系數(shù)KDi近似等于KBi，屈服極限FDi近似等于FBi；②兩幫巖性較頂、底板軟弱，且兩幫與頂、底間層理明顯，此時(shí)有KDi＞KBi，F(xiàn)Di＞FBi；③頂、底板巖性較兩幫軟弱，即KDi＜KBi，F(xiàn)Di＜FBi。以下分別就三種情況進(jìn)行討論。

2.1.1均質(zhì)圍巖條件下巷道礦壓特征頂、底板巖性與兩幫接近時(shí)可將其近似為均質(zhì)圍巖考慮。以下將巷道理想化為均質(zhì)圍巖圓形巷道，對(duì)其在有、無(wú)支護(hù)條件下的應(yīng)力、變形及破壞特征進(jìn)行分析。

1．無(wú)支護(hù)時(shí)巷道礦壓特征下面以各向等壓邊界應(yīng)力場(chǎng)中的圓形巷道為例，就無(wú)支護(hù)條件下圍巖處于不同變形狀態(tài)時(shí)的力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行分析。

1）彈性理論分析

7精選課件

當(dāng)巷道圍巖中的最大應(yīng)力小于其彈性極限時(shí)，圍巖將處于彈性狀態(tài)，得出圍巖中的應(yīng)力分布規(guī)律為（如圖2-1所示）

rσσθσra圖2-1.巷道圍巖彈性應(yīng)力分布p0

（2-1）

8精選課件式中，σr——徑向應(yīng)力，σθ——切向應(yīng)力，p0——原巖應(yīng)力，r——徑向坐標(biāo)，a——巷道半徑。從上式中可以看出，圍巖中徑向應(yīng)力小于原巖應(yīng)力，而切向應(yīng)力則因發(fā)生應(yīng)力集中而大于原巖應(yīng)力。

因巷道的存在而使圍巖中產(chǎn)生的徑向及切向應(yīng)力的變化△σr和△σθ分別為

（2-2）9精選課件此時(shí)，由于圍巖處于彈性狀態(tài)，其應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)處于可逆變化階段，所以，從理論上講，若采取適當(dāng)措施可使其中的應(yīng)力、應(yīng)變恢復(fù)到原巖應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，但必須給巷道提供p=p0的徑向支護(hù)力。由于具有軸對(duì)稱(chēng)性，故圍巖各點(diǎn)切線方向的位移為0，而徑向位移為若不考慮原巖應(yīng)力狀態(tài)時(shí)已經(jīng)存在的位移，即只考慮因巷道的開(kāi)挖而產(chǎn)生的應(yīng)力變化所帶來(lái)的變形，則巷道圍巖的徑向位移為

（2-4）

（2-3）

10精選課件不難看出，應(yīng)力重新分布引起的最大位移發(fā)生在巷道周邊。若取a=2m，E=5000Mpa，μ=0.25，P0=20MPa，則巷道的最大位移為

巷道斷面的收縮量約為0.12m2，約占巷道總面積的1%?？梢?jiàn)，在彈性狀態(tài)下，巷道圍巖的變形量是微不足道的，一般不會(huì)因斷面的減小而危及到巷道的正常使用，更不會(huì)造成圍巖垮落等失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。

2）

彈塑性理論分析

（2-5）rσσθσra圖2-2.巷道圍巖彈塑性應(yīng)力分布p011精選課件（2-6）（2-7）（2-8）（2-9）12精選課件式中，σre——彈性區(qū)徑向應(yīng)力，σθe——彈性區(qū)環(huán)向應(yīng)力，σrp——塑性區(qū)徑向應(yīng)力，σθp——塑性區(qū)環(huán)向應(yīng)力，Rp——塑性區(qū)半徑，ur——巷道圍巖徑向位移。

若令a=2m，E=5000Mpa，μ=0.25，P0=20MPa，C=5Mpa，φ=30°，則塑性區(qū)半徑為（2-10）13精選課件（2-15）（2-11）（2-12）（2-13）（2-14）14精選課件塑性區(qū)外邊界處（即r=Rp時(shí)）的位移為(2-11),最大位移發(fā)生在巷道周邊，為(2-12),巷道斷面的減小量約為0.144m2。約占巷道總面積的1.2%。可見(jiàn)，只要圍巖處于完整狀態(tài)，其變形量總是很小的。3）

破壞情況分析

以上分析表明，無(wú)支護(hù)條件下，當(dāng)巷道圍巖所受應(yīng)力小于其彈性極限（強(qiáng)度）時(shí)，將處于彈性變形狀態(tài)；當(dāng)巷道圍巖所受應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度值時(shí)，巷道周邊將出現(xiàn)塑性變形區(qū)

。

可見(jiàn)，無(wú)支護(hù)圓形巷道保持穩(wěn)定（即處于自穩(wěn)）狀態(tài)的條件就是巷道周邊圍巖中的最大主應(yīng)力小于其單向抗壓強(qiáng)度。對(duì)于非圓形巷道來(lái)講，由于圍巖中將會(huì)因發(fā)生彎曲變形等現(xiàn)象而出現(xiàn)拉應(yīng)力，因此，在防止因受壓而失穩(wěn)的同時(shí)還應(yīng)考慮到拉應(yīng)力可能造成的破壞失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。

2．支護(hù)力作用分析

本節(jié)仍以圓形巷道為例，僅就均勻分布的徑向支護(hù)力作用下圍巖中的應(yīng)力分布特征進(jìn)行分析，以揭示支護(hù)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響的一般規(guī)律。15精選課件1）彈塑性階段分析

當(dāng)徑向約束力p大于0（為壓應(yīng)力）時(shí)，巷道表面圍巖將由雙向受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚴軌籂顟B(tài)。

由彈性力學(xué)軸對(duì)稱(chēng)理論可得，彈性區(qū)應(yīng)力所滿(mǎn)足的基本方程為：

塑性極限平衡區(qū)的圍巖應(yīng)力所滿(mǎn)足的方程為：靜力平衡方程(2-17),極限平衡方程

（2-18）

（2-18）（2-16）（2-17）16精選課件應(yīng)力邊界條件為：巷道周邊，即r=a時(shí)

塑性區(qū)和彈性區(qū)的交界面，即r=Rp時(shí)

聯(lián)立以上平衡方程和表界條件方程可得各區(qū)的應(yīng)力分布如下（見(jiàn)圖2-3）彈性區(qū)應(yīng)力：極限平衡區(qū)的應(yīng)力為：（2-20）（2-21）（2-22）17精選課件（2-23）（2-24）rσσθσra圖2-3.支護(hù)力作用下巷道圍巖彈塑性應(yīng)力分布p0圖2-3.支護(hù)力作用下巷道圍巖彈塑性應(yīng)力分布

18精選課件從公式中可以看出，支護(hù)力提高了巷道的穩(wěn)定性，具體表現(xiàn)在：1）改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。

2）改善了圍巖的物性性狀。3）減小了圍巖相對(duì)移近量。

2）松動(dòng)變形階段分析

從巖石的變形特性曲線可以看出，三向受壓狀態(tài)下，當(dāng)變形量超過(guò)其極限時(shí)，圍巖將發(fā)生強(qiáng)度破壞而進(jìn)入松動(dòng)變形階段，此時(shí)圍巖中不僅存在著彈性區(qū)及塑性極限平衡區(qū)，還會(huì)存在松動(dòng)變形區(qū)，如圖2-4所示。

巷道松動(dòng)區(qū)破碎區(qū)破裂區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)圖2-4.巷道圍巖狀態(tài)分區(qū)松動(dòng)區(qū)破碎區(qū)破碎區(qū)塑性區(qū)塑性區(qū)19精選課件以下運(yùn)用彈塑性理論及強(qiáng)度理論對(duì)巷道圍巖在徑向支護(hù)力p作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行分析。根據(jù)彈性力學(xué)的基本理論可知，巷道圍巖中的彈性區(qū)應(yīng)力所滿(mǎn)足的方程為：

由連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中的應(yīng)力分析理論和極限平衡理論可知，塑性極限平衡區(qū)的圍巖應(yīng)力所滿(mǎn)足的方程為：靜力平衡方程，極限平衡方程（2-27）

（2-25）（2-26）20精選課件同理可知破壞區(qū)（破裂區(qū)、破碎區(qū)和松動(dòng)區(qū)的總合）的圍巖應(yīng)力所滿(mǎn)足的方程為：靜力平衡方程為（2-28），殘余強(qiáng)度極限平衡方程（2-29）

應(yīng)力邊界條件方程為：巷道周邊，即r=a時(shí)

破壞區(qū)和塑性區(qū)的交界面，即r=Rp′時(shí)

（2-27）（2-28）（2-29）（2-30）（2-31）21精選課件塑性區(qū)和彈性區(qū)的交界面，即r=Rp時(shí)聯(lián)立以上平衡方程和邊界條件方程可得各區(qū)的應(yīng)力分布如下（見(jiàn)圖2-5）

（2-32）rσσθσra圖2-5.支護(hù)力作用下彈塑性及破壞區(qū)應(yīng)力分布p0破壞區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)圖2-5.支護(hù)力作用下彈塑性及破壞區(qū)應(yīng)力分布22精選課件彈性區(qū)應(yīng)力：塑性區(qū)應(yīng)力：

（2-33）（2-34）23精選課件破壞區(qū)應(yīng)力：其中：a——巷道半徑，RP——塑性區(qū)半徑，Rp＇——破壞區(qū)半徑，σie——彈性區(qū)應(yīng)力，σip——塑性區(qū)應(yīng)力，σip‘——破壞區(qū)應(yīng)力

由松動(dòng)區(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律可以看出，盡管松動(dòng)區(qū)圍巖已發(fā)生強(qiáng)度破壞而失去內(nèi)聚力，但在支護(hù)力作用下，其徑向和切向應(yīng)力均隨深度呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在適當(dāng)條件下松動(dòng)變形區(qū)圍巖仍可給深部圍巖提供一定的徑向約束。2.1.2兩幫較軟弱時(shí)巷道礦壓特征

兩幫巖性與頂、底板巖層相比明顯軟弱時(shí)，巷道圍巖的礦壓特征主要取決于兩幫煤體的變形、破壞等現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展。以下對(duì)其在有、無(wú)支護(hù)條件下的應(yīng)力、變形及破壞特征進(jìn)行分析。

（2-35）24精選課件1．無(wú)支護(hù)分析1）應(yīng)力分析兩幫巖性較頂、底板軟弱，且兩幫與頂、底間的層間粘結(jié)強(qiáng)度較低時(shí)，易發(fā)生兩幫煤體沿層理向巷道空間擠出的現(xiàn)象，并進(jìn)而產(chǎn)生破碎、松動(dòng)等現(xiàn)象。根據(jù)圖2-6所示應(yīng)力狀態(tài)下的極限平衡分析可得，無(wú)支護(hù)時(shí)兩幫中的極限應(yīng)力狀態(tài)為式中，Rc——兩幫煤體的單軸抗壓強(qiáng)度，f——層間摩擦系數(shù)。

（2-36）

σydxyxfσydxmσxmσx+2fσydxmσxmσx+2fσydx圖2-6.兩幫極限狀態(tài)分析mm圖2-6.兩幫極限狀態(tài)分析

fσydx

mσxmσx+2fσydx

σydxy

x

m

25精選課件2）變形、破壞分析隨著應(yīng)力場(chǎng)的進(jìn)一步變化，圍巖將可能出現(xiàn)以下類(lèi)型的破壞現(xiàn)象：①兩幫因?qū)娱g滑動(dòng)力大于摩擦阻力而沿頂、底板發(fā)生滑動(dòng)；②兩幫因鉛垂應(yīng)力達(dá)到極限而發(fā)生壓縮破壞；③頂、底板因兩幫支撐減弱而發(fā)生彎曲甚至斷裂。第一種破壞情況出現(xiàn)后若兩幫未發(fā)生強(qiáng)度破壞，則其變形仍處于連續(xù)介質(zhì)的小變形狀態(tài)，故滑動(dòng)量不會(huì)對(duì)巷道穩(wěn)定造成嚴(yán)重影響。第二種破壞現(xiàn)象出現(xiàn)并發(fā)展到較嚴(yán)重的程度后，兩幫中將會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)變形區(qū)，使其對(duì)頂板的支撐減弱，從而誘發(fā)第三種破壞現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)而可能發(fā)生垮幫、片幫以及頂、底板移近量過(guò)大等現(xiàn)象。此時(shí)，兩幫表面部分破壞嚴(yán)重的煤體抗壓強(qiáng)度將完全喪失（因無(wú)圍壓而殘余強(qiáng)度為0），形成σx=σy=0的0應(yīng)力狀態(tài)，從而使深部煤體失去約束，并產(chǎn)生上述無(wú)支護(hù)圓形巷道圍巖的連鎖式破壞、失穩(wěn)現(xiàn)象。2．支護(hù)力作用分析

1）應(yīng)力分析將法向支護(hù)力記為p，易得兩幫處于強(qiáng)度極限時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為,從公式（2-36）、（2-37）中可以看出，與無(wú)支護(hù)時(shí)的情況相比，26精選課件支護(hù)力使法向應(yīng)力提高了：

從而使切向極限應(yīng)力提高了：可見(jiàn)，支護(hù)力使兩幫的承載能力提高了。從（2-36）（2-37）兩式中還可推導(dǎo)出在支護(hù)力p的作用下，兩幫發(fā)生強(qiáng)度破壞（內(nèi)聚力變?yōu)?）后的應(yīng)力狀態(tài)為

（2-37）（2-38）（2-39）（2-40）27精選課件可見(jiàn)，即使兩幫單軸抗壓強(qiáng)度降為0而進(jìn)入松動(dòng)變形狀態(tài)，在支護(hù)力的作用下仍可承擔(dān)一定載荷，而且承載能力與支護(hù)力以及至兩幫表面的距離成正變關(guān)系。

2）變形、破壞分析根據(jù)支護(hù)力作用下回采巷道兩幫中的應(yīng)力分布規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，兩幫煤體的變形、破壞演變規(guī)律與均質(zhì)圍巖圓形巷道極為相似，由于在塑性-破裂-破碎-松動(dòng)等狀態(tài)變化過(guò)程中，圍巖所表現(xiàn)出的強(qiáng)度值處在一個(gè)不斷減小的過(guò)程，如圖2-7中a所示，函數(shù)形式可根據(jù)具體的圍巖性質(zhì)、支護(hù)條件以及所要求的精確程度等確定為圖2-7b、c、d所示的不同簡(jiǎn)化形式：b所示為線性遞減形式，c所示為臺(tái)階式衰減形式，d為水平線即常數(shù)型。無(wú)支護(hù)時(shí)兩幫松動(dòng)區(qū)煤體的支承能力將完全喪失，基于此，在支護(hù)力的作用下兩幫松動(dòng)區(qū)的變形情況可按如下簡(jiǎn)化方法進(jìn)行分析（如圖2-8所示）：圖中m為兩幫原始高度，UX′為虛擬自然堆積狀態(tài)下水平方向的碎脹量，①所示為兩幫破碎區(qū)煤體處于完整狀態(tài)時(shí)的形狀及大小，②為破碎后虛擬自然堆積狀態(tài)時(shí)的形狀及大小，③為在支護(hù)力p的作用下（式3-40所示應(yīng)力狀態(tài)下）虛擬自然堆積狀態(tài)被壓縮后的形狀，即破碎區(qū)的實(shí)際存在狀態(tài)。則圖中△Ux即為兩幫表面的位移量、△Uy即為煤壁處頂、底板間的相對(duì)移近量。28精選課件

FFFFa.原形b.斜線型c.階梯型d.水平線型

△U△U△U△U圖2-7.煤體塑性特性曲線②

①△UY

Ux′圖2-8.兩幫松動(dòng)變形分析圖

UX△UXM

RpRp′29精選課件則與支護(hù)力p作用下的極限應(yīng)力狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變分布規(guī)律為各點(diǎn)的水平位移為煤幫各處鉛垂方向的總壓縮量為煤壁表面的水平位移及鉛垂壓縮總量分別為（2-41）（2-42）（2-43）（2-44）（2-45）（2-46）30精選課件式中，Rp為松動(dòng)區(qū)自由堆積狀態(tài)下的寬度。若將自由堆積狀態(tài)下的破碎圍巖的碎脹系數(shù)記為K0，則圖中Ux′為式中，Rp′為松動(dòng)區(qū)圍巖處于完整狀態(tài)時(shí)的寬度。由圖2-8中各變形量的幾何關(guān)系可得兩幫表面位移為頂、底板相對(duì)移近量為2.1.3破碎頂板的穩(wěn)定性頂板巖層與兩幫巖性相比明顯軟弱時(shí)，巷道圍巖的礦壓特征主要取決于頂板的變形、破壞等現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展。當(dāng)頂板巖層發(fā)生破壞而產(chǎn)生松動(dòng)變形區(qū)時(shí)，可運(yùn)用自然冒落拱理論對(duì)頂板穩(wěn)定性進(jìn)行分析，頂板的變形量主要取決于破碎區(qū)大小及其膨脹變形的程度。

（2-47）（2-48）（2-49）31精選課件2.2煤體-煤柱巷道根據(jù)煤柱的大小，可將煤體-煤柱回采巷道分為三種情況：1）保護(hù)煤柱較大，在采動(dòng)強(qiáng)烈影響之下仍存在彈性核；2）煤柱較小，使老頂斷裂位置處于巷道或巷道里幫上方；3）煤柱大小介于上述兩者之間，即煤柱中既沒(méi)有彈性核，而老頂斷裂位置處于煤柱寬度范圍內(nèi)。2.2.1煤柱中的支承壓力分布特征由于煤柱較小且老頂破斷位置在煤柱上方，即老頂破斷巖塊的懸露部分較大，故煤柱外側(cè)（采空側(cè)）受力應(yīng)依據(jù)老頂?shù)慕o定變形狀態(tài)的回轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析。根據(jù)煤柱中無(wú)彈性核（全部處于破碎狀態(tài)）的假定，其應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)處于殘余強(qiáng)度階段的極限平衡狀態(tài)（如圖2-9所示）。

σy

x

0

煤

柱圖2-9.破碎煤柱支承力分布32精選課件2.2.2煤柱的變形特征老頂破斷位置決定著其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)巷道圍巖礦壓特征的影響程度。根據(jù)上述有關(guān)煤柱大小的假定，老頂回轉(zhuǎn)僅決定煤柱外側(cè)的變形，而對(duì)煤柱內(nèi)側(cè)變形無(wú)明顯的直接影響。在同等破碎程度及同等支護(hù)條件下實(shí)體煤幫的水平位移可能稍大于煤柱幫的水平位移。老頂于煤壁外斷裂時(shí)的回采巷道礦壓特征與老頂于煤壁內(nèi)斷裂時(shí)相比，除煤柱外側(cè)變形量及破碎程度較小之以外無(wú)重大區(qū)別。

2.3煤體-采空區(qū)（小煤柱）巷道2.3.1老頂斷裂位置處于煤壁之內(nèi)老頂斷裂后巖塊將會(huì)以塊體靠近煤體的下角為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)特征將因其煤壁內(nèi)外兩部分的長(zhǎng)度之比的不同而變化，通常可將其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)分為給定變形和限定變形兩種類(lèi)型。1．給定變形狀態(tài)分析當(dāng)老頂巖塊位于煤壁內(nèi)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于煤壁外的長(zhǎng)度時(shí)，其回轉(zhuǎn)為給定變形方式。1）老頂巖塊回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分析由于煤柱及直接頂巖塊所形成的支點(diǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸太近，所以對(duì)其回轉(zhuǎn)不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，此時(shí)，巖塊的回轉(zhuǎn)主要由采空區(qū)冒落矸石的充填情況及其壓實(shí)性所決定。將直接頂冒落厚度記為Σh，碎脹系數(shù)記為K0，

33精選課件壓實(shí)后的碎脹系數(shù)為記Kt，煤層采高為記M，巖塊的長(zhǎng)度記為L(zhǎng)，則巖塊B右端觸矸時(shí)的下沉量S0為：S0=m-(K0-1)Σh,冒落矸石的力學(xué)屬性近似為滯彈性，其本構(gòu)特性曲線如圖2-10所示。其中①為蠕變特性曲線，②為老頂巖塊處于限定變形狀態(tài)回轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，

矸石的最終壓縮量△St為：△St=(K0-Kt)Σh,

巖塊B的最終下沉量St為：St=S0+△S=M-(Kt-1)Σh巖塊B的回轉(zhuǎn)角α為：α=arcsin(St/L)

△s①Q(mào)G=Q/2=constant②

t,QG圖2-10.冒落矸石本構(gòu)曲線（2-51）（2-52）（2-53）34精選課件2）小煤柱變形分析雖然小煤柱的支撐作用不足以改變老頂巖塊的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但老頂巖塊的回轉(zhuǎn)卻嚴(yán)重地影響著小煤柱的變形與破壞特征。下面對(duì)小煤柱中心位置鉛垂方向的變性特征進(jìn)行分析，如圖2-11所示。設(shè)煤柱中線內(nèi)、外老頂巖塊B的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1、L2，總長(zhǎng)為L(zhǎng)，則巖塊回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后煤柱及直接頂巖層的壓縮總量為：△h=L1sinα,若頂板、煤柱都處于彈性狀態(tài)（L1很小時(shí)可能出現(xiàn)的狀態(tài)），則各自的壓縮量分別為：△(Σh）=△h·KZ/（KZ+KDK）,

△M=△h·KDK/（KZ+KDK）若頂板處于彈性狀態(tài)，而煤柱處于塑性狀態(tài)（FDK＞FZ），則△h幾乎全部為煤柱的塑性壓縮量（彈性變形被忽略）；反之，若頂板處于塑性狀態(tài)，而煤柱處于彈性狀態(tài)（FDK＜FZ），則△h幾乎全部為頂板巖塊的塑性壓.若能通過(guò)支護(hù)措施提高煤柱的屈服強(qiáng)度,則可減小煤柱的壓縮量，從而減小頂板下沉量。

煤柱處于塑性狀態(tài)時(shí)，其橫向膨脹變形總量可按下式近似計(jì)算（2-57）35精選課件3）煤柱支承力與頂板下沉量的關(guān)系煤柱支承壓力與老頂回轉(zhuǎn)造成的頂板下沉量的關(guān)系由煤柱、頂板的剛度及強(qiáng)度的絕對(duì)大小和相對(duì)大小所決定（如圖2-12中a所示）。

曲線1為煤柱的屈服強(qiáng)度小于頂板的屈服強(qiáng)度時(shí)的曲線，2為煤柱的強(qiáng)度大于頂板的強(qiáng)度時(shí)的曲線，

2．限定變形狀態(tài)分析當(dāng)老頂巖塊B位于煤壁內(nèi)的長(zhǎng)度較大時(shí)，其回轉(zhuǎn)為限定變形方式。

L1L2△hα

ΣhStM圖2-11.小煤柱變形分析36精選課件以下僅就煤柱受力情況以及煤柱的屈服強(qiáng)度小于頂板的屈服強(qiáng)度時(shí)的變形情況進(jìn)行討論。圖2-12中b所示為圍巖結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)時(shí)煤柱變形與受力的關(guān)系曲線，其中A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位移值為老頂觸矸時(shí)煤柱所發(fā)生的壓縮變形量，據(jù)圖2-11分析可知其大小為圖中A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的煤柱支承力為老頂巖塊觸矸前的值，依據(jù)關(guān)鍵層理論及砌體梁理論分析，其大小應(yīng)為（2-58）（2-59）a

b圖2-12.煤柱支撐力與頂板下沉的關(guān)系△U

12

P△UB

A

P37精選課件2.3.2老頂斷裂位置處于煤壁之外老頂斷裂位置處于煤壁之外時(shí)，其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與斷裂位置處于煤壁之內(nèi)時(shí)相比無(wú)明顯區(qū)別，但老頂巖塊的回轉(zhuǎn)不會(huì)對(duì)煤柱變形造成直接影響，此時(shí)煤柱的變形、破壞特征主要取決于采、掘造成的應(yīng)力重新分布過(guò)程以及煤柱與直接頂力學(xué)參數(shù)以及其間的相對(duì)大小關(guān)系。根據(jù)采掘關(guān)系的不同，煤體-小煤柱回采巷道可分為沿空留巷和沿空掘巷兩種情況。2.4回采巷道圍巖大變形特征分析

2.4.1回采巷道圍巖變形量的構(gòu)成以引起變形的因素為依據(jù)，回采巷道的變形主要包括掘進(jìn)變形和采動(dòng)變形兩部分。以變形發(fā)生時(shí)圍巖所處的變形狀態(tài)為依據(jù)，則圍巖的變形包括彈塑性變形及松動(dòng)膨脹（或剪脹）變形。2.4.2松動(dòng)膨脹變形特征分析1．松動(dòng)膨脹變形產(chǎn)生的必然性1）回采巷道圍巖中破碎區(qū)的產(chǎn)生是必然的根據(jù)支護(hù)力作用下圓形（最穩(wěn)定形狀）巷道圍巖的彈塑性應(yīng)力分析結(jié)果（式2-22）可以得出，圍巖保持完整狀態(tài)即不發(fā)生強(qiáng)度破壞的條件是38精選課件可見(jiàn)，在工作面采動(dòng)影響下，尤其是在老頂巖塊給定變形特征的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈影響下，回采巷道圍巖中破碎區(qū)的產(chǎn)生是必然的。

2）破碎區(qū)產(chǎn)生松動(dòng)變形是必然的根據(jù)支護(hù)力作用分析結(jié)果2-23可以得出，松動(dòng)區(qū)圍巖處于平衡狀態(tài)時(shí)，支護(hù)力與巷道周邊切向應(yīng)力的關(guān)系如下3）老頂巖塊產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是必然的根據(jù)回采巷道圍巖的結(jié)構(gòu)特征，老頂巖塊的回轉(zhuǎn)分為給定變形和限定變形兩種類(lèi)型。因此，老頂巖塊產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是不可避免的，即使圍巖結(jié)構(gòu)處在理論上的限定變形條件下也是如此。

（2-61）（2-62）39精選課件2．回采巷道圍巖位移量的預(yù)測(cè)1）圓形巷道變形量的確定方法忽略彈塑性變形，則圓形巷道的變形量主要是松動(dòng)區(qū)破碎巖塊間相互錯(cuò)動(dòng)、回轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的膨脹變形。則可推導(dǎo)出圓形巷道周邊位移從式中可以看出，松動(dòng)變形的劇烈程度主要由膨脹系數(shù)Kt所決定

2）矩形巷道圍巖變形量的確定兩幫較弱時(shí)，其壓縮變形量即可近似為頂板下沉量，小煤柱的最大壓縮量即可近似為頂板的最大下沉量，可由公式（2-52）～（2-54）計(jì)算。3．松動(dòng)變形的可控制性由于要受采動(dòng)的劇烈影響，在可用（技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面均為合理的）支護(hù)作用條件下，回采巷道圍巖的大變形特征仍具有必然性。因此，采用合理的支護(hù)方式可適當(dāng)減小圍巖的松動(dòng)區(qū)范圍，可減弱圍巖的碎脹變形程度，從而在一定程度上減小圍巖的變形量。可見(jiàn)，回采巷道的大變形特征具有一定的可控制性。

（2-63）40精選課件2.5層狀頂板的變形特征以上理論分析表明,對(duì)于層狀頂板巖層,當(dāng)處于懸伸狀態(tài)時(shí),將會(huì)發(fā)生彎曲變形甚至斷裂回轉(zhuǎn)，而且，當(dāng)巷道直接頂巖層中層理較發(fā)育時(shí)，在老頂巖塊的回轉(zhuǎn)過(guò)程中，直接頂將會(huì)沿層理面發(fā)生明顯的橫向錯(cuò)動(dòng)變形。圖2-13～2-16分別為直接頂破斷位置處于巷道的實(shí)體側(cè)煤幫以?xún)?nèi)0、1、2、4米時(shí)的情形，各圖中的a為變形圖，b為巷道頂板中部錯(cuò)動(dòng)變形隨到表面距離的變化曲線。圖2-17為不同頂板破斷狀況所對(duì)應(yīng)的頂板下沉量沿巷道寬度方向的變化曲線。圖2-18為煤柱性質(zhì)對(duì)煤柱壓縮量的影響情況。

圖2-19為不同破斷狀況時(shí)直接頂板第一層理的錯(cuò)動(dòng)變形沿寬度方向的變化情況。圖2-20為煤柱寬度與頂板下沉量之間的關(guān)系。

綜上所述，老頂及直接頂巖層的破斷位置、煤柱尺寸、煤柱力學(xué)性質(zhì)等對(duì)頂板的錯(cuò)動(dòng)變形及下沉量大小均有影響，合理參數(shù)的確定應(yīng)根據(jù)具體巷道圍巖的力學(xué)性質(zhì)、幾何特征、開(kāi)采厚度、分層厚度、層理面的力學(xué)性質(zhì)、破斷巖塊長(zhǎng)度、破斷位置以及采空區(qū)充填狀況等因素進(jìn)行，同時(shí)要考慮到巷道圍巖變形狀態(tài)的非對(duì)稱(chēng)特征。41精選課件圖2-13.破斷位置處于煤壁表面ab42精選課件圖2-14.破斷位置處于煤壁內(nèi)1米ab43精選課件圖2-15.破斷位置處于煤壁內(nèi)2米ba44精選課件ab圖2-16.破斷位置處于煤壁內(nèi)4米45精選課件圖2-19.破斷位置對(duì)頂板錯(cuò)動(dòng)的影響圖2-18.煤柱力學(xué)性質(zhì)與煤柱壓縮量圖2-17.破斷位置對(duì)頂板下沉的影響圖2-20.煤柱尺寸對(duì)頂板下沉的影響46精選課件2.6小結(jié)本章依據(jù)巷道圍巖的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合采場(chǎng)巖層控制中的關(guān)鍵層理論、砌體梁理論等的基本原理對(duì)不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)的巷道、尤其是長(zhǎng)壁工作面順槽圍巖的變形、受力等礦壓特征進(jìn)行了分析。主要結(jié)論可歸納如下：1）長(zhǎng)壁工作面順槽大變形特征的產(chǎn)生具有必然性2）長(zhǎng)壁順槽的大變形特征具有一定的可控制性3）巷道不能自穩(wěn)時(shí)，適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)力是保持圍巖穩(wěn)定的必要條件4）在適當(dāng)圍壓條件下，松動(dòng)區(qū)圍巖仍可形成傳力及承載結(jié)構(gòu)5）巷道圍巖的承載性與施載性可以相互轉(zhuǎn)化6）沿層理發(fā)生明顯的橫向錯(cuò)動(dòng)是長(zhǎng)壁順槽層狀直接頂巖層的又一突出變形特征。

47精選課件3錨桿作用演化機(jī)理

3.1錨桿作用力的產(chǎn)生和演變錨桿作用力的產(chǎn)生是有條件的，而且，其大小、分布特征等是隨著巷道圍巖變形、破壞狀況的改變以及時(shí)間的延伸而變化的。3.1.1錨桿的軸向作用力的產(chǎn)生和演變1軸向作用力的產(chǎn)生和演變通常，錨桿的軸向變形模量大于巖體的軸向變形模量，而錨桿的橫向變形系數(shù)小于巖體的橫向變形系數(shù)，由此導(dǎo)致在同一應(yīng)力場(chǎng)作用下兩者變形量大小及相對(duì)位移大小的差異，錨桿的軸向作用力即因此而產(chǎn)生。剪切面托錨力軸向力斜向作用力圖3-1.錨桿的作用力48精選課件2軸向作用力的分布及演變規(guī)律錨桿軸向作用力的數(shù)值大小及分布特征取決于錨桿與巖體間的相對(duì)位移或相對(duì)變形量的大小以及錨桿與巖體間連接的性能特征。因此，錨固方式、輔助構(gòu)件、錨桿與圍巖的變形特性差異以及圍巖應(yīng)力場(chǎng)的改變等是軸向錨固力分布特征的主要影響因素。數(shù)值分析模型如下圖所示。

有限元分析模型錨桿有限元離散圖49精選課件1）拉拔錨桿的軸向作用力全長(zhǎng)粘結(jié)式拉拔錨桿中的軸向應(yīng)力分布特征及演變規(guī)律如圖3-2所示。

圖3-2.全錨拉拔錨桿受力50精選課件圖中（a）為錨桿各點(diǎn)粘錨力均未曾達(dá)到極限時(shí)的軸向應(yīng)力分布曲線，其中錨桿橫截面上的正應(yīng)力σ及錨桿表面的粘錨力τ隨深度的變化分別近似遵循公式（3-1）、（3-2）。粘結(jié)式端部錨固錨桿拉拔時(shí)的軸向應(yīng)力分布如圖3-3所示。

2）無(wú)托盤(pán)錨桿軸向應(yīng)力分析無(wú)托盤(pán)錨桿軸向應(yīng)力分布如圖3-4所示。變化過(guò)程可由下列公式近似表示σ=（-6E-19x6+4E-15x5-9E-12x4+1E-8x3-9E-6x2+0.0045x+0.0053）σmax

（3-3）

τ=2（-2E-19x6+2E-15x5-6E-12x4+9E-9x3-7E-6x2+0.0027x-0.4947）τmax

（3-4）

圖3-4中（b）顯示，錨桿與圍巖間的粘結(jié)性能削弱后，粘錨力達(dá)到最大值的位置以及錨桿的中性點(diǎn)位置將向深部轉(zhuǎn)移，且過(guò)了中性點(diǎn)之后仍有可能出現(xiàn)第二個(gè)峰值點(diǎn)。（3-1）（3-2）51精選課件圖3.3端錨拉拔錨桿作用分析3）有托盤(pán)錨桿軸向應(yīng)力分析有托盤(pán)全長(zhǎng)錨桿軸向應(yīng)力分布如圖3-5所示。圖中（a）為錨桿各處粘錨力均未曾達(dá)到極限時(shí)的軸向應(yīng)力分布曲線，圖中（b）為由于時(shí)間、采動(dòng)等因素的影響，使錨桿局部粘錨力曾達(dá)到極限并因此使該部分粘錨能力降低后的軸向應(yīng)力分布曲線。

52精選課件圖3-4.無(wú)托盤(pán)錨桿軸向應(yīng)力53精選課件圖3-5.有托盤(pán)全長(zhǎng)錨桿軸向應(yīng)力54精選課件變化規(guī)律可用以下公式近似表示：

σ=（-2E-5x4+0.001x3-0.0176x2+0.1344x+0.6469）σmax（3-5）τ=2（8E-7x6-6E-5x5+0.0015x4-0.0195x3+0.1295x2-0.3798x+0.2691）τmax（3-6）進(jìn)一步分析還會(huì)發(fā)現(xiàn)，此結(jié)果與傳統(tǒng)觀點(diǎn)有所不同，即：有托盤(pán)全長(zhǎng)錨桿的軸向應(yīng)力分布不同于拉拔錨桿，而是近似等于拉拔錨桿和無(wú)托盤(pán)全長(zhǎng)錨桿軸向應(yīng)力分布曲線的平均。3.1.2錨桿的托錨力托錨力是指錨桿輔助構(gòu)件（托盤(pán)、剛梁、錨網(wǎng)等）給圍巖表面施加的擠壓作用力.

3.1.3錨桿的橫向作用力1橫向作用力的產(chǎn)生機(jī)理在一定應(yīng)力場(chǎng)的作用下巖體中會(huì)產(chǎn)生以下類(lèi)型的橫向位移或位移趨勢(shì)：2橫向作用力分布特征圖3-6所示為單一弱面在錨桿中引起的橫向作用力分布情況。

3.2錨桿的作用力對(duì)錨固體力學(xué)性質(zhì)的影響3.2.1錨固體內(nèi)聚力的變化錨桿的切向錨固力即錨桿對(duì)圍巖剪切變形及橫向相對(duì)位移的約束作用力，

55精選課件弱面（a）圖3-6.橫向作用力分布56精選課件若將錨桿的內(nèi)聚力記為Cb、圍巖的內(nèi)聚力記為Cr、錨固體的內(nèi)聚力記為C，并近似認(rèn)為錨固劑的力學(xué)參數(shù)與圍巖的力學(xué)參數(shù)相同，則有錨固體的內(nèi)聚力與無(wú)錨時(shí)圍巖的內(nèi)聚力相比其差值為錨固體內(nèi)聚力的提高幅度取決于錨桿與圍巖內(nèi)聚力的差值大小和錨桿橫截面積在錨固體總面積中所占的比重（即錨桿橫截面積和錨桿布置密度）以及錨桿軸向作用的強(qiáng)弱。3.2.2錨固體內(nèi)摩擦角的變化錨固體的內(nèi)摩擦系數(shù)為

錨固體與圍巖的內(nèi)摩擦系數(shù)之差△f為：（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）57精選課件3.2.3錨固體橫向抗壓強(qiáng)度的變化根據(jù)Coulomb-Mohl強(qiáng)度理論，錨固體的橫向抗壓強(qiáng)度可表示為：與無(wú)支護(hù)時(shí)圍巖的環(huán)向強(qiáng)度相比增加了△σmax：根據(jù)Griffth強(qiáng)度理論分析，錨固體的環(huán)向抗壓強(qiáng)度可表示為：與無(wú)錨固圍巖的環(huán)向抗壓強(qiáng)度相比增加了△σmax：（3-11）（3-12）（3-13）（3-14）58精選課件3.2.4錨固體抗彎強(qiáng)度的變化由彈性理論可得，組合梁發(fā)生橫力彎曲時(shí)，層間最大剪應(yīng)力為錨固后層間所具有的抗剪強(qiáng)度為：可以看出，圍巖越破碎、軟弱，錨桿的作用就越明顯。3.2.5錨固體變形模量的變化錨桿的主要作用之一就是改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高其強(qiáng)度并減小其變形。記錨固體的彈性模量和泊松比分別為E、μ，無(wú)錨固巖體的彈性模量和泊松比分別為Er、μr，錨桿的彈性模量和泊松比分別為Eb、μb，則可推導(dǎo)出以下結(jié)果：

（3-15）（3-16）59精選課件（3-18）（3-17）（3-19）3.3錨固方式的優(yōu)化選擇更合理的錨固方式應(yīng)是能夠克服上述兩種錨固方式的缺點(diǎn)，并兼?zhèn)鋬烧邇?yōu)點(diǎn)的錨固方式，如端部錨固、全長(zhǎng)充填（消除無(wú)粘結(jié)部分錨桿與巖體之間的空隙）的錨固方式。端部錨固可使較大范圍的巖體所處的應(yīng)力狀態(tài)得到改善，全長(zhǎng)充填可使無(wú)粘結(jié)部分的錨桿和巖體間保持?jǐn)D緊狀態(tài)，使相互間的作用力得以傳遞，從而使錨桿的橫向作用在錨桿的有效長(zhǎng)度范圍內(nèi)均可得到較好的發(fā)揮。3.4小結(jié)1）錨桿作用的產(chǎn)生機(jī)理2）錨桿的作用本質(zhì)

3）

錨固體力學(xué)性質(zhì)的改變4）理想錨固方式應(yīng)具備的條件5）錨桿作用的演變機(jī)理60精選課件4.1整體錨固結(jié)構(gòu)的形成整體錨固結(jié)構(gòu)的形成方法如圖4.1所示，4.2錨固結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理錨固結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理可由圖4.2表示,錨桿的變形總量為：△L=△URi-△U0i-△Ui4錨固結(jié)構(gòu)變形機(jī)理

圖4.1.整體錨固結(jié)構(gòu)頂板錨固體幫錨固體底板61精選課件

可見(jiàn)，與普通支護(hù)不同，圍巖總位移量△URi中僅有部分會(huì)引起錨固體的變形，引起錨桿產(chǎn)生變形的位移量則更小，即錨桿的變形量?jī)H與錨固范圍內(nèi)圍巖的變形量直接相關(guān)。

△U01△U02

△UB1

△UR1△1

△UB2

△UR2②

△2

③

圖4.2錨固結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理①錨桿62精選課件4.3錨固結(jié)構(gòu)及圍巖的位移特征模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同錨固結(jié)構(gòu)及其支護(hù)條件下的圍巖具有不同的位移規(guī)律，但其總體特征是一致的（如圖4.3所示）。4.4錨固結(jié)構(gòu)的變形適應(yīng)性分析

1）錨固結(jié)構(gòu)中錨桿的軸向變形適應(yīng)性從圖4.2、4.3中可以看出，綜上分析，由于錨固體特殊的結(jié)構(gòu)特性，使其在圍巖圖4.3圍巖位移分布特征63精選課件發(fā)生較大變形及位移的過(guò)程中仍可形成某種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。與普通支架不同，錨桿并不需要發(fā)生接近于圍巖移近量大小的變形量，而是在自身發(fā)生一定量的變形之后將基本處于剛性移動(dòng)狀態(tài)，錨固結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出近似于恒阻式支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作特性，具有很好的適應(yīng)回采巷道圍巖大變形特征的能力。2）錨固結(jié)構(gòu)中錨桿的橫向變形適應(yīng)性錨桿的存在將可能導(dǎo)致以下結(jié)果的發(fā)生：①層間錯(cuò)動(dòng)力較小，錨桿的橫向約束作用避免了錨固范圍頂板的層間錯(cuò)動(dòng)；②層間錯(cuò)動(dòng)力較大，錨桿的作用未能阻止層間錯(cuò)動(dòng)的發(fā)生，但因巖層強(qiáng)度較低，在與錨桿的接觸部位發(fā)生局部破碎，從而使錨桿所產(chǎn)生的剪切變形較小而未發(fā)生剪斷；③由于巖層較堅(jiān)硬且層間錯(cuò)動(dòng)力較強(qiáng)，故層間錯(cuò)動(dòng)時(shí)錨桿被剪斷。因此，可以認(rèn)為回采巷道圍巖中的整體錨固結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的橫向變形適應(yīng)性。

4.5錨固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性特征在回采巷道圍巖變形過(guò)程中，錨固結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且這種穩(wěn)定性具有階段性特征。4.6結(jié)論１）與普通支護(hù)不同，圍巖總位移量△URi中僅有部分會(huì)引起錨固體的變形，引起錨桿產(chǎn)生變形的位移量則更小，即錨桿的變形量?jī)H與錨固范圍內(nèi)圍巖的變形量直接相關(guān)，因此具有很好的適應(yīng)回采巷道圍巖大變形特征的能力。２）在回采巷道圍巖變形過(guò)程中，錨固結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且這種穩(wěn)定性具有階段性特征：彈塑性-破碎-松動(dòng)等階段。64精選課件5.1分析模型的建立錨桿的作用本質(zhì)就是提高錨固范圍內(nèi)的巖體即錨固體的變形模量及強(qiáng)度參數(shù)。本章就兩種典型的錨固結(jié)構(gòu)即整體錨固結(jié)構(gòu)和普通錨固結(jié)構(gòu)以及無(wú)支護(hù)條件下圍巖的應(yīng)力狀態(tài)及變形特征進(jìn)行對(duì)比分析。將兩種錨固結(jié)構(gòu)理想化為圖5-1所示的規(guī)則形狀。

5錨固體的結(jié)構(gòu)效應(yīng)

a.整體錨固結(jié)構(gòu)b.普通錨固結(jié)構(gòu)圖5-1.錨固結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型錨固體巷道錨固體巷道層理65精選課件5.2應(yīng)力分析5.2.1拉、壓應(yīng)力區(qū)分布特征圖5-2、5-3所示為兩種錨固結(jié)構(gòu)的拉、壓應(yīng)力區(qū)分布情況。兩種錨固結(jié)構(gòu)中的鉛垂應(yīng)力均無(wú)明顯的拉應(yīng)力區(qū)。

5.2.2應(yīng)力分布特征圖5-4、5-5分別為兩種錨固結(jié)構(gòu)及其支護(hù)作用下圍巖中的應(yīng)力等值線圖。圖5-6為兩種錨固結(jié)構(gòu)支護(hù)條件及無(wú)支護(hù)條件下圍巖應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律。

結(jié)合拉、壓區(qū)分布圖及應(yīng)力等值線圖進(jìn)行綜合分析可以看出與無(wú)支護(hù)巷道相比，整體錨固結(jié)構(gòu)及普通錨固結(jié)構(gòu)的作用均使圍巖應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生了一定的變化，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）錨固結(jié)構(gòu)的作用提高了圍巖中的切向應(yīng)力集中程度。2）錨固結(jié)構(gòu)的作用減小了圍巖中的應(yīng)力集中范圍。3）錨固結(jié)構(gòu)的作用改善了巷道深部圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。

4）與普通錨固結(jié)構(gòu)相比，整體錨固結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的以上各種應(yīng)力分布的變化現(xiàn)象均較為明顯。

66精選課件圖5-2.水平應(yīng)力拉、壓區(qū)分布特征a.整體錨固結(jié)構(gòu)b.普通錨固結(jié)構(gòu)67精選課件b.普通錨固結(jié)構(gòu)圖5-3.鉛垂應(yīng)力拉、壓區(qū)分布特征a.整體錨固結(jié)構(gòu)68精選課件圖5-4.水平應(yīng)力等值線圖a.整體錨固結(jié)構(gòu)b.普通錨固結(jié)構(gòu)69精選課件圖5-5.鉛垂應(yīng)力等值線圖a.整體錨固結(jié)構(gòu)b.普通錨固結(jié)構(gòu)70精選課件a.頂板b.兩幫圖5-6.圍巖應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律c.角部71精選課件圖5-7、5-8分別為巷道圍巖頂板表面及兩幫表面的切向應(yīng)力分布特征。從圖中可以得出以下規(guī)律：圖5-7.頂板表面應(yīng)力變化規(guī)律圖5-8.兩幫表面應(yīng)力變化規(guī)律72精選課件1）不同支護(hù)條件下的頂板表面具有不同的水平拉應(yīng)力分布特征。水平拉應(yīng)力值從大到小依次為普通錨固、無(wú)錨固和整體錨固，水平拉應(yīng)力區(qū)的范圍從大到小依次為無(wú)錨固、普通錨固和整體錨固。2）隨著從頂板中部向角部的逐漸靠近，頂板表面水平應(yīng)力也將逐漸由拉應(yīng)力區(qū)過(guò)渡為壓應(yīng)力區(qū)，最大壓應(yīng)力值從大到小依次為整體錨固、普通錨固和無(wú)錨固。3）三種典型支護(hù)條件下兩幫表面切向應(yīng)力均為壓應(yīng)力，壓應(yīng)力值的大小隨著向巷道角部的靠近而逐漸增加。壓應(yīng)力值從大到小依次為整體錨固、普通錨固和無(wú)錨固。圖5-9.錨固結(jié)構(gòu)上邊界應(yīng)力分布圖5-10.錨固結(jié)構(gòu)側(cè)邊界應(yīng)力分布73精選課件整體錨固結(jié)構(gòu)和普通錨固結(jié)構(gòu)的作用都使圍巖中的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了一定的改變，但兩種結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖應(yīng)力狀態(tài)的改變程度又有所不同。這主要是由兩者的結(jié)構(gòu)特征所引起，即整體錨固結(jié)構(gòu)在巷道角部的結(jié)構(gòu)特性使頂、幫錨固體在兩端邊界處更接近于固定約束（彎矩及切向支反力均較大），從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗彎曲變形特性，而普通錨固結(jié)構(gòu)的頂、幫錨固體在兩端邊界處所受的約束則相對(duì)較弱，較接近于簡(jiǎn)支約束，因而表現(xiàn)出較明顯的彎曲變形特征。5.3變形分析

變形是衡量支護(hù)效果以及圍巖穩(wěn)定性的主要指標(biāo)之一。而應(yīng)力是圍巖產(chǎn)生變形及位移的根本原因，因此，不同支護(hù)條件下的圍巖也將產(chǎn)生不同的變形及位移特征。

5.3.1變形特征分析圖5-11所示為巷道圍巖頂板中部及兩幫中部變形隨深度的變化規(guī)律。從圖中a可以看出：1）頂板巖層中水平方向的變形以壓縮變形為主，壓縮變形的峰值出現(xiàn)在距頂板表面約1.5m的位置，但在巷道表面附近微小區(qū)域會(huì)出現(xiàn)拉伸變形；2）鉛垂方向的變形均為拉伸變形，鉛垂方向拉伸變形的峰值點(diǎn)位置與水平方向壓縮變形的峰值點(diǎn)位置基本相同；74精選課件3）以變形的分布規(guī)律為依據(jù)可將巷道在頂板巖層中的影響范圍確定為10m，約為巷道高度的3倍；4）錨固結(jié)構(gòu)與巷道的影響范圍無(wú)明顯聯(lián)系，但錨固結(jié)構(gòu)的作用使巷道影響范圍內(nèi)的頂板變形發(fā)生了一定量的減小。從圖中b可以看出：1）巷道兩幫圍巖中水平方向的變形均為拉伸變形，無(wú)錨時(shí)峰值點(diǎn)位于距兩幫表面約0.8m的位置，有錨固支護(hù)時(shí)峰值點(diǎn)位于兩幫表面；2）巷道兩幫圍巖中鉛垂方向的變形均為壓縮變形；有無(wú)錨桿支護(hù)時(shí)壓縮變形的峰值點(diǎn)位置均處于距兩幫表面約0.8m的位置。3）以圍巖變形為依據(jù)，巷道在兩幫中的影響范圍可確定為8m，約為巷道寬度的2倍，略小于頂板巖層中的影響范圍；4）錨固結(jié)構(gòu)與巷道在兩幫的影響范圍仍無(wú)明顯聯(lián)系，但對(duì)影響范圍內(nèi)兩幫圍巖變形的約束作用非常明顯，使最大水平拉伸變形縮小了約70%，使最大鉛垂壓縮變形減小了約50%。可見(jiàn)，巷道的影響范圍與錨固結(jié)構(gòu)無(wú)明顯聯(lián)系，但錨固結(jié)構(gòu)對(duì)巷道影響范圍內(nèi)的圍巖變形具有明顯的控制作用。75精選課件圖5-11.變形隨圍巖深度的變化規(guī)律a.頂板b.兩幫76精選課件a.頂板b.兩幫圖5-12.圍巖表面變形規(guī)律77精選課件圖中a顯示出以下特征：1）頂板表面水平方向變形分為三個(gè)區(qū)域，即一個(gè)拉伸變形區(qū)和兩個(gè)壓縮變形區(qū)。2）頂板表面法向變形的分布可分為五個(gè)區(qū)域，即中部壓縮區(qū)、角部壓縮區(qū)及壓縮區(qū)之間的兩個(gè)拉伸區(qū)。3）各變形區(qū)的大小以及變形量大小均與支護(hù)條件有關(guān)。圖5-12中b顯示出以下特征：

1）巷道兩幫圍巖表面水平方向變形以拉伸變形為主，但在靠近角部的位置有一壓縮區(qū)，且進(jìn)入壓縮區(qū)之前（距中點(diǎn)約1.2m的位置）出現(xiàn)水平拉伸變形的峰值點(diǎn)；2）兩幫表面的鉛垂方向均為壓縮變形，且在與水平拉伸變形的峰值點(diǎn)相同的位置出現(xiàn)鉛垂壓縮變形峰值點(diǎn)；3）峰值點(diǎn)的位置與支護(hù)條件無(wú)關(guān)，但峰值大小受支護(hù)條件的影響。水平拉伸變形的峰值從大到小依次為無(wú)錨固、整體錨固和普通錨固，鉛垂壓縮變形的峰值從大到小依次為整體錨固、無(wú)錨固和普通錨固。78精選課件5.3.2位移特征分析圖5-13所示為巷道圍巖頂板中部以及兩幫中部法向位移沿深度的分布曲線。圖5-14所示為巷道頂板表面位移。圖5-15所示為巷道兩幫表面位移。

圖5-13.圍巖位移隨深度的變化規(guī)律圖5-14.巷道頂板表面位移圖5-15.巷道兩幫表面位移79精選課件這表明在這兩種支護(hù)條件下頂板與兩幫發(fā)生了相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，即兩幫沿頂板向巷道空間發(fā)生了整體移動(dòng)。

5.4小結(jié)1）錨固結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)①應(yīng)力狀態(tài)不同。②變形特征不同。③位移大小及產(chǎn)生機(jī)理不同。④以上特性差異將會(huì)導(dǎo)致兩種錨固結(jié)構(gòu)整體抗變形剛度及承載能力的不同，進(jìn)而導(dǎo)致支護(hù)效果以及圍巖穩(wěn)定性特征的不同。

2）不同支護(hù)條件下圍巖的力學(xué)效應(yīng)3）不同錨固結(jié)構(gòu)支護(hù)條件下圍巖穩(wěn)定性特征①錨固結(jié)構(gòu)的特性差異將會(huì)導(dǎo)致其對(duì)圍巖的作用大小不同，尤其是徑向約束力的不同②徑向約束的不同將會(huì)導(dǎo)致圍巖切向強(qiáng)度特性的不同，進(jìn)而導(dǎo)致圍巖中產(chǎn)生松動(dòng)區(qū)時(shí)所對(duì)應(yīng)的載荷大小不同

③以上特性差異將會(huì)導(dǎo)致相同地質(zhì)條件及采動(dòng)影響條件下圍巖所處的穩(wěn)定性特征的不同。80精選課件頂板離層與巷道穩(wěn)定性及頂板離層

臨界值的確定原理

6.1引言頂板離層包括兩方面的含義：頂板巖層間粘結(jié)破壞、巖層垂直于層理方向的變形。頂板離層是地應(yīng)力、圍巖力學(xué)性質(zhì)、圍巖結(jié)構(gòu)、支護(hù)方式及支護(hù)強(qiáng)度、巷道斷面形狀及大小等諸多因素綜合作用的統(tǒng)一外在表現(xiàn)，它是一個(gè)能預(yù)測(cè)巷道穩(wěn)定性的綜合指標(biāo)

6.2頂板離層的幾種形式1）由圍巖彈塑性變形引起的頂板離層受二向等壓作用的圓形巷道，半徑r處圍巖位移量的大小為當(dāng)巷道圍巖中的應(yīng)力超過(guò)其屈服強(qiáng)度時(shí)，圍巖就會(huì)進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，塑性位移的大小為式中，C為圍巖凝聚力；φ為圍巖內(nèi)磨擦角；G為圍巖剪切模量；RP為塑性區(qū)半徑，

81精選課件巷道的彈塑性位移主要取決于原巖應(yīng)力場(chǎng)特征和圍巖的力學(xué)特性，一定的圍巖條件下，應(yīng)力增加，彈塑性變形和塑性區(qū)半徑都有不同程度的增加。2）巖層擴(kuò)容引起的頂板離層擴(kuò)容是指巖層在剪切力的作用下體積膨脹的現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力偏量超過(guò)一定極限時(shí)，巖石就發(fā)生擴(kuò)容現(xiàn)象。體積變形一直在增大，直至應(yīng)力與殘余強(qiáng)度達(dá)到平衡。3）狹義頂板離層狹義頂板離層在廣義離層中占有很大的比重，而且這種離層對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響也很明顯，這在實(shí)際觀測(cè)中得到了證實(shí)。6.3影響頂板離層的主要因素1）地應(yīng)力2）圍巖力學(xué)性質(zhì)3）圍巖結(jié)構(gòu)4）錨桿支護(hù)參數(shù)5）巷道斷面6)護(hù)巷煤柱尺寸82精選課件6.4錨固結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)機(jī)理6.4.1局部破壞失穩(wěn)局部破壞失穩(wěn)指由于錨固結(jié)構(gòu)的部分失效、破壞造成的錨固結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和巷道失穩(wěn)。主要包括：局部漏冒失穩(wěn)、局部離層失穩(wěn)、片幫失穩(wěn)、頂板層間錯(cuò)動(dòng)失穩(wěn)等。圖6-1.局部漏冒失穩(wěn)局部漏冒圖6-2.局部離層失穩(wěn)離層83精選課件1）壓剪式片幫當(dāng)兩幫煤體因破碎程度較低而尚有一定殘余強(qiáng)度時(shí)，在較高支承壓力的作用下，煤幫將會(huì)發(fā)生剪切滑移式片幫（圖6-3）。運(yùn)用庫(kù)侖-摩爾強(qiáng)度理論分析可得，剪切滑移面與煤表面的夾角β為式中：φ——煤體的內(nèi)摩擦角。最大片幫深度約為（6-1）（6-2）圖6-3.壓剪、滑落式煤壁片幫βαM84精選課件2）重力滑落式片幫的力學(xué)機(jī)制當(dāng)兩幫煤體因破碎程度較高致使其強(qiáng)度已經(jīng)完全喪失時(shí),片幫最大深度約為3）劈裂式片幫的力學(xué)機(jī)制此時(shí)，在支承壓力的作用下煤壁會(huì)發(fā)生壓裂式破壞，從而產(chǎn)生劈裂式片幫,片幫深度主要與采高、煤體強(qiáng)度、支承壓力分布特征以及裂隙分布狀況等因素有關(guān)。

（6-3）圖6-4.劈裂式煤壁片幫M85精選課件4）橫拱形片幫的力學(xué)機(jī)理由工程巖體的卸圍壓破壞原理可知，當(dāng)煤體被揭露后，將因橫向膨脹力的作用而產(chǎn)生鼓出變形。在垂直層里的支承壓力作用下，煤壁將形成橫拱形片幫（圖6-5）。片幫最大深度約為（6-4）圖6-5.橫拱形片幫M86精選課件兩幫發(fā)生片幫后，使巷道等效跨度增加，此時(shí)有兩種途徑會(huì)造成巷道失穩(wěn)：1）由于頂、幫錨固體喪失有效銜接而失去整體錨固結(jié)構(gòu)效果，從而導(dǎo)致錨固結(jié)構(gòu)整體失效和巷道失穩(wěn)；2）巷道有效跨度的增加，伴隨著頂板載荷大小和載荷體范圍的擴(kuò)大，由此會(huì)使錨桿長(zhǎng)度和密度參數(shù)失去合理性，從而導(dǎo)致巷道失穩(wěn)。6.4.2整體變形失穩(wěn)整體變形性失穩(wěn)的主要原因包括兩種：1）錨固結(jié)構(gòu)自身力學(xué)性能缺陷造成的過(guò)度變形；2）巷道圍巖中松軟巖層范圍過(guò)大，錨桿、錨索錨固不到穩(wěn)定巖層中時(shí)，錨固結(jié)構(gòu)之外變形破壞嚴(yán)重造成錨固結(jié)構(gòu)載荷過(guò)大耳失穩(wěn)。

6.5頂板離層與巷道穩(wěn)定性的相關(guān)性頂板離層對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響途徑主要包括以下幾個(gè)方面：1）離層改變了頂板巖層的結(jié)構(gòu)形式，降低了頂板巖層的承載能力，從而降低了頂板的整體穩(wěn)定性。離層后則表現(xiàn)為疊合梁的力學(xué)特征（如圖6-6所示）。

n×hn×ha疊合梁b組合梁圖6-6組合梁與疊合梁彎曲特征87精選課件疊合梁中的最大拉應(yīng)力為組合梁中所產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為兩式相比可得可見(jiàn)，在相同彎曲載荷條件下，組合梁的最大拉應(yīng)力僅為疊合梁狀態(tài)下的1/n，其抗彎能力明顯不同。

2）離層會(huì)使錨桿的粘錨力削弱甚至喪失，從而影響錨固結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果及巷道的穩(wěn)定性。3）離層使頂板發(fā)生更為明顯的彎曲下沉，改變巷幫中的支承壓力分布規(guī)律，使兩幫中靠近表面的部分過(guò)載、破壞甚至發(fā)生片幫、塌幫等失穩(wěn)現(xiàn)象。4）離層會(huì)加劇頂板巖層的層間錯(cuò)動(dòng)變形，從而破壞錨固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。6.6頂板離層臨界值的確定原理6.6.1錨固結(jié)構(gòu)范圍離層臨界值的確定原理1）錨桿、錨索錨固長(zhǎng)度范圍離層臨界值的確定因此，應(yīng)盡可能防止錨桿、錨索粘結(jié)范圍離層現(xiàn)象的發(fā)生尤其是要防止層間相對(duì)分離（狹義離層）現(xiàn)象的發(fā)生。層間離層臨界值的確定宜按下式（6-5）（6-6）（6-7）88精選課件計(jì)算：粘結(jié)范圍總離層變形（廣義離層）臨界值應(yīng)按下式計(jì)算

2）錨桿、錨索自由拉伸段范圍的離層臨界值,該段離層臨界值可按下式確定：（6-8）（6-9）圖6-8錨桿、錨索拉伸段范圍離層臨界值δⅡ（6-10）89精選課件6.6.2錨固結(jié)構(gòu)之外離層臨界值的確定錨固結(jié)構(gòu)之外離層變形會(huì)造成兩種不利后果：離層變形的傳遞使錨固結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重變形,離層變形造成錨固結(jié)構(gòu)之外巖層的破壞松動(dòng)，削弱其自穩(wěn)能力，使載荷體范圍增大，造成錨固結(jié)構(gòu)過(guò)載失穩(wěn)。錨固結(jié)構(gòu)之外離層變形量的確定宜按下式進(jìn)行：

6.6.3離層臨界值的綜合分析方法巷道整體頂板離層變形臨界值應(yīng)按下式確定：式中，δⅠ——粘結(jié)范圍離層臨界值，δⅡ——錨桿、錨索拉伸段巖層離層變形總量，δⅢ——錨固結(jié)構(gòu)之外巖體離層變形總量。6.7王莊煤礦巷道頂板離層臨界值的確定確定依據(jù)：圍巖地質(zhì)力學(xué)條件、巷道斷面形狀及大小、巷道圍巖支護(hù)形式及參數(shù)。6.7.15206工作面順槽頂板離層臨界值的確定（6-11）（6-12）90精選課件5206工作面順槽斷面形狀及大小、巷道圍巖支護(hù)形式及參數(shù)如圖6.9

12001200120011001100圖6.9錨固支護(hù)示意圖錨索：φ15.24×7300mmφ20×2400mm高強(qiáng)螺紋鋼φ20×2000mm鋼錨桿91精選課件結(jié)合5206工作面順槽的地質(zhì)力學(xué)特征及生產(chǎn)技術(shù)特征，確定其頂板離層臨界值如下：由于頂板錨桿采用全長(zhǎng)錨固方式，故錨桿長(zhǎng)度范圍頂板巖層離層臨界值為：總離層變形臨界值為：根據(jù)以上計(jì)算，5206風(fēng)巷錨桿范圍的離層臨界值為76.8mm，考慮1.5的安全系數(shù)，報(bào)警臨界值應(yīng)確定為51.2mm；總離層變形計(jì)算臨界值（可理解為頂板總下沉量）為376.8mm，考慮1.5的安全系數(shù)，則離層臨界總量應(yīng)為251.2mm。6.7.25208工作面順槽頂板離層臨界值的確定5208工作面順槽斷面形狀及大小、巷道圍巖支護(hù)形式及參數(shù)如圖6.9依據(jù)上述頂板離層變形臨界值的確定原理，結(jié)合5208工作面順槽的地質(zhì)力學(xué)特征及生產(chǎn)技術(shù)特征，確定其頂板離層臨界值如下：

（6-13）（6-14）92精選課件總離層變形臨界值為：根據(jù)以上計(jì)算，5208工作面順槽錨桿范圍的離層臨界值為80mm，考慮1.5的安全系數(shù)，報(bào)警臨界值應(yīng)確定為53.3mm；總離層變形計(jì)算臨界值（可理解為頂板總下沉量）為380mm，考慮1.5的安全系數(shù)，則離層臨界總量應(yīng)為253.3mm。6.8小結(jié)1）頂板離層包括層間相對(duì)分離、層間相對(duì)錯(cuò)動(dòng)、巖層垂直方向變形等。2）錨固結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)可概括為兩種類(lèi)型：局部破壞失穩(wěn)和整體變形失穩(wěn)。3）頂板離層臨界值受眾多因素的影響，錨固結(jié)構(gòu)范圍之內(nèi)的頂板離層臨界值的確定主要應(yīng)依據(jù)錨桿的可伸縮性能確定。

（6-16）（6-15）93精選課件4）離層改變了頂板巖層的結(jié)構(gòu)形式，降低了頂板巖層的承載能力，從而降低了頂板的整體穩(wěn)定性；離層會(huì)使錨桿的粘錨力削弱甚至喪失，從而影響錨固結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果及巷道的穩(wěn)定性；離層變形過(guò)大，會(huì)使錨桿作用處于第三個(gè)演變過(guò)程，即衰減過(guò)程，錨桿作用的過(guò)度衰減，會(huì)導(dǎo)致整體錨固結(jié)構(gòu)的失效，進(jìn)而影響巷道圍巖的穩(wěn)定性；離層使頂板發(fā)生更為明顯的彎曲下沉，改變巷幫中的支承壓力分布規(guī)律，使兩幫中靠近表面的部分過(guò)載、破壞甚至發(fā)生片幫、塌幫等失穩(wěn)現(xiàn)象；離層會(huì)加劇頂板巖層的層間錯(cuò)動(dòng)變形，從而破壞錨固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。94精選課件7頂板離層監(jiān)測(cè)的基本原理及方法

7.1頂板離層監(jiān)測(cè)的基本原理頂板離層監(jiān)測(cè)分為兩種形式：一種為頂板離層指示儀監(jiān)測(cè)，它是頂板離層監(jiān)測(cè)的常規(guī)儀器，用于監(jiān)測(cè)錨固范圍內(nèi)及錨固范圍外的離層情況，能隨時(shí)警示頂板的變形情況并及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)預(yù)兆；另一種為深基點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)，它能反映不同深度圍巖的移動(dòng)變形情況。圍巖深部動(dòng)態(tài)位移測(cè)量的基本原理示意見(jiàn)圖7-1和7-2。圖7-1頂板離層基點(diǎn)布置

圖7-2頂板離層變化曲線95精選課件（1）原有頂板離層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多為機(jī)械式，不能實(shí)時(shí)掌握頂板離層狀態(tài)，不利于煤礦的安全生產(chǎn)；（2）5208放水巷將作為下一工作面的順槽，而頂板巖層的老頂和直接頂分別為砂質(zhì)泥巖和泥巖，且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)淋水、涌水現(xiàn)象。

2）離層測(cè)點(diǎn)布置方法如下：

單個(gè)測(cè)點(diǎn)的布置,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在5208放水巷頂板中部用28mm錨桿鉆打孔，孔深7.