矿压控制及冲击地压防治(2013年丰建荣)

1、巷道矿压控制基本原理及途径巷道矿压控制基本原理及途径料石支护的基本形状 金属支架 （1）悬吊理论）悬吊理论适用条件：适用条件：锚杆可以锚固到顶板坚硬稳定岩层（1）悬吊理论）悬吊理论（1）悬吊理论）悬吊理论（2）组合梁理论）组合梁理论 适用条件：适用条件：层状地层顶板在相当距离内不存在稳定岩层，悬吊作用处于次要地位。（2）组合梁理论）组合梁理论（3）组合拱理论）组合拱理论适用条件：适用条件：顶板无稳定岩层（3）组合拱理论）组合拱理论（4）最大水平应力理论）最大水平应力理论（4）最大水平应力理论）最大水平应力理论单位：MPa 煤 层岩 层破 碎 区 、 塑 性 区（1）锚杆）锚杆高强度、大直径。破

2、断载荷一般在高强度、大直径。破断载荷一般在200 300kN以以上，近年研究破断载荷上，近年研究破断载荷400kN以上的锚杆。以上的锚杆。延伸率均大于延伸率均大于15% 锚杆直径锚杆直径2022mm稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可稳定性较高、维护要求低、服务时间短的巷道可以采用以采用Q235圆钢制造圆钢制造采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚采用左旋、无纵筋高强度螺纹钢锚杆，等强（锚杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝）杆尾部螺纹部分采用墩粗或热处理、滚丝）锚杆成套：锚杆成套：杆体杆体、托盘托盘（钢板轧制，厚度根据矿（钢板轧制，厚度根据矿压确定）、压确定）、球形垫圈球形垫圈（铸

3、钢）、（铸钢）、减摩垫圈减摩垫圈（1个聚个聚氨酯、氨酯、1个铝合金）、个铝合金）、螺母螺母（高强度、快速安装螺（高强度、快速安装螺帽）帽） （2）锚固剂及锚固方式）锚固剂及锚固方式锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中锚固剂：树脂药卷，一般采用凝结速度为超快与中速的树脂药卷配合，使用药卷长度一般速的树脂药卷配合，使用药卷长度一般350、600mm锚杆煤体快速树脂药卷中速树脂药卷螺母：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有：锚杆中部受力最大；增阻速度快。具有较大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层较大的抗剪切能力。增加岩层间的法向力，阻止层间错动，防止离层。在锚固范围内锚杆伸长间错动，防止

4、离层。在锚固范围内锚杆伸长1mm，可产生可产生1020kN的锚固力，支护刚度大。的锚固力，支护刚度大。端头锚固：端头锚固：类。类。全长或加长锚固：全长或加长锚固：类类锚固方式：锚固方式：加长锚固加长锚固全长锚固全长锚固端锚端锚（3）三径匹配）三径匹配 钻孔直径比锚杆直径大钻孔直径比锚杆直径大610mm 钻孔直径比树脂药卷大钻孔直径比树脂药卷大6mm左右左右一般钻孔直径一般钻孔直径29mm，锚杆直径，锚杆直径20、22mm，树脂，树脂药卷直径药卷直径23mm。010203040506070253035钻孔直径 /mm锚固力 /kN18mm无纵筋20mm无纵筋22mm无纵筋锚固力与钻孔直径、锚固力

5、与钻孔直径、锚杆直径的关系锚杆直径的关系（4）网及钢带）网及钢带网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆网：采用金属网、塑料网。严禁将最前排锚杆螺帽松开或等待后压网。螺帽松开或等待后压网。钢带：钢筋梯子梁、钢带：钢筋梯子梁、M型钢带、型钢带、W型钢带等。型钢带等。要求钢筋梯子梁采用要求钢筋梯子梁采用高强度高强度焊条焊接，防止开焊条焊接，防止开焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。焊。钢带的厚度或钢筋直径根据矿压确定。（5）施工机具）施工机具顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机顶板钻机：风动锚杆钻机、液压钻机、凿岩机 两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机两帮钻机：强力煤电钻、帮锚杆钻机fMQT钻

6、速7665钻速1.52.11.531.81.141.40.8550.90.660.550.570.350.480.210.390.10.24100.060.2100.511.522.501234567891011硬度系数/f钻速（m/min）MQT钻速7665钻速普氏系数f普通型PDC型1.52.12.131.81.841.21.450.620.960.230.5570.060.3580.020.2190.1100.0600.511.522.5024681012普氏系数f钻速（m/min）普通型PDC型f普通型PDC型1.5230650317047041063605322356118772.2

7、30.580.318.990.112.40100200300400500600700012345678910普氏系数f钻头寿命(m/个)普通型PDC型钻杆：钻杆：B19、B22六方中空合金钢钻杆六方中空合金钢钻杆安装器：快速安装器安装器：快速安装器销钉式安装器销钉式安装器快速安装螺母快速安装螺母（6）小孔径预应力锚索加强支护）小孔径预应力锚索加强支护 是一种主动加强支护是一种主动加强支护 以锚杆支护为主，以锚索为辅以锚杆支护为主，以锚索为辅 树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配树脂锚固端加粗，钻孔与锚索直径不匹配 锚固在稳定煤岩层中均可以锚固在稳定煤岩层中均可以 高应力巷道可以采用直径高应力巷

8、道可以采用直径18mm的锚索的锚索（7）桁架支护）桁架支护桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚桁架改变顶板的应力状态，拉应力将减小，甚至出现压应力；至出现压应力；预紧力增加裂隙体间的摩擦作预紧力增加裂隙体间的摩擦作用，提高顶板稳定性；用，提高顶板稳定性；提高顶板两肩窝的抗剪提高顶板两肩窝的抗剪切能力，防止剪切冒落。切能力，防止剪切冒落。 可归纳为三大类，分别是可归纳为三大类，分别是工程类比法、理工程类比法、理论计算法论计算法、以计算机数值模拟为基础的、以计算机数值模拟为基础的动态动态系统设计方法系统设计方法。 （1）工程类比法）工程类比法 是一种实用的方法，在我国锚杆支护设计中占是一种实用

9、的方法，在我国锚杆支护设计中占主主导地位导地位。 在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的在已有的大量、成功实践的基础上，根据巷道的生产地质条件确定支护参数。生产地质条件确定支护参数。 主要有以回采巷道围岩主要有以回采巷道围岩稳定性分类稳定性分类为基础的工程为基础的工程类比法；巷道围岩类比法；巷道围岩松动圈分类松动圈分类为基础的工程类比法。为基础的工程类比法。 以回采巷道围岩以回采巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比法稳定性分类为基础的工程类比法 （2）理论计算法）理论计算法 根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚根据悬吊理论、组合梁理论、组合拱理论计算锚杆长度、间排距、破断载荷等。杆长度

10、、间排距、破断载荷等。 （3）动态系统设计方法）动态系统设计方法 首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地首先进行地质力学评估（含地应力测试），将地质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件，质力学参数、锚杆参数等输入计算机数值模拟软件，以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和以围岩强度强化理论为依据，按控制围岩变形效果和经济合理的原则选择最优方案，组织施工，并对巷道经济合理的原则选择最优方案，组织施工，并对巷道围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确围岩稳定状况和锚杆载荷监测，根据监测反馈信息确定是否调整锚杆支护参数，经反复实践，在动态中修定是否调整锚杆支护参数，经反复实践，

11、在动态中修改完善设计。改完善设计。 （1）保证锚杆高预紧力）保证锚杆高预紧力v 锚杆预紧力的作用锚杆预紧力的作用主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有主动支护，拉应力转化为压应力或减小拉应力，有效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自效抑制巷道围岩破裂区向深部发展，发挥围岩的自身承载能力，提高稳定性。身承载能力，提高稳定性。 v预紧力的确定预紧力的确定 ：采用现场实测与数值计算相耦合的方：采用现场实测与数值计算相耦合的方法确定锚杆预紧力的合理值法确定锚杆预紧力的合理值 02004006008001000120014000102030405060预紧力 /kN变形量 /mm回采顶底板移

12、近量回采两帮移近量掘进顶底板移近量掘进两帮移近量巷道变形量与预紧力的关系巷道变形量与预紧力的关系 v实现高预紧力实现高预紧力大扭矩大扭矩 ：大扭矩的锚杆钻机或人工保证大扭矩，：大扭矩的锚杆钻机或人工保证大扭矩，不小于不小于150Nm。采用成套锚杆，主要指使用减摩垫圈（采用成套锚杆，主要指使用减摩垫圈（ 1个铝合个铝合金垫圈、金垫圈、1个塑料垫圈）。个塑料垫圈）。锚杆螺纹加工精细，减小摩擦阻力。锚杆螺纹加工精细，减小摩擦阻力。 v预紧力的检查预紧力的检查采用扭力扳手采用扭力扳手固定专人负责上紧螺母固定专人负责上紧螺母当班验收员检查当班验收员检查有关职能部门抽查，并及时上紧。有关职能部门抽查，并及时上紧。抽查抽查迎头迎头14排排锚杆锚杆 （2）锚杆外露长度）锚杆外露长度 锚杆外露不超长，小于锚杆外露不超长，小于70mm，最好控制在，最好控制在50mm内。内。外露超长：锚固长度、锚杆有效长度减小外露超长：锚固长度、锚杆有效长度减小（3）使用快速安装器）使用快速安装器v提