第八章(4) 支护工程

1、井巷工程井巷工程主讲：李俊平主讲：李俊平2013年年3月月第八章第八章 支护工程支护工程厚煤层地下开采厚煤层地下开采 金属支护金属支护u特点特点：离壁式支护结构如木支：离壁式支护结构如木支架、钢支架、混凝土砌碹以及钢架、钢支架、混凝土砌碹以及钢筋混凝土支架等与围岩部分点接筋混凝土支架等与围岩部分点接触或部分面接触。触或部分面接触。 1 1、被动承受围岩压力。、被动承受围岩压力。 2 2、支护及时时，围岩变形还未达到极限的情况、支护及时时，围岩变形还未达到极限的情况下，在点接触或面接触处承受围岩所产生的压力下，在点接触或面接触处承受围岩所产生的压力( (变变形压力形压力) )，未与围岩接触处承受

2、围岩松脱冒落的自重，未与围岩接触处承受围岩松脱冒落的自重压力（松脱压力）。压力（松脱压力）。 3 3、在完全不接触的情况下，或支护不及时时，、在完全不接触的情况下，或支护不及时时，围岩已发生松脱，则只承受松脱压力。围岩已发生松脱，则只承受松脱压力。 切顶支柱切顶支柱煤矿顶板管理煤矿顶板管理离壁支护举例离壁支护举例u特点：特点：喷锚支护是喷射混凝土支护与锚杆支护的喷锚支护是喷射混凝土支护与锚杆支护的联合支护，其特点是通过加固围岩，提高围岩的自联合支护，其特点是通过加固围岩，提高围岩的自承能力达到维护巷道的目的。承能力达到维护巷道的目的。只有只有U型钢用钢量的型钢用钢量的1/121/15 u锚杆类

3、型：锚杆类型：托板托板机械加工或机械加工或铸造锯齿铸造锯齿胀紧锚片胀紧锚片1）加固围岩；2）改善围岩的应力状态。(c)开缝式摩擦锚杆开缝式摩擦锚杆托板托板与螺帽合一自与螺帽合一自锁式球面垫圈锁式球面垫圈缓凝树脂缓凝树脂接杆套接杆套速凝树脂速凝树脂安装时转动杆体混安装时转动杆体混合树脂与硬化剂合树脂与硬化剂(d) 树脂锚杆树脂锚杆悬吊作用 组合梁作用组合梁作用 挤压加固作用挤压加固作用 预先加固硐室预先加固硐室 T=t防滑作用防滑作用 锚杆的受力状态如图所示。锚杆的受力状态如图所示。 设锚杆预拉力为设锚杆预拉力为Q，岩体岩体变形所产生的拉力为变形所产生的拉力为Q， 则则锚杆的拉应力锚杆的拉应力为

4、：为：式中：式中：d为锚杆的直径。为锚杆的直径。Q为锚杆所需的最小锚固力，由拉拔试验确定。为锚杆所需的最小锚固力，由拉拔试验确定。224) (4dQQQd. .= =+ +. .= =p pp ps s QQQ+ += =锚杆的受力状态如图所示。锚杆的受力状态如图所示。 锚杆设计必须满足下式：锚杆设计必须满足下式：式中式中,d为锚杆的直径；为锚杆的直径；t为锚为锚杆材料抗拉强度；杆材料抗拉强度； Q为锚杆变为锚杆变形或移动所产生的最大拉力，形或移动所产生的最大拉力，即最小锚固力，由拉拔试验确即最小锚固力，由拉拔试验确定；定；为粘结材料与锚杆和孔为粘结材料与锚杆和孔壁之间的粘结强度。壁之间的粘结

5、强度。 QddLt . . s sp pt tp p421(a)锚杆受力状态锚杆受力状态(b)锚杆中拉应力分布锚杆中拉应力分布几点研究结论几点研究结论：（1 1）开挖后，在巷道周边形成松动圈和塑性变形区。开挖后，在巷道周边形成松动圈和塑性变形区。喷射混凝土支护，一方面喷射混凝土支护，一方面水泥砂浆的胶结作用提高了水泥砂浆的胶结作用提高了松动圈的整体稳定性松动圈的整体稳定性，另一方面，另一方面喷射混凝土层的柔性喷射混凝土层的柔性允许围岩发生较大的位移而不发生松脱允许围岩发生较大的位移而不发生松脱，能充分发挥，能充分发挥围岩的自支承能力。围岩的自支承能力。（2 2）锚杆的）锚杆的挤压加固挤压加固与

6、与围岩变形协调围岩变形协调，进一步加固，进一步加固围岩，提高其整体承压能力。围岩，提高其整体承压能力。 喷锚联合支护是软弱破碎岩体的一种最有效的喷锚联合支护是软弱破碎岩体的一种最有效的支护形式，具有主动加固围岩、充分发挥围岩的自支支护形式，具有主动加固围岩、充分发挥围岩的自支承能力、良好的抗震性能等优点。承能力、良好的抗震性能等优点。均匀压均匀压缩带缩带t锚杆长锚杆长l；每一相邻锚杆间每一相邻锚杆间距距l/2，在岩体内，在岩体内形成一双锥形压形成一双锥形压缩锥；缩锥；=450+/21=Pr1/t 拱形压缩带内缘作用有锚杆预应力引起的主应力拱形压缩带内缘作用有锚杆预应力引起的主应力2 = N/a

7、2 一般，一般，N=0.50.8Q，Q为锚固力，由现场拉拔试验或设计定。为锚固力，由现场拉拔试验或设计定。 在双轴主应力作用下，压缩带内岩体满足库仑强在双轴主应力作用下，压缩带内岩体满足库仑强度准则，即在无粘结力度准则，即在无粘结力c的情况下的安全条件为：的情况下的安全条件为： 12tg2 (450+/2)或或P2 t tg2 (450+/2)/ r1当存在粘结力当存在粘结力c时，则有：时，则有：12tg2 (450+/2)+ c或或P2 t tg2 (450+/2)/ r1+c根据上述原理，确定锚杆参数步骤如下：首先，预选根据上述原理，确定锚杆参数步骤如下：首先，预选错杆长度错杆长度l、直径

8、、直径d、间距、间距a(间距和排距相等间距和排距相等)；然后，；然后，根据根据l和和d，由提供的试验结果，确定压缩带厚度，由提供的试验结果，确定压缩带厚度t，以，以及及r0、r1、r2等参数；最后，由上两式验算压缩带安等参数；最后，由上两式验算压缩带安全条件；如不满足，调整锚杆参数，直至满足为止全条件；如不满足，调整锚杆参数，直至满足为止 。P = Pb(r2/ r3)2sin/(1-sin) u锚索锚索 一般的锚索长度大于一般的锚索长度大于5m5m，长的可以达数十米。根，长的可以达数十米。根据锚索预应力的传递方式，一般将锚索分为拉力式锚据锚索预应力的传递方式，一般将锚索分为拉力式锚索和压力式锚索。索和压力式锚索。配合锚杆、锚索等支护或防渗中，配合锚杆、锚索等支护或防渗中，对破碎岩体常采用水泥浆、硅粉水泥浆、树脂、水玻对破碎岩体常采用水泥浆、硅粉水泥浆、树脂、水玻璃、丙烯酰胺类等化学浆液灌浆加固。璃、丙烯酰胺类等化学浆液灌浆加固。 把把r3圈内的岩石视为塑性区，圈内的岩石视为塑性区，r3以外是弹性区，以外是弹性区，于是可取塑性区径向应力公式（于是可取塑性区径向应力公式（5.42），并使），并使ar0、Pi=2，代人交界面半径，