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煤巷支护技术
第1章煤巷锚杆支护理论与
设计方法综述
第一节锚杆支护理论
一、悬吊理论
悬吊理论是最早的锚杆支护理论,1952年路易斯·阿·帕内科(Louis.A.Panek)等发表了悬吊理论,认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上,增强较软弱岩层的稳定性,如图1—1所示。
对于回采巷道的层状岩体,当巷道开挖后,直接顶因弯曲下沉与基本顶分离,如果锚杆及时将直接顶悬吊在基本顶上,就能减少和限制直接顶的下沉和离层,达到加强支护的目的。
悬吊理论直观地揭示了锚杆的悬吊作用,简单、实用,在实践中应用范围最为广泛,相对而言也更符合现场实际。
一般适用于锚固范围内具有稳定岩层的巷道顶板。
图1-1锚杆支护悬吊示意图
2、组合梁理论
该理论认为,在煤层顶板为层状岩层时,锚杆将锚固范围内的岩层挤紧,增加各岩层间的摩擦力,防止岩层沿层面间的滑动,避免离层现象,提高自承能力。
此外,杆体增加抗剪强度,阻止岩层间的水平错动,从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层,如图l一2所示。
这种组合厚岩层在上覆岩层荷载作用下,其最大弯曲应变和应力都将大大减小。
根据组合梁理论,n层岩层使用锚杆与不使用锚杆相比,岩层的最大挠度和最大应力分别可降低
和
倍,如公式1—1、1—2所示。
(1-1)
(1-2)
式中
——不使用锚杆时岩层中的最大应力;
——使用锚杆时岩层中的最大应力;
——不使用锚杆时岩层的最大挠度;
——使用锚杆时岩层的最大挠度;
——岩层的分层层数.
图1-2锚杆支护组合梁示意图
(a)无锚杆的组合梁;(b)锚杆加固的组合梁
对于端锚,其提供的轴向力将对岩层离层产生约束,增大了各岩层间的摩擦力,与杆体提供的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动。
对于全锚,锚杆和锚固剂共同作用,明显改善了锚杆受力状况,增加了控制顶板岩层离层和水平错动的能力,支护效果优于端锚。
该理论充分考虑了锚杆对离层及滑动的约束作用,在原理上对锚杆支护作用分析得比较全面。
但是组合梁有效组合厚度很难确定,难以应用于锚杆支护参数设计。
三、加固拱理论
压缩拱理论是由兰氏(T.A.Lang)和彭德(Pende)通过光弹试验提出来的。
压缩拱原理认为,在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时,在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力,如果沿巷道周边布置的锚杆间距足够小,各个锚杆的压应力维体相互交错,这样使巷道周围的岩层形成一种连续的压缩带(拱),如图1-3所示。
即使在软弱、松散、破碎岩层中安装锚杆,也可以形成一个承载结构,只要锚杆间距足够小,就能在岩体中产生一个均匀压缩带,承受破坏区上部破碎岩石的载荷。
加固拱理论充分考虑了锚杆支护的整体作用,在软岩巷道中得到较广泛的应用。
在承压拱内岩石径向及切向均受压,处于三向压应力状态,其围岩强度得到提高,支撑能力相应加大。
图1-3锚杆支护组合拱原理
四、最大水平应力理论
澳大利亚学者盖尔(W.J.Gale)在20世纪90年代初提出了最大水平应力理论。
该理论认为:
矿井岩层的水平应力是垂直应力1.3~2.0倍;水平应力具有方向性,最大水平应力为最小水平应力的1.5~2.5倍。
巷道顶底板的稳定性主要受水平应力影响:
①与最大水平应力平行的巷道受水平应力影响最小,顶底板稳定性最好,如图1—4(a)所示;②与最大水平应力呈锐角相交的巷道,其顶板变形破坏偏向巷道某一帮,如图1—4(b)所示;③与最大水平应力垂直的巷道,顶底板
稳定性最差,如图1—4(c)所示。
图1-4水平应力场效应
五、围岩强度强化理论
侯朝炯、勾攀峰教授提出了巷道围岩强度强化理论。
该理论认为:
①巷道锚杆支护的实质是锚杆与锚固区域的岩体相互作用而组成锚固体,形成统一的承载结构;②锚杆提高了锚固体的力学参数
,改善了锚固体的力学性能;③锚固体的峰值强度和残余强度都得到强化。
锚固体的峰值强度和残余强度随锚杆支护强度的增加而得到强化,达到一定程度就可保持围岩稳定。
该理论的分析方法是将锚杆的作用简化为对锚固围岩从锚杆的两端施加径向约束力,由实验室锚固块体试验确定围岩塑性应变软化本构关系,再利用弹塑性理论定量分析锚杆的支护效果。
第二节煤巷锚杆支护参数设计方法
一、理论计算法
理论计算法是建立在解决顶板支护问题的顶板和岩石力学理论基础,根据围岩稳定性理论分析和锚杆支护机理研究得出的一些理论和经验公式进行参数设计的一种方法。
分析巷道围岩的应力与变形,给出锚杆支护参数的解析解,主要是应用岩石力学计算法或荷载一结构模式计算法。
这种方法已不再依靠任何一种荷载假定,而是依靠结构与岩体之间的相互作用,对巷道周围的应力与变形的分析来进行支护设计,这是围岩稳定分析的主要方法。
二、模拟分析法
模拟分析设计法是利用对掘进工作面周围的应力与变形的分析来进行支护参数设计,包括数值模拟、相似模拟(电或光弹)及物理模拟等。
随着计算技术与岩土本构关系研究的进展,数值计算法在我国也有了很快的发展。
主要表现在以下方面:
用弹塑性力学理论分析围岩和支护结构的有限元程序迅速普及;边界元及边界元与有限元耦合法的应用也有不少成果;用于裂隙岩体的块体理论和离散元理论也编出了相应的程序,已在求解岩土工程问题中得到广泛的应用,使得有可能对繁琐的巷道稳定与支护问题进行分析与研究。
尽管仍存在不同的观点,但人们逐步认识到数值模型应力分析是地下岩体结构设计和分析的重要手段。
三、工程类比法
目前,工程类比法在我国地下工程的锚喷支护设计中占有主导地位,特别是矿山井巷的锚喷支护设计,从支护类型选取、参数确定,到施工工艺安排,主要依赖于工程类比法。
工程类比法通常有直接对比法和间接类比法两种。
直接对比法一般是在围岩的岩体强度和岩体完整性、地下水影响程度、硐室深度、可能受到的地应力、工程的形状与尺寸、施工方法、施工质量以及使用要求等方面,将设计的工程与上述条件基本相同的已建工程进行对比,根据工程师的经验和工程判断能力,选定待建工程的支护类型和参数。
间接类比法一般是根据现行锚喷支护技术规范,按其围岩类别表及锚喷支护设计参数表确定待建工程的锚喷支护类型和参数。
第2章煤巷锚杆—锚索的协调支护
第一节煤巷小孔径预应力锚索的力学性能
一、小孔径预应力锚索的结构与构件的力学性能
小孔径预应力锚索结构可分为三大部分,即内锚固段、钢绞线自由段、外锚固段(包括钢托盘、锚具和钢绞线)。
除了锚固段外,影响锚索使用性能的是钢绞线和锚具的性能。
小孔径预应力锚索结构如图3-1所示。
图3-1小孔径预应力锚索结构示意图
1—内锚固段;2—钢绞线自由段;3—钢托盘;4—锚具;5—钢绞线
1.钢绞线的规格及其力学性能
小孔径预应力锚索使用1×7标准型钢绞线。
这种钢绞线具有破断力高、韧性好、低松驰的特点,既有一定刚度又有一定柔性,可盘成卷便于运输,又可弯曲并实现自身搅拌树脂药卷快速安装,适合在空间尺寸较小的煤巷中使用。
目前,小孔径预应力锚索的钢绞线有1725MPa和l860MPa两种强度级别。
2.锚索锚具的力学性能
锚索锚具是指为了保持钢绞线预紧拉力并将其传递到岩体中的锁紧装置。
锚具可分为以下两类:
(1)张拉端锚具。
安装在钢绞线端部且可用以张拉的锚具。
(2)固定端锚具。
安装在钢绞线端部,通常埋入岩体或混凝土中且不用以张拉的锚具。
小孔径预应力锚索使用的锚具一般是张拉端锚具,而且是单根钢绞线的锚具。
锚具的基本力学特性应满足国家标准GB/T14370--2000关于预应力筋用锚具、夹具和连接器的技术要求。
锚具的静载锚固性能,应由预应力筋一锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数
,以及达到实测极限拉力时组装件受力长度的总应变
确定。
锚具效率系数按下式计算:
(3-1)
式中:
—钢绞线与锚具组装件的实测极限拉力,kN;
—按钢绞线钢材试件实测破断荷载平均值计算的钢绞线的实际平均极限拉力,kN;
—钢绞线协同作用系数,预应力筋——锚具组装件中,预应力钢材为
根时,
,
根时
。
锚具的静载锚固性能应同时满足下面要求:
。
在预应力筋——锚具组装件达到实测极限拉力时,应当是由预应力筋的断裂,而不应由锚具的破坏所导致。
试验后锚具部件会有残余变形,但应能确认锚具的可靠性。
二、端头锚固单根预应力锚索的力学特性
在实际应用中,预应力锚索的力学性能是由孔内锚固端的锚固性能决定的,而孔内锚固端的锚固性能是由孔壁岩性、锚固剂性能及其搅拌程度、钢绞线、托盘、锚具的性能共同决定的。
在锚索深部锚固端可稳定地锚固在坚硬岩层中的前提下,锚索的力学特性主要由钢绞线、锚具的性能以及两者共同作用的综合性能决定。
1.预应力锚索的抗拉强度
由国家标准对锚具的技术要求可知,锚索的承载能力和延伸率不一定能达到钢绞线力学性能的指标,因为锚具在锁紧钢绞线时,由于局部受力对钢绞线造成损伤,使其达不到钢绞线的抗拉强度而断裂。
根据国家标准GB/T14370--2000,在实验室标准检测的试验条件下,由钢绞线锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数
应满足下式要求:
(3-2)
预应力锚索使用的是1×7结构的1860MPa级钢绞线,如该钢绞线的实际平均极限拉力
。
按国家标准标GB/T5224—2003的要求取值。
由表3-1可知,
又可知
,则由式(3—2)可求得钢绞线与锚具组装件在静载作用下的抗拉强度
应满足以下条件:
即
在井下实际应用中,锚索的受力条件和实验室有很大的差别,主要表现在以下几个方面:
(1)孔内锚固端使用锚固剂锚固,即使锚固强度满足要求,但对每根钢绞线的锚固程度可能不同,从而影响钢绞线的整体受力状态。
(2)锚索钢绞线的使用长度是实验室检测长度的4倍以上,由于钢绞线长度大,松弛性增大使其在孔口位置预紧时可能造成7根钢绞线受力不均。
(3)锚索孔口岩壁与钻孔轴线不垂直,这是常见的情况,容易引起钢绞线各钢筋受力不均,造成钢绞线在未达到其抗拉强度时,使各条钢绞线逐根破断。
(4)动载影响。
井下围岩的变形破坏活动使锚索受到波动的载荷作用,有时甚至有冲击载荷的影响。
因此,预应力锚索在工程中的承载能力往往低于实验室测试得的钢绞线与锚具组装件的的承载能力。
根据现场对煤巷预应力锚索的测试结果表明,其破断力一般在
之间。
第2节煤巷预应力锚索的支护作用
软弱破碎围岩煤巷围岩体(锚杆或锚索及所锚固范围的围岩等)锚固系统与其他支护形式的根本区别在于:
一方面,其锚固系统是内承载结构,它能有效地抵抗围岩体内部产生的结构变形并与围岩体共同作用,减小围岩体结构大变形,使得原结构面变形向岩石材料控
制的变形发展,这样可大大减少巷道围岩变形。
另一方面,由于大变形巷道围岩的变形,一般呈“流变”特征,而锚固系统所具有的一定柔性能使它形成内承载结构,即锚岩支护体呈随巷道围岩体变形而变化的“动态”特征。
因此,在这个过程中,巷道锚固系统内的锚杆(或
锚索)与锚固范围内的围岩变形,锚固系统与锚固系统外的围岩体变形要进行调和直至达到匹配,才能发挥出较好支护效果。
上述两方面作用的相互统一,使得巷道围岩锚固系统对于巷道围岩变形具有抑制和耦合作用。
预应力锚索的作用:
一方面,将锚固范围内破坏松动区的岩块悬吊在深部稳定的岩层之上,实现工程力的传递功能;另一方面,它的约束作用可以增强顶板的残余强度,提高顶板的承载能力。
在与围岩相互作用过程中是以哪种支护作用为主,应根据不同的条件侧重点不同。
为了了解预应力锚索在高地应力软弱破碎围岩条件下的支护作用及与围岩相互作用的过程,采用离散元数值计算分析方法,对预应力锚索的承载效果和支护效果进行模拟分析研究。
煤巷高应力软弱破碎围岩条件和锚杆支护参数的数值模型如图3-3所示。
图3-3中,锚索钢绞线长8.0m,顶板锚索孔深7.5m,孔径
mm,使用树脂药卷锚固,锚固段长1.5m;每排锚索2根,间距2.6m,排距2.0m。
图3-3煤巷高应力软弱破碎围岩条件和锚杆支护参数的数值模拟
为了防止掘进迎头破碎顶板松动冒落,顶板锚索在顶板锚杆安装后随即安装,并施加100kN的预紧力。
数值计算按现场掘进施工过程进行模拟,在巷道开挖后,顶板产生16mm的下沉时(施工空顶时间引起的变形),开始安装锚杆和锚索。
因锚索排距为2.0m,在平面模型中将锚索的承载能力(230kN)简化为每米巷道锚索的承载能力(取120kN)。
数值计算结果表明,当巷道顶板中部(测点位置)的下沉达到153mm时,巷道顶板右侧的预应力锚索出现破断,其围岩应力分布如图3—4所示。
由图3—4可见,围岩的松动破坏区并不大,除了巷道右帮因断层面引起较大范围的应力降低区外,巷道顶板及左帮在锚杆锚固范围内的岩体仍有较大的承载应力存在。
这说明右侧锚索的破坏并不是由于悬吊过高的松动载荷而破断的。
图3—4第1根锚索破断时围岩的应力分布
巷道围岩在垂直方向的变形等值量分布如图3—5所示。
由图3—5可见:
①在破断锚索处顶板的下沉量在120~160mm之间。
根据本项目前面对锚索工程延伸量的方法预计,锚索的自由段长度为6.m,安装预.紧力为100kN,则其工程延伸量约为66mm.考虑到
图3-5巷道围岩是垂直方向的变形等值量分布
锚索安装前围岩的位移量及锚索的集中约束力对顶板局部压缩作用,在锚索破断时,顶板的下沉量一般大于锚索的工程延伸量。
②顶板中变形量大于120mm的区域仅为右侧锚索附近的小三角区,如果认为该区为松动区,则相邻的锚杆也足以将该区的岩石稳定住,并不需要锚索的悬吊作用。
当巷道顶板中部下沉量达到254mm时,第2根锚索出现破坏,如图3—6所示。
由巷道围岩的应力状态可知,应力卸载区在不断扩大,左帮一侧的卸载区已大于帮锚杆的锚固范围,顶板及右帮也有相当范围的应力释放区,说明该区岩石已破碎弱化,承载能力降低。
图3-6第2根锚索破断时围岩的应力分布
巷道围岩在垂直方向变形等值轮廓图如图3—7所示,左侧锚索处顶板的下沉量约为110mm,大于锚索的工程延伸量。
巷道顶板变形量大于150mm的区域仍然很小,即使是变形大于100mm的区域也基本处于顶板锚杆的控制区域。
第3节煤巷锚杆——锚索联合支护的作用机理
煤巷围岩的变形较大,巷道一般为矩形或梯形平斜顶断面,当支护不当,顶板容易产生冒落拱。
当冒落拱高度大于锚杆锚固范围时,易造成冒顶事故。
所以,煤巷使用锚索支护的目的是在锚杆支护不可靠时,通过锚索的悬吊作用阻止顶板冒顶。
因此,在煤巷中,锚索的主要作用是悬吊作用,而不是加固作用。
然而,发挥锚索的悬吊作用仅仅是人们使用锚杆一锚索联合支护的出发点或目的,并不是煤巷锚杆一锚索联合支护的实际作用效果。
正如以上数值模拟的分析结果说明的一样,锚杆一锚索联合支护的作用不是锚杆支护作用与锚索悬吊作用的简单组合,其联合支护的作用机理和作用效果与围岩条件、支护方法、施工工艺及支护参数有关,必须根据不同情况进行分析。
一、锚杆一锚索联合支护的加固原理
当锚杆和预应力锚索同时安装时,锚杆与锚索对围岩起到共同的加固作用。
由于锚索的工程延伸.量较小,围岩在该变形范围内产生的松动破坏区较小。
所以,锚杆和锚索均以加固围岩的作用为主,共同提高锚岩支护体的承载能力,保持围岩稳定。
如图3—16所示为围岩与支护的相互作用关系示意图。
图中给出了锚索的力学特性曲线4和锚岩支护体的特性曲线3。
与一般支架的力学特性不同,锚岩支护体的承载能力随着围岩和自身变形的增加而降低。
曲线1为围岩特性曲线,它表示围岩变形与支护强度之间的关系。
根据前述分析,如锚岩支护体和锚索的特性曲线不能与曲线1相交,说明单独采用锚杆支护或锚索支护,都不能控制围岩达到稳定。
如锚杆一锚索联合支护时,其共同支护作用特性曲线2与曲线1相交。
表面联合支护提高了支护体的承载能力,在曲线的交点A处,围岩的变形破坏得到控制,保持了围岩的稳定性。
图3-16围岩与支护的相互作用关系
二、锚杆一锚索支护作用的互补原理
在软弱破碎围岩条件下,巷道围岩的变形量很大,为了避免采用锚杆一锚索联合加固支护时因锚索延伸量超过极限而破断,可以采用类似于软岩支护中的二次支护方法及其作用原理进行锚索加强支护。
在巷道开挖初期,围岩自身的整体性好,通过锚杆的加固作用,锚岩支护体的承载能力较高,围岩在一定变形范围内可以保持自身的稳定。
随着围岩变形的增大,锚岩支护体的承载能力和自稳性降低,同时围岩集中应力移往深部,围岩变形趋于平稳。
在锚岩支护体失稳之前,再通过锚索的悬吊作用,保持锚岩支护体和围岩的稳定。
如图3—18所示为巷道围岩一支护相互作用原理图,曲线ABED为锚岩支护体的特性曲线,锚索的特性曲线为曲线4,锚杆一锚索联合支护特性曲线为ABCD曲线。
由该曲线可知,锚杆和锚索各自发挥了自身的优势。
在巷道开挖支护初期,以锚杆的柔性支护为主,后期以锚索的悬吊作用为主。
两者不是同时联合加强支护,而是相互取长补短,从而大大改善了锚杆支护的整体支护性能,达到控制围岩大变形的目的。
因此,将此支护作用原理称为锚杆一锚索支护作用的互补原理。
图3-18围岩——支护相互作用原理图
第四节煤巷锚杆一锚索协调支护的设计方法
应用锚杆一锚索联合支护的围岩条件比只应用锚杆支护的条件更差,巷道的支护难度更大,对巷道支护设计的要求更高。
根据锚杆支护和锚索加强支护的作用特点,锚杆一锚索联合支护设计应遵循以下原则:
(1)必须同现场实际情况和施工技术相结合,遵照“初始设计一工程监测一修正设计”的设计程序。
(2)当围岩的变形量大于锚索延伸量时,应将锚杆支护参数设计与锚索支护参数设计结合综合考虑。
(3)按照锚杆一锚索支护作用互补原理,锚索支护参数设计除了需确定锚索的锚固深度和悬吊能力外,必须验算锚索的延伸量是否与围岩变形相适应。
一、锚杆一锚索联合支护的初始设计
初始设计在整个支护设计程序中占据重要的位置,初始设计的可靠性和合理性直接关系到试验工程的成败及后期修正设计结果的完善程度。
所以,在初始设计时应尽可能地做到安全可靠和经济合理。
二、锚索适应围岩变形的技术措施
当煤巷顶板下沉量超过80~100mm以上时,多数情况难以采用锚杆支护方法保持顶板的长期稳定,因此需要采用锚索进行加强支护,防止顶板局部冒落。
但是,在这一条件下,顶板趋于稳定时的下沉量往往明显大于锚索的延伸量,为了达到锚杆和锚索支护作用互补的目的,必须合理选择提高锚索适应围岩变形的方法。
防止锚索在围岩变形过程中破断,使其适应围岩大变形的技术途径有:
(1)改变锚索的力学特性,提高钢绞线屈服后的延伸率,从而增大锚索破坏前的总伸长量。
(2)改变支护工艺、支护结构和利用锚杆支护巷道的围岩变形破坏特点,提高锚索的适应性。
第一种途径的研究涉及到对锚索构件材质及其制造工艺的研究,不属于本课题的研究范围。
第二种途径是使用现有的锚索构件,通过改变支护方法,实现锚杆一锚索联合支护的最佳效果。
因此,后一种途径更能满足当前矿井生产的需要。
为此,根据现有煤巷锚杆支护技术的研究成果和大量的现场实践经验,提出以下三种改善锚索加强支护性能的方法。
1.使用木垫板提高锚索抗变形能力
在锚索钢托板与大托板或钢梁之间放置木垫板,如图3—20所示。
采用此方法具有提高锚索抗变形、减缓顶板冲击载荷的作用。
木材具有较好的压缩性能,可以通过选择不同的材质、不同的垫板厚度来调整锚索适应围岩变形量的大小。
图3-20预应力锚索支护结构示意图
2滞后掘进迎头安装锚索
滞后掘进迎头安装锚索是避免锚索因围岩变形过大而破断的一种十分有效的方法。
从支护原理上看,这种方法类似于软岩支护中二次支护或新奥法,即以锚杆支护为一次支护和临时支护,防止围岩松动冒落,并允许围岩产生较大变形。
当围岩变形趋于稳定时,再使用钢筋混凝土碹或加大喷层等刚性强力支护,保证围岩稳定。
与这一支护原理不同的是,滞后安装锚索不是在围岩趋于稳定时再安装锚索,而是以围岩在锚杆支护作用下能安全自稳的阶段为滞后时间,其目的是在锚索安装前最大限度地释放围岩的变形。
安装锚索的滞后时间的确定是以顶板不失稳为前提,而不是以围岩是否趋于稳定来确定。
目前,煤巷锚索的安装位置与掘进迎头的距离视不同情况而不
同,常见的有以下3种情况:
(1)顶板比较稳定,在锚杆支护作用下,距掘进迎头10m范围内的顶板下沉量较小。
这一情况允许顶板锚索滞后掘进迎头安装,从而避免了因同时安装锚杆和锚索影响巷道的掘进速度,降低施工效率。
(2)当掘进迎头顶板较破碎,自稳性差,为了防止锚杆支护后出现冒顶,要求锚索紧跟掘进迎头安装。
(3)如果滞后安装锚索时,可能引起钻孔成形不好而难以安装锚索,要求在掘进迎头安装锚索。
3.合理布置锚索位置
煤巷属于沿层布置的平顶巷道,巷道顶板在不同位置上的变形量是不同的。
在一般条件下,由于巷道两帮煤体的支承作用,巷道顶板的变形规律是中部下沉量最大,两边角处下沉量最小。
当顶板岩层受断层构造影响时,如果断层斜面与巷道断面相交,巷道顶板的变形可能不对称,会出现某一侧下沉量较大的情况。
三锚索适应煤岩变形量的计算方法
当同时采用以上3种锚索适应围岩变形的方法时,锚索可适应围岩的变形量计算方法如下:
假设在上覆岩层作用下,巷道顶板的下沉服从抛物线分布,如图3—24所示。
由于巷道的跨度较小,近似以直线代替。
设巷道宽为B,巷道中部下沉量为S。
锚索安装在巷道宽度的1/4处,则该处顶板的下沉量为巷道中部的s/2。
图3-22软岩巷道锚杆——锚索联合支护数据模拟分析
四锚索承载能力检验
按悬吊理论检验锚索承载能力。
根据数值模拟计算结果,可确定巷道围岩松动破坏区的范围。
如图3—25所示,松动区内的岩石因丧失抗拉、抗剪和抗弯能力而视作松散体,松动区的形状为抛物线型,拱高为
拱跨为2a。
拱的抛物线方程为
(3-21)
图3-25巷道围岩松动区示意图
5、锚杆——锚索支护设计方法评价
第三章煤巷锚网支护
第1节全煤巷道锚杆支护
1、地质力学评估
1煤层及顶板赋存条件
2煤岩层的物理力学性质
3水文地质条件
4地应力
5断面尺寸
二、顶板岩层稳定性与承载能力分析
1层间距为1米时顶板稳定性
2层间距为6米时顶板稳定性
第2节全煤大断面切眼支护
1、切眼地质力学评估
1.煤层及顶、底板赋存条件
在平巷掘进过程中,利用锚索孔和构造地质钻孔现场进行了多次顶板结构探测,切眼内煤层顶板岩层结构为:
上顶为9#顶煤,厚度为2.7m;其上为粉砂岩、中细砂岩互层,厚度为13.9m;8#煤层较薄,厚度仅为0.3m;再往上为大青灰岩,厚度2.7m。
2.煤岩层的物理力学性质
切眼内煤岩层的物理力学性质。
3.水文地质条件
根据实验室实验和现场拉拔测试,加长锚固时水对锚固力影响较小,锚固力达到了设计要求。
因此,支护设计不再考虑水文条件。
4.地应力
1192工作面切眼的埋深为162m,根据岩石平均密度2500
,垂直应力为
。
由于SF2断层影响,实际应力水平将会增高。
5.断面尺寸设计
根据安装、通风、行人等实际现场工程的需要,考虑一定的预留变形量,首采面大断面全煤切眼断面设计为矩形断面,断面尺寸设计为6.3m×2.4m,沿9#煤底板掘进。
二、切眼顶板岩层稳定性分析
1.顶板岩层的稳定与承载能力分析
2.按冒落拱理论计算分析
全煤巷道顶煤一般比较松软、破碎,易于形成冒落拱,其形成的冒落范围可采用平衡自然拱理论分析。
第三节综合沿空留巷锚网支护
沿空留巷是我国煤炭开采的重要护巷技术之
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