《工学矿山地压》教学课件

1、矿山压力与岩层控制作 者：王 超单 位：矿业学院日 期：09.11.202022/8/3第1页，共80页。第八章 巷道维护原理和支护技术主 要 内 容第一节 无煤柱护巷第二节 巷道围岩卸压第三节 巷道金属支架第四节 巷道锚杆支架第五节 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术2022/8/3第2页，共80页。第一节 无煤柱护巷一、护巷煤柱的稳定性传统护巷方法：区段间留煤柱。优点：区段双巷掘进和使用，技术管理简单，有利通风、运输、排水、安全。缺点：煤柱损失大，回风巷受二次采动影响，巷道维护困难，支护费用高。2022/8/3第3页，共80页。第一节 无煤柱护巷1.煤柱的载荷（1）煤柱载荷的估算护巷煤柱上的

2、载荷是由煤柱上覆岩层重量及煤柱一侧或两侧采空区悬露岩层转移到煤柱上的部分重量所引起。2022/8/3第4页，共80页。第一节 无煤柱护巷（2）煤柱宽度的理论计算计算依据：煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷不超过它的极限强度。2022/8/3第5页，共80页。第一节 无煤柱护巷2.煤柱的应力分布（1）一侧采空煤柱的弹塑性变形区及铅直应力的分布 破裂区、塑性区、弹性区、原岩应力区。 运用极限平衡理论计算塑 性区宽度X0变化范围为3-20m，一般为5-12m，应力降低区宽度为2-7m，一般为3-5m。2022/8/3第6页，共80页。第一节 无煤柱护巷（2）两侧采空煤柱的弹塑性变形区及铅直应力的分布B

3、2L煤柱中央的载荷均匀分布且为H2LBL煤柱中央支承压力叠加且大于H2022/8/3第7页，共80页。第一节 无煤柱护巷BL两侧边缘支承压力峰值重叠2022/8/3第8页，共80页。第一节 无煤柱护巷3.护巷煤柱的稳定性（1）护巷煤柱的宽度煤柱的边界条件、力学性质、几何尺寸和形状。（2）护巷煤柱保持稳定的基本条件护巷煤柱一侧为回采空间，一侧为采准巷道。回采空间和采准巷道在护巷煤柱两侧形成各自的塑性变形区x0、x1。2022/8/3第9页，共80页。第一节 无煤柱护巷二、老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系1.沿空巷道顶板关键岩层关键岩层：一些较坚硬并具有一定厚度的岩层破断后形成的结构直接影响着采场

4、及周围巷硐的矿压显现和岩层活动，这些对岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层。关键层判别的依据：变形和破坏特征；主关键层：关键层破断时，其上覆全部岩层的下沉变形是相互协调一致的，称为岩层活动的主关键层。亚关键层：关键层破断时，其上覆局部岩层的下沉变形是相互协调一致的，称为岩层活动的亚关键层。2022/8/3第10页，共80页。第一节 无煤柱护巷2.采空区上覆岩层结构与沿空巷道的关系老顶周期性破断，沿工作面走向形成砌体梁结构，在工作面端头破断形成弧形三角块。沿工作面倾斜方向，岩块A、B、C组成铰接结构。老顶三角块结构影响巷道稳定性。2022/8/3第11页，共80页。第一节 无煤柱护巷3.

5、沿空掘巷合理位置的确定煤体内的破裂区和塑性区，支护载荷相对较小。计算老顶在煤壁内的断裂位置。确定沿空巷道的位置。2022/8/3第12页，共80页。第一节 无煤柱护巷三、沿空巷道的矿压显现规律1.沿倾斜方向支承压力分布规律随着远离采面和时间的延续，会逐渐趋向缓和与均化，最终成为稳定的残余支承应力。煤体和围岩的强度对支承压力分布曲线有很大影响。2022/8/3第13页，共80页。第一节 无煤柱护巷2.煤体煤柱（采动稳定）巷道围岩变形与护巷煤柱宽度的关系不同围岩性质和开采深度条件下，护巷煤柱宽度见表8-1.2022/8/3第14页，共80页。第一节 无煤柱护巷巷道顶底板移近率与护巷煤柱x关系曲线见

6、图8-10.2022/8/3第15页，共80页。第一节 无煤柱护巷3.沿空巷道的矿压显现（1）沿空掘巷的围岩应力和围岩变形2022/8/3第16页，共80页。第一节 无煤柱护巷（2）窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形窄煤柱巷道是指巷道与采空区之间保留58m宽的煤柱。2022/8/3第17页，共80页。第一节 无煤柱护巷（3）沿空掘巷的三种方式完全沿空掘巷：就是上区段采动影响稳定后，紧贴上区段废弃的巷道，在煤层边缘的煤体内重新掘进一条巷道，如图8-13.2022/8/3第18页，共80页。第一节 无煤柱护巷留小煤墙沿空掘巷：在上区段采动影响稳定后，巷道不紧贴上区段采空区边缘掘进，而是在巷道与采空区之

7、间留设1-3m的隔离小煤墙，如图8-14.2022/8/3第19页，共80页。第一节 无煤柱护巷保留老巷部分断面的沿空掘巷：留一条巷掘一条巷。实际上可用大断面的沿空掘巷或留巷取代。我国常用的是留小煤墙的沿空掘巷方式，小煤墙宽度不超过1-3m。2022/8/3第20页，共80页。第一节 无煤柱护巷四、沿空留巷的矿压显现1.采动时期的受力状况沿空留巷是在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。规则移动带岩层结构的运动和不稳定状态引起围岩应力再次重新分布和集中，造成围岩变形强烈。2022/8/3第21页，共80页。第一节

8、无煤柱护巷2.沿空留巷的顶板下沉规律回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。（1）岩层起始沉降期：采面前2040m处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩层起始沉降期。（2）岩层强烈沉降期：在煤层开采后，垮落带岩层冒落，规则移动带岩层及上覆岩层急剧沉降，在工作面后方1020m处，下沉速度最大，在工作面后方0-60m范围内，下沉量占最终下沉量的80左右。（3）岩层沉降衰减期：在工作面后方约60m以外，规则移动带及上覆岩层沉降速度逐渐衰减，在工作面后100m左右，岩层运动基本稳定。这个时期内岩层的下沉

9、量占最终下沉量的15左右。（4）“给定变形”：若直接顶冒落充满采空区，老顶就处于平衡状态，采动期间沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚呈正比关系，一般为采高的1020。2022/8/3第22页，共80页。第一节 无煤柱护巷五、沿空留巷巷旁支护形式1.巷旁支护的作用巷旁支护是指巷道断面范围以外，与采空区交界处架设的一些特殊类型的支架或人工构筑物。作用：控制直接顶的离层和及时切断直接顶，使垮落矸石在采空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。减少巷内支护所承受的载荷，保持巷道围岩稳定。及时封闭采空区，防止漏风和煤炭自然发火，避免采空区内有害气体逸出。要求：合理的架型、较高的工作阻力、较大的增阻速度、足

10、够的可缩量，工作阻力、增阻速度和可缩量的合理匹配。2022/8/3第23页，共80页。第一节 无煤柱护巷2.巷旁支护的类型和适用条件传统类型：木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块支护。缺点：增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多、机械化程度不高。整体浇注巷旁充填技术在煤层顶、底间浇注充填材料，形成密实的整体。2022/8/3第24页，共80页。第一节 无煤柱护巷3.整体浇注巷旁充填技术（1）低水材料巷旁充填水体积比70的浆体材料称为中、低水材料，流动性能差、可用风力输送或短距离水力运输。（2）高水材料巷旁充填水体积比70的浆体材料称为高水材料，流动性好、可长距离水力运输。20

11、22/8/3第25页，共80页。第二节 巷道围岩卸压一、跨巷回采进行巷道卸压1.跨巷回采卸压的机理煤层开采后煤层底板中形成应力增高区、应力降低区巷道位于应力降低区，易于维护2.跨巷回采的应用及矿压显现规律纵跨：跨采面推进方向与被跨采巷道轴向平行称为纵跨。横跨：跨采面推进方向与被跨采巷道轴向垂直称为横跨。（1）采面纵跨岩石集中平巷距煤柱近，围岩变形量大、变形速度大。（2）采面横跨石门距上部煤层采空区上区段隔离煤柱水平距离近，受煤柱传递的支承压力的影响要大。2022/8/3第26页，共80页。第二节 巷道围岩卸压（3）工作面跨越上山回采上山一侧的采面，在另一侧的采面距上山较远时就跨越上山，下区段工

12、作面回采时将区段间保留煤柱全部回收。跨采方法同上，但区段间保留煤柱。一侧采面先采至上山煤柱处停采，然后另一侧采面再跨越上山回采，保留区段煤柱。2022/8/3第27页，共80页。第二节 巷道围岩卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压1.巷道周边围岩开槽卸压的力学原理巷道周边围岩开槽卸压的力学原理是使原来作用于周边围岩的高应力向卸压区以外的岩体深部转移。作用：深部岩体强度高，可承受掘巷引起的集中应力；在其支承下和保护下，卸压区内的岩体保持稳定；卸压区岩体的结构及完整性未完全破坏，仍然有一定的残余强度，并向岩体自承结构提供侧向约束力，提高围岩整体的稳定性。2022/8/3第28页，共80页。第二节 巷

13、道围岩卸压2.巷道周边切缝前后围岩中的应力分布数值分析2022/8/3第29页，共80页。第二节 巷道围岩卸压三、利用卸压巷硐进行巷道卸压实质：在被保护的巷道附近，开掘专门用于卸压的巷道或硐室。转移附近煤层开采的采动影响，促使采动引起的应力分布再次重新分布，最终使被保护巷道处于开掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。1.在巷道一侧布置卸压巷硐在护巷煤柱中与巷道间隔一定距离掘一条卸压巷道，形成的窄煤柱称为让压煤柱，宽煤柱称为承载煤柱，巷道周围的应力分布将发生变化。高集中应力作用于远离巷道的承载煤柱，仅有一少部分应力作用在让压煤柱上；承载煤柱在高应力作用下产生的大量变形也被卸压巷道的空间所吸收。2022

14、/8/3第30页，共80页。第二节 巷道围岩卸压2.在巷道顶部布置卸压巷硐巷道顶部的卸压巷硐布置在被保护巷道与上部开采煤层之间，使被保护巷道避开上部煤层跨采时产生的剧烈影响，处于卸压巷硐形成的应力降低区。2022/8/3第31页，共80页。第二节 巷道围岩卸压2022/8/3第32页，共80页。第二节 巷道围岩卸压四、掘前预采掘前预采是底板巷道尚未开掘之前，在预定掘巷位置上方的煤层中，先布置工作面进行回采。待开采引起的岩层移动稳定后，在采空区下部底板岩层中开掘巷道。是最理想的卸压方法，可使巷道围岩变形量减小4/5-5/6。2022/8/3第33页，共80页。第三节 巷道金属支架 一、巷道支架支

15、护原理1.巷道金属支架的工作特性巷道空间上方岩层的重量由巷道支架与巷道周围岩体共同承担，二者组成一个共同的承载体系。巷道支架只承担上覆岩体重量的1%-2%。巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着根本区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护对象围岩本身的力学性质和结构有密切关系，即“支架围岩”相互作用关系。“支架围岩”系统主要指“直接顶支架直接底（两帮）”系统。2022/8/3第34页，共80页。第三节 巷道金属支架2. “支架围岩”相互作用的基本状态（1）给定载荷状态。当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，支架仅受到离层或脱落岩石自重压力作用。（

16、2）给定变形状态。当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落时，支架的受载和压缩变形将取决于上覆岩层的运动状态。这种情况下仅靠支架本身的支撑力无法阻止上覆岩层的运动，只有当上覆岩层下沉过程中受到采空区已冒落矸石或充填物阻挡时，支架的收缩变形才能停止。2022/8/3第35页，共80页。第三节 巷道金属支架 3.“支架围岩”相互作用原理支架在围岩内部应力平衡关系中作用微小但极其重要和必不可少。支架的工作阻力，尤其是初撑力在一定程度上能有效地抑制直接顶离层，控制围岩塑性区的再发展和持续变形，保持围岩的稳定。因此，巷道支架系统必须具有适当的强度和一定的可缩性，才能有效地控制和适应围岩的变形。地下工程中围

17、岩不仅是施载体，在一定条件下还是一种承载构件，上覆岩层的绝大部分重量完全是由自身承担的。因此，合理的“支架围岩”相互作用关系是充分利用围岩的自承力和承载力。人为的支护作用是在围岩强度、结构、受力环境、位移与力的边界条件等方面创造条件，促进围岩形成自稳和承载结构。2022/8/3第36页，共80页。第三节 巷道金属支架巷道周边位移量与支护阻力的关系曲线如图中所示。c点左侧为弹塑性阶段；c点右侧围围岩松动破裂开始脱落，对支架产生松动压力。、 分别为可缩性支架、刚性支架工作特性曲线。支架不宜在B区间工作，在A区间工作时，支架工作点适宜在c点左侧附近。2022/8/3第37页，共80页。第三节 巷道金

18、属支架 4 .“支架围岩”相互作用原理的应用（1）实行二次支护一次支护及时封闭和隔离围岩，防止围岩暴露面上的危石掉落，同时限制围岩初期位移。二次支护应在初次支护尚未 失效，围岩移近速度已经很小的适当时间进行。（2）采用柔性支护金属可缩性支架不仅对围岩的变形产生一定阻力，本身还具有可缩性，避免支架严重变形和损坏。（3）强调主动支护采用具有一定初始工作阻力的金属支架，加大巷道围岩的围压，提高巷道围岩的强度，减轻支架承受的载荷，进行巷道支架壁后充填和喷射混凝土，可改善支架受力状态和围岩赋存环境，提高支架和围岩的承载能力。2022/8/3第38页，共80页。第三节 巷道金属支架 二、巷道金属支架1.矿

19、用支护型钢U型钢和矿用工字钢是两种主要的矿用支护型钢。工字钢有9号、11号、12号。U型钢有U18、U25、U29、U36。2.U型钢可缩性支架（1）U型钢拱形可缩性支架：一般由拱形顶梁、棚腿和连接件组成。根据巷道断面尺寸、主要来压方向及围岩移近量的大小，可采用不同的结构形式，支架一般3-5节，支架基本结构类型见图8-30。2022/8/3第39页，共80页。第三节 巷道金属支架 2022/8/3第40页，共80页。第三节 巷道金属支架（2） U型钢梯形可缩性支架：属于平顶形可缩性支架，支架的基本构件加工制造方便，从掘进施工工艺来看无需挑顶，便于巷道掘进和有利于保持顶板的完整。U型钢梯形可缩性

20、支架有垂直可缩和垂直、侧向双向可缩两种架型。2022/8/3第41页，共80页。第三节 巷道金属支架（3） U型钢封闭形可缩性支架围岩松软、底鼓严重、两帮移近量大的巷道。可使用U型钢封闭形可缩性支架支护。封闭形可缩性支架的主要架型有马蹄形、圆形和方（长）环形。2022/8/3第42页，共80页。第三节 巷道金属支架 3.矿用工字钢支架（1）矿工钢刚性支架矿工钢刚性支架支护体系中的缩量包括柱腿插入底板、架后破碎矸石压缩、接榫处木垫压缩以及支架本身的挠曲变形等。梯形刚性支架有一梁二柱和加设中柱两种基本形式。拱形刚性支架有以下三种。2022/8/3第43页，共80页。第三节 巷道金属支架（2）矿工钢

21、梯形可缩性支架 支架侧向可缩量一般取200-400mm，垂直可缩量200-500mm。依据可缩结构的类型可分为螺栓连接式、楔紧连接式、插底式侧向可缩和垂直可缩三种形式。2022/8/3第44页，共80页。第三节 巷道金属支架 三、巷道支架的选型金属支架的承载能力分极限承载能力和实际承载能力。极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最大承载能力，以支架不出现塑性变形为标准。实际承载能力是可缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连接件和支架的工作状况决定。各种支架架型的力学特性和适用条件见下表。2022/8/3第45页，共80页。第三节 巷道金属支架 2022/8/3第46页，共80页。第三节

22、巷道金属支架四、金属支架的拉杆和背板1.拉杆单个支架之间用拉杆使支架沿巷道轴向相互联成一体， 可防止支架歪斜、扭转，增加支架的纵向约束提高支架的稳定性和承载能力。常用的拉杆有圆钢拉杆、扁钢拉杆、角钢拉杆、可调节拉杆等。2.背板背板属于架间防护材料，其作用是传递巷道围岩载荷，防止架间离散岩块冒落，使支架受力均匀具有较高的承载能力。背板的种类按力学性质可分为刚性、弹性、柔性三种。2022/8/3第47页，共80页。第四节 巷道锚杆支护一、锚杆种类和锚固力锚杆是锚固在岩体内维护围岩稳定的杆状结构物。单体锚杆主要由锚头（锚固段）、杆体、锚尾（外锚头）、托盘等部件组成。1.锚杆的分类（1）按锚杆的锚固方

23、式划分机械锚固式：胀壳式锚杆、倒楔式锚杆、楔缝式锚杆粘结锚固式：树脂锚杆、快硬水泥卷锚杆、水泥砂浆锚杆摩擦锚固式：缝管式锚杆、水胀式管状锚杆 2022/8/3第48页，共80页。第四节 巷道锚杆支护（2）按杆体锚固段长短划分端头锚固、全长锚固、加长锚固（3）按锚杆杆体的工作特性划分刚性锚杆、有限可拉伸锚杆、可拉伸锚杆（4）按锚杆作用特点划分主动式锚杆、被动式锚杆（5）按制造锚杆杆体的材料划分木锚杆、竹锚杆、金属锚杆、（钢筋）混凝土锚杆、聚酯锚杆2022/8/3第49页，共80页。第四节 巷道锚杆支护2.锚杆的锚固力国标GBJ86-85将锚固力定义为锚杆对围岩的约束力。（1）根据锚杆对围岩的约束

24、方式定义锚固力托锚力：托锚力包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托板对围岩的预紧力，水胀式管状锚杆杆体纵向收缩，使托盘对围岩产生预紧力，以及锚杆托板阻止围岩向巷道内位移时，对围岩施加的径向支护力。粘锚力（剪锚力）：粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部与浅部变形的差异，锚杆通过粘结剂对围岩施加粘结力来抑制围岩变形。粘锚力就是锚杆杆体的轴力。切向锚固力：围岩的变形大多从岩体的弱面开始，在围压作用下围岩沿弱面滑动或张开。锚杆体贯穿弱面，限制围岩沿弱面滑动或张开，这种限制力称为切向锚固力。2022/8/3第50页，共80页。第四节 巷道锚杆支护（2）根据锚杆的锚固作用阶段定义锚固力初锚力：安设

25、锚杆时，对锚杆进行拉张而使其具有的作用于围岩的力称为初锚力。工作锚固力：锚杆安设后，围岩变形，锚固剂发挥粘结作用；或者杆体与围岩之间摩擦力制约围岩变形，此时锚杆对围岩的作用力为工作锚固力。残余锚固力：当围岩表面和深部的相对变形量超过锚固剂的极限变形量以后，锚固剂被破坏，工作锚固力丧失。但由于已破坏的锚固剂仍具有残存粘结强度，钻孔围岩、破坏的锚固剂、锚杆杆体之间存在摩擦力，锚杆对围岩仍具有约束力，称为残余锚固力。 2022/8/3第51页，共80页。第四节 巷道锚杆支护 二、锚杆支护理论1.悬吊理论锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，增强较软弱岩层的稳定性。如果巷道浅部围岩

26、松软破碎，顶板出现松动破裂区，锚杆的悬吊作用是将这部分易冒落岩体锚固在深部未松动的岩层上。2022/8/3第52页，共80页。第四节 巷道锚杆支护2.组合梁理论如果顶板岩层中存在若干分层，组合梁理论认为锚杆的作用一方面提供锚固力增加岩层间的摩擦力，阻止岩层沿层面继续滑动，避免出现离层现象；另一方面锚杆杆体可增加岩层间的抗剪强度，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成一个较厚的岩层。 2022/8/3第53页，共80页。第四节 巷道锚杆支护 3.组合拱（压缩拱）理论在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆，从杆体两端起形成圆锥形分布的压应力区，如果锚杆间距足够小，各个锚杆形

27、成的压应力圆锥体相互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即压缩拱。压缩拱内岩石径向、切向均受压，处于三向应力状态，围岩强度得到提高，支承能力相应增大。2022/8/3第54页，共80页。第四节 巷道锚杆支护 4.最大水平应力理论该理论认为矿井岩层的水平应力通常大于铅直应力，巷道顶板的稳定性主要受水平应力的影响。围岩层状特征比较突出的回采巷道开挖后引起应力重新分布时，铅直应力向两帮转移，水平应力向顶底板转移。铅直应力的影响主要显现于两帮，导致两帮的破坏；水平应力的影响主要显现于顶底板岩层。锚杆的作用是沿锚杆轴向约束岩层膨胀和在垂直锚杆轴向方向约束岩层剪切错动。2022/8/3第55页，共80页。

28、第四节 巷道锚杆支护5.围岩强度强化理论围岩强度强化理论是针对软岩煤巷围岩 提出的。其要点如下：（1）巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域的岩体相互作用形成统一的承载结构。（2）巷道锚杆支护可提高被锚固体的力学参数，改善被锚固体的力学性能。（3）巷道围岩存在破碎区、塑性区和弹性区，锚杆锚固区的岩体则处于破碎区或处于上述2-3个区域中，相应锚固区的岩体强度处于峰后强度或残余强度。锚杆支护使巷道围岩特别是处于峰后区围岩强度得到强化，提高峰值强度和残余强度。（4）煤巷锚杆支护可以改变围岩的应力状态，增加围压，从而提高围岩的承载能力。（5）巷道围岩锚固体强度提高后，可减少巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷

29、道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于保持巷道围岩的稳定。2022/8/3第56页，共80页。第四节 巷道锚杆支护三、锚杆1.机械式锚杆机械锚固锚杆一般是端头锚固式，安装锚杆时需要施加预紧力，属于主动式锚杆。 常见锚头类型包括胀壳式、倒楔式和楔缝式。2022/8/3第57页，共80页。第四节 巷道锚杆支护2.摩擦式锚杆摩擦式锚杆是通过钢管与孔壁之间的摩擦作用达到锚固的目的， 多为全长锚固式。主要包括缝管锚杆和水力膨胀锚杆。2022/8/3第58页，共80页。第四节 巷道锚杆支护 3.粘结式锚杆粘结式锚杆主要成分为树脂锚杆、快硬水泥卷锚杆和水泥砂浆钢筋锚杆。（1）树脂锚杆树脂锚杆

30、由锚固剂（树脂胶囊）、杆体、托盘和螺母等组成。锚固剂：树脂锚固剂通常是将树脂、固化剂、促凝剂严密包装在一定长度和直径的胶囊中，树脂和促凝剂装在一室，固化剂与之隔离包装在另一室。胶囊被锚头捣破搅拌后，促凝剂促进树脂和固化剂发生化学反应，使锚杆杆体通过锚固剂与钻孔壁固结在一起。2022/8/3第59页，共80页。第四节 巷道锚杆支护锚杆杆体：是锚杆的主体，杆体材质及表面结构直接影响锚固范围内围岩的支护阻力。依照杆体屈服强度s将锚杆分为三类： s340MPa，普通锚杆，大多采用Q235圆钢； 340MPas 600MPa，20MnSi螺纹钢；高强度锚杆； s 600MPa，超高强度锚杆，普通螺纹钢强

31、化热处理。锚杆托板与螺母：托板有圆形、四方形、三角形、矩形、球面形和锥形托板。2022/8/3第60页，共80页。第四节 巷道锚杆支护螺母有钢片充填式螺母、树脂充填式螺母、销钉式螺母、外销钉式扭矩螺母。2022/8/3第61页，共80页。第四节 巷道锚杆支护（2）快硬水泥卷锚杆水泥锚固锚杆是以快硬水泥卷代替树脂胶囊，其粘结方式分端头锚固和全长锚固。水泥锚固锚杆具有适应性好、价格低廉、施工方便等有点。但其锚固力及其他技术指标不如树脂锚杆，水泥卷的水泥水化操作困难。水泥卷浸水时间短，水化不够，出现“夹馅”现象；浸泡时间过长，水泥卷会过早硬结。（3）水泥砂浆钢筋锚杆水泥砂浆钢筋锚杆是一种全长锚固式锚

32、杆。这种锚杆依赖水泥砂浆凝固后的强度将锚杆和钻孔壁粘结在一起、岩体发生变形时，锚杆起到锚固作用。2022/8/3第62页，共80页。第四节 巷道锚杆支护4.可延伸和可切割、可回收锚杆（1）可延伸锚杆按其工作原理可分为结构可延伸式和杆体可延伸式。前者是对杆体内锚头、外锚头及托板等构件采用特殊结构实现可延伸的目的。（2）可切割、可回收锚杆可切割和可回收锚杆是在木锚杆、竹锚杆控制围岩效果较差和金属锚杆影响采煤机正常割煤的情况下研制出的。如玻璃纤维锚杆、双楔胀壳式锚杆、两节式镦头锚杆、对接式锚杆。2022/8/3第63页，共80页。第四节 巷道锚杆支护四、组合锚杆1.锚梁网联合支护将锚杆与掩护网、托梁

33、联合使用，组成一个以锚杆为主的整体承载机构。锚杆一般为树脂锚杆，掩护网有金属菱形网、金属经纬网、塑料网、钢筋网，托梁和钢带主要有W型钢带、钢筋梯子梁、M型钢铁、型轻型钢带。2022/8/3第64页，共80页。第四节 巷道锚杆支护 2022/8/3第65页，共80页。第四节 巷道锚杆支护2.桁架锚杆支护桁架锚杆由锚杆、拉杆、拉紧器、垫块组成。桁架锚杆的主要形式有单式、复式、交叉、连续桁架锚杆。 复式：在巷道跨度方向上由2-3个单式桁架锚杆交错组成。交叉：在巷道交叉处单式桁架锚杆交叉成十字形。 连续：沿巷道轴向将单式或复式桁架锚杆连成整体。2022/8/3第66页，共80页。 2022/8/3第6

34、7页，共80页。第四节 巷道锚杆支护桁架锚杆支护作用： 桁架锚杆在顶板岩层内形成水平和铅直方向的挤压应力区。锚杆的锚固力和拉杆的预拉紧力，使顶板的“中性轴”下移，增加了顶板岩层的抗弯能力，减小顶板内部及其表面的张应力。对于破碎顶板，桁架锚杆提供的水平压力增大了沿巷道横向一组裂隙的摩擦因素，提高裂隙梁的“完整性”，有利于顶板梁的成拱作用。通过拉杆可以协调锚杆之间的受力变形，将同一拉杆的若干根锚杆构成整体支护结构。另一方面，当顶板弯曲变形和弯曲下沉时，拉杆和倾斜锚杆的共同作用使顶板内部及其裂隙体中产生更大的挤压应力和摩擦力，减少甚至抵消巷道顶板中部可能产生的拉应力，以阻止顶板的进一步弯曲和下沉，使

35、顶板更快趋于稳定。2022/8/3第68页，共80页。第四节 巷道锚杆支护五、预应力锚索1.锚索及其分类预应力锚索与普通锚杆相比锚索长度较大，能锚入深部较稳定的岩层中，同时施加较大的预应力。常见的预应力锚索有账壳式钢绞线预应力锚索和砂浆粘结式预应力锚索。锚索可分为单根锚索和锚索束、树脂锚固锚索、水泥注浆锚固锚索、树脂水泥注浆联合锚固锚索、端部锚固锚索和全长锚固锚索、预应力锚索和非预应力锚索。 2022/8/3第69页，共80页。第四节 巷道锚杆支护 2.小口径预应力锚索的结构由内锚固段、钢绞线自由锻、外锚固段组成。2022/8/3第70页，共80页。第五节 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 一、软岩的基本属性1.软岩的概念（1）地质软岩：是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层的总称。（2）工程软岩：是指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。巷道工程力是指作用在巷道工程岩体上的力的总和，工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。2022/8/3第71页，共80页。第五节 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术 2.软岩的基本属性（1）软化临界荷载岩石的蠕变试验表明，施加的载荷小于某一载荷水平时，岩石处于稳定变形状态，蠕变曲线趋于某一变形值。施加的载