采矿课件第七章巷道支持

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《采煤概论》精品课程第7章巷道支护本意章主要内容第7章巷道支护第一节巷道围岩压力的概念第二节巷道支护及其材料第一节巷道围岩压力的概念一、巷道围岩压力地下岩体在开挖以前，由于自重和构造所引起的应力是处于平衡状态。当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，就会引起岩体内部应力的重新分布。表现为巷硐周围煤、岩体产生移动、变形甚至破坏，直到煤、岩体内部形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程中，巷道本身或安设在其中的支护物会受到各种力的作用。这种由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力，就叫做“矿山压力”。第一节巷道围岩压力的概念在矿山压力的作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉，底板臌起，巷道变形后断面缩小，岩体破坏散离甚至大面积冒落，煤被压松产生片邦或突然抛出，支架严重变形或损坏，充填物被压缩，以及大量岩层移动地表塌陷等等。这些由于矿山压力作用，使围岩、煤体和各种人工支护物产生的种种力学现象，统称为“矿山压力显现”。围岩膨胀、崩解体积增大而施加于支护上的压力，称为膨胀压力。膨胀压力与变形压力的基本区别在于它是由吸水膨胀而引起的。从现象上看，属于变形压力范畴，但两者的变形机制截然不同，前者是指与水发生物理化学反应，后者主要是围岩应力与结构效应。第一节巷道围岩压力的概念二、影响巷道围岩压力的地质因素影响围岩压力的因素很多，通常可分为地质、开采和支护等类，影响围岩压力的地质因素有：原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。(1)原岩应力状态原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。原岩应力随开采深度的增加而增长。所以，随采深的增加，巷道围岩压力会明显增长。原岩体中主应力的大小和方向不同，对巷道的影响作用不同，也直接影响到围岩压力。(2)围岩力学性质围岩力学性质是指它的强度(包括抗压、抗拉、抗剪等各种强度和粘聚力c、内摩擦角φ等值)和变形性质及其它力学属性。不言而喻，强度小的岩体，围岩压力必然大，反之亦然。C、φ值大的岩体，其围岩压力小，反之亦然。其中φ的影响要较c大。岩体的变形性质是指它的弹性、塑性和粘性。岩体的塑性变形和粘性流动是影响围岩压力大小的重要因素，许多围岩压力较大的巷道，常常是由它引起的。第一节巷道围岩压力的概念(3)岩体结构当结构面强度远小于结构体强度时，结构对围岩压力的影响极大。通常岩体破坏首先从弱面开始，这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区、破坏带、断层和褶皱区显现强烈的重要原因。由于层状岩体具有定向弱面，所以层状岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关。如果岩层走向与巷道轴向平行或夹角很小，则岩体结构容易与巷道轴线形成不稳定的松动体，因而围岩压力大。水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好，因而帮压较小，而顶压较大。(4)膨胀压力的影响因素影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态，物理化学性质，围岩中水分的补给状况，水与岩石的接触条件，支护和充填层的可塑性等。第一节巷道围岩压力的概念三、巷道矿压控制原理巷道中的矿压显现是客观的自然现象，除了一些特殊情况外，在采掘过程中企图完全消除这种现象是不可能的。然而在掌握巷道矿压显现规律的基础上，以岩石力学理论为指导，有可能在不同程度上减轻矿压显现对巷道的危害，从而达到安全生产和取得较好技术经济效果的目的，这是巷道矿压控制的基本任务。第一节巷道围岩压力的概念巷道矿压控制的三类方法及途径：第一类：巷道保护

第二类：巷道支护第三类：巷道维护（维修）目前所采用的各种矿压控制方法，从其对付矿压的原理来看不外“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压”等几种。巷道矿压控制基本原理及途径控制方法基本原理具体措施举例主要优缺点抵抗矿压（抗压）提高支架的支撑能力或支护密度，用加强支护的手段去抑制或减少围岩移动，增强巷道抗变形能力以对付矿压的作用1.增大型钢重量，提高支架承载能力2.增加支护密度3.充填支架背后空间巷道布置地点及掘进时间可不受限制，但为此要消耗大量支护材料，支护劳动量大，使开采费用大幅度提高忍让矿压（让压）在采用适当支护措施和保持支架本身不遭受严重破前提下，容忍围岩产生一定变形，以释放掉一些能量（也称应力释放）1.采用有一定工作阻力的大可缩支架2.为巷道受压收缩预留备用断面3.容忍巷道底鼓然后进行机械化起底可在一定程度上利用围岩自承力，减轻支架受载，应用得当可实现无维修护巷，对生产极为有利，但会增加支架结构的复杂性或多支出掘进与起底费用躲避矿压（躲压）将巷道布置在应力经重新分布后岩体已处于卸载状态的天然低应力区，从时间上和空间上躲开高压力的作用1.在煤体边缘或煤体下放的低压区内布置巷道2.错过高压作用的时间，等压力充分稳定后再掘巷可在不同程度上减轻巷道受压，有利于支护工作，但有时要多开一些辅助巷道（如联络眼等），或要求延迟掘进时间，不利于采掘接替工作转移矿压（移压）通过人为方法使巷道围岩受到松动，形成卸载槽孔或其他形式的卸载空间，迫使载荷转移到离巷道较远的地点，达到减轻巷道受压的目的1.在巷道或底板中形成卸载槽孔2.宽面掘进或在巷旁故意留出卸载空间3.用跨采工作面使巷道得到卸载巷道布置地点及掘进时间可不受限制，但要增加与采用卸载措施有关的额外费用第二节巷道支护及其材料传统的巷道支护有木支护、料石及混凝土砌碹、矿工钢支护、U型钢支护。目前，广泛采用的有锚杆支护以及喷射混凝土支护。一、木材支架

二、料石和混凝土砌碹三、金属支架：承载能力大，可多次复用，储运方便，安装容易及迅速等优点。料石支护的基本形状金属属支支架架第二二节节巷巷道道支支护护及及其其材材料料①矿矿用用工工字字钢钢刚刚性性支支架架②微微拱拱形形刚刚性性金金属属支支架架③矿矿用用工工字字钢钢梯梯形形可可缩缩性性支支架架④U型型钢钢拱拱形形可可缩缩性性支支架架⑤U型型钢钢梯梯形形可可缩缩性性支支架架四、、锚锚杆杆支支护护1.普普通通圆圆钢钢粘粘结结式式锚锚杆杆2．．可可拉拉伸伸锚锚杆杆3．．高高强强度度和和超超高高强强度度锚锚杆杆4．．管管缝缝式式锚锚杆杆5．．可可切切割割锚锚杆杆和和可可回回收收锚锚杆杆6．．桁桁架架锚锚杆杆7．．组组合合锚锚杆杆第二二节节巷巷道道支支护护及及其其材材料料五、、喷喷射射混混凝凝土土支支护护喷射射混混凝凝土土支支护护是是用用喷喷射射机机将将混混凝凝土土混混合合物物喷喷射射在在岩岩石石表表面面上上硬硬化化而而成成的的一一种种支支护护。。先先将将砂砂、、石石过过筛筛，，按按配配合合比比和和水水泥泥一一同同送送入入搅搅拌拌机机内内搅搅拌拌，，然然后后用用矿矿车车将将拌拌合合料料运运送送至至工工作作面面，，经经上上料料机机装装入入以以压压缩缩空空气气为为动动力力的的喷喷射射机机，，在在经经输输料料管管吹吹送送到到喷喷头头处处与与水水混混合合后后喷喷射射在在岩岩面面上上。。六、、锚锚喷喷支支护护锚杆杆和和喷喷射射混混凝凝土土虽虽各各有有优优点点，，但但也也都都有有不不足足之之处处。。锚锚喷喷联联合合支支护护，，恰恰能能做做到到使使二二者者取取长长补补短短，，互互为为补补充充，，是是一一种种性性能能更更好好的的支支护护形形式式。。锚锚杆杆与与其其穿穿过过的的岩岩体体形形成成承承载载加加固固拱拱，，喷喷射射混混凝凝土土的的作作用用则则在在于于封封闭闭围围岩岩，，防防止止风风化化剥剥落落，，和和围围岩岩结结合合在在一一起起，，对对锚锚杆杆间间的的表表面面岩岩石石起起支支护护作作用用。。思考考题题1．．什什么么是是巷巷道道围围岩岩压压力力，，其其影影响响因因素素有有哪哪些些？？2．．简简述述巷巷道道矿矿压压控控制制的的途途经经和和方方法法？？3．．简简述述金金属属支支架架的的类类型型及及使使用用条条件件？？4．．简简述述喷喷射射混混凝凝土土支支护护的的特特点点？？5．．什什么么是是锚锚杆杆支支护护，，从从锚锚固固方方式式、、锚锚固固长长度度方方面面锚锚杆杆支支护护如如何