07巷道支护

2020/1/20华北科技学院井巷工程1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2020/1/20华北科技学院井巷工程2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的。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，引起岩体内部应力重新分布。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”。2020/1/20华北科技学院井巷工程3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，煤被压松产生片帮或突然抛出，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2020/1/20华北科技学院井巷工程4二、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。第一节巷道围岩压力的概念2020/1/20华北科技学院井巷工程5(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。二、影响巷道围岩压力的地质因素第一节巷道围岩压力的概念2020/1/20华北科技学院井巷工程6(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。二、影响巷道围岩压力的地质因素第一节巷道围岩压力的概念2020/1/20华北科技学院井巷工程7(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。二、影响巷道围岩压力的地质因素第一节巷道围岩压力的概念2020/1/20华北科技学院井巷工程8三、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2020/1/20华北科技学院井巷工程9巷道矿压控制的三类方法及途径：第一类：巷道保护(断面形状、坚硬岩层中)第二类：巷道支护(安设支架、打锚杆)第三类：巷道维护(已使用过的巷道，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。第一节巷道围岩压力的概念2020/1/20华北科技学院井巷工程10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、矿工字钢支护、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、金属支架料石支护的基本形状2020/1/20华北科技学院井巷工程11金属支架第二节巷道支护及其材料①矿用工字钢刚性支架②微拱形刚性金属支架③工字钢梯形可缩性支架④U型钢拱形可缩性支架⑤U型钢梯形可缩性支架2020/1/20华北科技学院井巷工程12四、锚杆支护锚杆支护是锚固在煤、岩体内维护围岩稳定的杆状结构物。它是一种主动支护形式，比被动支护具有支护工艺简单、支护效果好、支护成本低、施工方便等优点。锚杆分类：（1）按锚固方式分：粘结式、机械式、摩擦式；（2）按锚固长度：全长锚固、端部锚固、加长锚固；（3）按锚杆工作特性分：可拉伸锚杆不可拉伸锚杆；（4）按锚杆强度大小分：普通锚杆、高强锚杆、超高强锚杆。按钢材屈服强度可将锚杆分为三类：为普通锚杆；为高强度锚杆；为超高强度锚杆第二节巷道支护及其材料2020/1/20华北科技学院井巷工程132020/1/20华北科技学院井巷工程142020/1/20华北科技学院井巷工程15五、喷射混凝土支护喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩石表面上硬化而成的一种支护。先将砂石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送至工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机，在经输料管吹送到喷头处与水混合后喷射在岩面上。第二节巷道支护及其材料2020/1/20华北科技学院井巷工程16六、锚喷联合支护–锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之处。锚喷联合支护，恰能做到使二者取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。第二节巷道支护及其材料2020/1/20华北科技学院井巷工程17思考题1．什么是巷道围岩压力，其影响因素有哪些？2．简述巷道矿压控制的途经和方法？3．简述金属支架的类型及使用条件？4．简述喷射混凝土支护的特点？5．什么是锚杆支护，锚杆支护如何分类？6．试分析如何提高锚杆的延伸率？