第八章(4) 支護工程

1、井巷工程井巷工程主講：李俊平主講：李俊平2013年年3月月第八章第八章 支護工程支護工程厚煤層地下開采厚煤層地下開采 金屬支護金屬支護u特點特點：離壁式支護結(jié)構(gòu)如木支：離壁式支護結(jié)構(gòu)如木支架、鋼支架、混凝土砌碹以及鋼架、鋼支架、混凝土砌碹以及鋼筋混凝土支架等與圍巖部分點接筋混凝土支架等與圍巖部分點接觸或部分面接觸。觸或部分面接觸。 1 1、被動承受圍巖壓力。、被動承受圍巖壓力。 2 2、支護及時時，圍巖變形還未達到極限的情況、支護及時時，圍巖變形還未達到極限的情況下，在點接觸或面接觸處承受圍巖所產(chǎn)生的壓力下，在點接觸或面接觸處承受圍巖所產(chǎn)生的壓力( (變變形壓力形壓力) )，未與圍巖接觸處承受

2、圍巖松脫冒落的自重，未與圍巖接觸處承受圍巖松脫冒落的自重壓力（松脫壓力）。壓力（松脫壓力）。 3 3、在完全不接觸的情況下，或支護不及時時，、在完全不接觸的情況下，或支護不及時時，圍巖已發(fā)生松脫，則只承受松脫壓力。圍巖已發(fā)生松脫，則只承受松脫壓力。 切頂支柱切頂支柱煤礦頂板管理煤礦頂板管理離壁支護舉例離壁支護舉例u特點：特點：噴錨支護是噴射混凝土支護與錨桿支護的噴錨支護是噴射混凝土支護與錨桿支護的聯(lián)合支護，其特點是通過加固圍巖，提高圍巖的自聯(lián)合支護，其特點是通過加固圍巖，提高圍巖的自承能力達到維護巷道的目的。承能力達到維護巷道的目的。只有只有U型鋼用鋼量的型鋼用鋼量的1/121/15 u錨桿類

3、型：錨桿類型：托板托板機械加工或機械加工或鑄造鋸齒鑄造鋸齒脹緊錨片脹緊錨片1）加固圍巖；2）改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。(c)開縫式摩擦錨桿開縫式摩擦錨桿托板托板與螺帽合一自與螺帽合一自鎖式球面墊圈鎖式球面墊圈緩凝樹脂緩凝樹脂接桿套接桿套速凝樹脂速凝樹脂安裝時轉(zhuǎn)動桿體混安裝時轉(zhuǎn)動桿體混合樹脂與硬化劑合樹脂與硬化劑(d) 樹脂錨桿樹脂錨桿懸吊作用 組合梁作用組合梁作用 擠壓加固作用擠壓加固作用 預(yù)先加固硐室預(yù)先加固硐室 T=t防滑作用防滑作用 錨桿的受力狀態(tài)如圖所示。錨桿的受力狀態(tài)如圖所示。 設(shè)錨桿預(yù)拉力為設(shè)錨桿預(yù)拉力為Q，巖體巖體變形所產(chǎn)生的拉力為變形所產(chǎn)生的拉力為Q， 則則錨桿的拉應(yīng)力錨桿的拉應(yīng)力為

4、：為：式中：式中：d為錨桿的直徑。為錨桿的直徑。Q為錨桿所需的最小錨固力，由拉拔試驗確定。為錨桿所需的最小錨固力，由拉拔試驗確定。224) (4dQQQd. .= =+ +. .= =p pp ps s QQQ+ += =錨桿的受力狀態(tài)如圖所示。錨桿的受力狀態(tài)如圖所示。 錨桿設(shè)計必須滿足下式：錨桿設(shè)計必須滿足下式：式中式中,d為錨桿的直徑；為錨桿的直徑；t為錨為錨桿材料抗拉強度；桿材料抗拉強度； Q為錨桿變?yōu)殄^桿變形或移動所產(chǎn)生的最大拉力，形或移動所產(chǎn)生的最大拉力，即最小錨固力，由拉拔試驗確即最小錨固力，由拉拔試驗確定；定；為粘結(jié)材料與錨桿和孔為粘結(jié)材料與錨桿和孔壁之間的粘結(jié)強度。壁之間的粘結(jié)

5、強度。 QddLt . . s sp pt tp p421(a)錨桿受力狀態(tài)錨桿受力狀態(tài)(b)錨桿中拉應(yīng)力分布錨桿中拉應(yīng)力分布幾點研究結(jié)論幾點研究結(jié)論：（1 1）開挖后，在巷道周邊形成松動圈和塑性變形區(qū)。開挖后，在巷道周邊形成松動圈和塑性變形區(qū)。噴射混凝土支護，一方面噴射混凝土支護，一方面水泥砂漿的膠結(jié)作用提高了水泥砂漿的膠結(jié)作用提高了松動圈的整體穩(wěn)定性松動圈的整體穩(wěn)定性，另一方面，另一方面噴射混凝土層的柔性噴射混凝土層的柔性允許圍巖發(fā)生較大的位移而不發(fā)生松脫允許圍巖發(fā)生較大的位移而不發(fā)生松脫，能充分發(fā)揮，能充分發(fā)揮圍巖的自支承能力。圍巖的自支承能力。（2 2）錨桿的）錨桿的擠壓加固擠壓加固與

6、與圍巖變形協(xié)調(diào)圍巖變形協(xié)調(diào)，進一步加固，進一步加固圍巖，提高其整體承壓能力。圍巖，提高其整體承壓能力。 噴錨聯(lián)合支護是軟弱破碎巖體的一種最有效的噴錨聯(lián)合支護是軟弱破碎巖體的一種最有效的支護形式，具有主動加固圍巖、充分發(fā)揮圍巖的自支支護形式，具有主動加固圍巖、充分發(fā)揮圍巖的自支承能力、良好的抗震性能等優(yōu)點。承能力、良好的抗震性能等優(yōu)點。均勻壓均勻壓縮帶縮帶t錨桿長錨桿長l；每一相鄰錨桿間每一相鄰錨桿間距距l(xiāng)/2，在巖體內(nèi)，在巖體內(nèi)形成一雙錐形壓形成一雙錐形壓縮錐；縮錐；=450+/21=Pr1/t 拱形壓縮帶內(nèi)緣作用有錨桿預(yù)應(yīng)力引起的主應(yīng)力拱形壓縮帶內(nèi)緣作用有錨桿預(yù)應(yīng)力引起的主應(yīng)力2 = N/a

7、2 一般，一般，N=0.50.8Q，Q為錨固力，由現(xiàn)場拉拔試驗或設(shè)計定。為錨固力，由現(xiàn)場拉拔試驗或設(shè)計定。 在雙軸主應(yīng)力作用下，壓縮帶內(nèi)巖體滿足庫侖強在雙軸主應(yīng)力作用下，壓縮帶內(nèi)巖體滿足庫侖強度準則，即在無粘結(jié)力度準則，即在無粘結(jié)力c的情況下的安全條件為：的情況下的安全條件為： 12tg2 (450+/2)或或P2 t tg2 (450+/2)/ r1當存在粘結(jié)力當存在粘結(jié)力c時，則有：時，則有：12tg2 (450+/2)+ c或或P2 t tg2 (450+/2)/ r1+c根據(jù)上述原理，確定錨桿參數(shù)步驟如下：首先，預(yù)選根據(jù)上述原理，確定錨桿參數(shù)步驟如下：首先，預(yù)選錯桿長度錯桿長度l、直徑

8、、直徑d、間距、間距a(間距和排距相等間距和排距相等)；然后，；然后，根據(jù)根據(jù)l和和d，由提供的試驗結(jié)果，確定壓縮帶厚度，由提供的試驗結(jié)果，確定壓縮帶厚度t，以，以及及r0、r1、r2等參數(shù)；最后，由上兩式驗算壓縮帶安等參數(shù)；最后，由上兩式驗算壓縮帶安全條件；如不滿足，調(diào)整錨桿參數(shù)，直至滿足為止全條件；如不滿足，調(diào)整錨桿參數(shù)，直至滿足為止 。P = Pb(r2/ r3)2sin/(1-sin) u錨索錨索 一般的錨索長度大于一般的錨索長度大于5m5m，長的可以達數(shù)十米。根，長的可以達數(shù)十米。根據(jù)錨索預(yù)應(yīng)力的傳遞方式，一般將錨索分為拉力式錨據(jù)錨索預(yù)應(yīng)力的傳遞方式，一般將錨索分為拉力式錨索和壓力式錨索。索和壓力式錨索。配合錨桿、錨索等支護或防滲中，配合錨桿、錨索等支護或防滲中，對破碎巖體常采用水泥漿、硅粉水泥漿、樹脂、水玻對破碎巖體常采用水泥漿、硅粉水泥漿、樹脂、水玻璃、丙烯酰胺類等化學漿液灌漿加固。璃、丙烯酰胺類等化學漿液灌漿加固。 把把r3圈內(nèi)的巖石視為塑性區(qū)，圈內(nèi)的巖石視為塑性區(qū)，r3以外是彈性區(qū)，以外是彈性區(qū)，于是可取塑性區(qū)徑向應(yīng)力公式（于是可取塑性區(qū)徑向應(yīng)力公式（5.42），并使），并使ar0、Pi=2，代人交界面半徑，