煤矿巷道支护技术.ppt

神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿煤矿巷道支护技术煤矿巷道支护技术侯树宏侯树宏二二O一五年一五年1神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿交交 流流 提提 纲纲煤矿巷道支护历史煤矿巷道支护历史煤矿巷道支护理论煤矿巷道支护理论煤矿巷道支护技术现状及展望煤矿巷道支护技术现状及展望特殊条件下巷道支护技术特殊条件下巷道支护技术 2神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿交交 流流 提提 纲纲一个中心一个中心：以安：以安全、快速、优质、全、快速、优质、高效、低耗完成高效、低耗完成巷道、硐室施工，巷道、硐室施工，保证矿井生产采保证矿井生产采掘平衡掘平衡。2个基本点个基本点二是巷道二是巷道支护技术支护技术一是施工一是施工核心技术核心技术 井巷工程作为煤矿工作的重要一环，其内容概括起来为：井巷工程作为煤矿工作的重要一环，其内容概括起来为：一个中心，两个基本点。一个中心，两个基本点。3神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿第一部分第一部分 煤矿巷道支护历史煤矿巷道支护历史巷道支护历史概述巷道支护历史概述锚杆支护历史锚杆支护历史巷道支护型式巷道支护型式4神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 一一.巷道支护历史巷道支护历史 概述概述 我国煤矿主要是地下开采我国煤矿主要是地下开采,需要在井下开掘大量巷需要在井下开掘大量巷道道,保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义。随着开采深度、广度及开采强度的不断提高巷要意义。随着开采深度、广度及开采强度的不断提高巷道埋深逐年增加道埋深逐年增加,地质条件日趋复杂化地质条件日趋复杂化,高地应力巷道、高地应力巷道、强烈采动影响巷道、松软破碎围岩巷道及特大断面巷道强烈采动影响巷道、松软破碎围岩巷道及特大断面巷道和硐室等复杂困难条件的出现和硐室等复杂困难条件的出现,巷道支护技术在不断发巷道支护技术在不断发生变革。生变革。煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护锚杆（喷）支护、锚索支护及混合支护的漫长过程。锚杆（喷）支护、锚索支护及混合支护的漫长过程。5神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 一一.巷道支护历史巷道支护历史 概述概述 新中国成立以来新中国成立以来,我国的巷道支护改革工作一直没有我国的巷道支护改革工作一直没有停止过。初期停止过。初期,因钢材匮乏，煤矿产量低等因素，巷道因钢材匮乏，煤矿产量低等因素，巷道支护以木支护为主支护以木支护为主;随着煤矿规模发展，为节省坑木随着煤矿规模发展，为节省坑木,减减少木材消耗，上世纪少木材消耗，上世纪50年代和年代和60年代推广了混凝土棚年代推广了混凝土棚式支护式支护;上世纪上世纪70年代和年代和80年代年代,随着光爆锚喷技术的成随着光爆锚喷技术的成熟、矿用型钢的研制成功熟、矿用型钢的研制成功,在岩巷广泛推广光爆锚喷支在岩巷广泛推广光爆锚喷支护以替代砌碹支护护以替代砌碹支护,在采准巷道推广矿用工字钢和在采准巷道推广矿用工字钢和U型钢型钢支护替代混凝土支护。支护替代混凝土支护。（国内从（国内从1956年起在淮南、开滦、阜新及鹤壁等矿区先年起在淮南、开滦、阜新及鹤壁等矿区先后用了木锚杆、金属锚杆和砂浆锚杆等后用了木锚杆、金属锚杆和砂浆锚杆等,并获得良好的并获得良好的效果，随后得到了蓬勃发展和广泛应用。）效果，随后得到了蓬勃发展和广泛应用。）6神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 一一.巷道支护历史巷道支护历史 概述概述 国外普遍采用的国外普遍采用的U型钢金属支架支护技术型钢金属支架支护技术,是是20世纪世纪30年代由联邦德国发明并用于矿区生年代由联邦德国发明并用于矿区生产。我国自产。我国自20世纪世纪60年代初期引入该技术。年代初期引入该技术。上世纪上世纪90年代末期，兖矿、新汶、淮南等年代末期，兖矿、新汶、淮南等矿务局随着开采深度的增加矿务局随着开采深度的增加,认为认为U型钢可缩支型钢可缩支架是终极解决软岩支护和深部地应力的办法架是终极解决软岩支护和深部地应力的办法,但随后被各类锚索混合支护所取代但随后被各类锚索混合支护所取代。上世纪上世纪90年代年代,对顶板较为完整的采准巷道对顶板较为完整的采准巷道开始使用锚梁网支护。开始使用锚梁网支护。7神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史 锚杆支护作为一种有效的、技术经济优越的采准巷道支护方式，锚杆支护作为一种有效的、技术经济优越的采准巷道支护方式，自美国自美国1912年在年在aberschlesin（阿伯施莱辛）的（阿伯施莱辛）的Friedens（弗（弗里登斯）煤矿首次使用锚杆支护顶板至今已有里登斯）煤矿首次使用锚杆支护顶板至今已有100多年的历史。多年的历史。19451950年，机械式锚杆研究与应用；年，机械式锚杆研究与应用；19501960年，采矿业广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支年，采矿业广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支护进行系统研究；护进行系统研究；19601970年，树脂锚杆推出并在矿山得到了应用；年，树脂锚杆推出并在矿山得到了应用；19701980年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并得到了应用，年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并得到了应用，同时研究新的设计方法，长锚索产生；同时研究新的设计方法，长锚索产生；19801990年，混合锚头锚杆、组合锚杆、特种锚杆等得到了年，混合锚头锚杆、组合锚杆、特种锚杆等得到了应用，树脂锚固材料得到改进。应用，树脂锚固材料得到改进。美国、澳大利亚、加拿大等国由于煤层埋藏条件好，加之锚杆支美国、澳大利亚、加拿大等国由于煤层埋藏条件好，加之锚杆支护技术不断发展和日益成熟，因而锚杆支护使用很普遍，在煤矿护技术不断发展和日益成熟，因而锚杆支护使用很普遍，在煤矿巷道的支护中的比重几乎达到了巷道的支护中的比重几乎达到了100%。8 二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史 澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水平。澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用平。澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用W型钢带树脂全长锚固组合锚杆型钢带树脂全长锚固组合锚杆支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。对于复合顶板、破碎顶板及其巷道交叉点、大跨度硐室等难维护的对于复合顶板、破碎顶板及其巷道交叉点、大跨度硐室等难维护的地方，采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。地方，采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。美国一直采用锚杆支护巷道，锚杆消耗量很大。锚杆种类也较多，美国一直采用锚杆支护巷道，锚杆消耗量很大。锚杆种类也较多，有胀壳式、树脂式、复合锚杆等。组合件有钢带。具体应用时，根据岩有胀壳式、树脂式、复合锚杆等。组合件有钢带。具体应用时，根据岩层条件选择不同的支护方式和参数。层条件选择不同的支护方式和参数。法国煤巷锚杆支护的发展也很迅速，到法国煤巷锚杆支护的发展也很迅速，到1986年其比重己达年其比重己达50%。俄罗斯锚杆支护的发展也引人瞩目。他们研制了多种类型的锚杆，俄罗斯锚杆支护的发展也引人瞩目。他们研制了多种类型的锚杆，在俄罗斯第一大矿区在俄罗斯第一大矿区库兹巴斯矿区锚杆支护巷道所占比重己达库兹巴斯矿区锚杆支护巷道所占比重己达50%。9神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史 锚杆支护发展最快的是英国。在锚杆支护发展最快的是英国。在1987年以前，英国煤矿巷年以前，英国煤矿巷道支护道支护90%以上采用金属支架，而且主要是矿用工字钢拱型刚性以上采用金属支架，而且主要是矿用工字钢拱型刚性支架。由于回采工作面单产低、效率低、巷道支护成本高，因而支架。由于回采工作面单产低、效率低、巷道支护成本高，因而亏损严重。为了摆脱煤炭行业的这种困境，在巷道支护方面积极亏损严重。为了摆脱煤炭行业的这种困境，在巷道支护方面积极发展锚杆支护，到发展锚杆支护，到1987年，英国从澳大利亚引进了成套的锚杆支年，英国从澳大利亚引进了成套的锚杆支护技术，从而扭转了过去的被动局面，煤巷锚杆支护得到迅速发护技术，从而扭转了过去的被动局面，煤巷锚杆支护得到迅速发展，展，经过近经过近10年实验的基础上，又进行了改进和提高，到年实验的基础上，又进行了改进和提高，到1994年年在巷道支护中所占的比重己达到在巷道支护中所占的比重己达到80%以上。锚杆支护技术的广泛以上。锚杆支护技术的广泛采用给英国煤矿带来巨大的活力和经济效益。采用给英国煤矿带来巨大的活力和经济效益。10神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿德国是德国是U型钢支架使用最早、技术上最为成熟的国家，自型钢支架使用最早、技术上最为成熟的国家，自1932年发明年发明U型钢支架以来，型钢支架以来，U型钢支架发展迅速，支护比重很型钢支架发展迅速，支护比重很快达到了快达到了90%以上，从井底车场一直到采煤工作面两巷均采用以上，从井底车场一直到采煤工作面两巷均采用U型钢可缩性支架。但是自型钢可缩性支架。但是自20世纪世纪80年代以来，随着矿井开采深年代以来，随着矿井开采深度日益增加，维护日益困难。面临这种困境，德国采用不断增度日益增加，维护日益困难。面临这种困境，德国采用不断增加金属支架的型钢质量，逐步减小棚距的做法，这不仅使巷道加金属支架的型钢质量，逐步减小棚距的做法，这不仅使巷道支护费用增高，而且施工、运输更加困难和复杂。即便如此，支护费用增高，而且施工、运输更加困难和复杂。即便如此，巷道维护困难的状况仍然难以改观，于是寻求成本低，运输和巷道维护困难的状况仍然难以改观，于是寻求成本低，运输和施工简单方便、控制围岩变形效果好的锚杆支护变得尤为重要。施工简单方便、控制围岩变形效果好的锚杆支护变得尤为重要。到到20世纪世纪80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区实验成功后获年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区实验成功后获得推广，现己应用到千米的深井巷道中，取得了许多成功的经得推广，现己应用到千米的深井巷道中，取得了许多成功的经验。验。二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史11神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿我国在煤矿岩巷中使用锚杆支护也已有近我国在煤矿岩巷中使用锚杆支护也已有近60余年的历史。从余年的历史。从1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护，年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护，20世纪世纪60年代锚杆支护年代锚杆支护开始进入采区，但由于煤层巷道围岩松软，受采动影响形量很大，开始进入采区，但由于煤层巷道围岩松软，受采动影响形量很大，对支护技术要求很高，加之锚杆支护理论、设计方法，锚杆材料、对支护技术要求很高，加之锚杆支护理论、设计方法，锚杆材料、施工机具、检测手段等还不够完善，因而发展缓慢。施工机具、检测手段等还不够完善，因而发展缓慢。“八五八五”期期间，原煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行攻关，间，原煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行攻关，在在“九五九五”期间，原煤炭工业部将期间，原煤炭工业部将“锚杆支护锚杆支护”列为煤炭工业科列为煤炭工业科技发展的五个项目之一，对锚杆支护的可行性和适用性进行了深技发展的五个项目之一，对锚杆支护的可行性和适用性进行了深入细致的研究，取得了一大批水平较高的科研成果。入细致的研究，取得了一大批水平较高的科研成果。特别是特别是19961997年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，在年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，在原邢台矿务局进行了现场演示，并完成了与锚杆支护技术有关的原邢台矿务局进行了现场演示，并完成了与锚杆支护技术有关的15个项目，使我国的煤巷锚杆支护技术有较大提高。同时，困难个项目，使我国的煤巷锚杆支护技术有较大提高。同时，困难条件下锚杆条件下锚杆锚索支护技术得到了应用，并取得令人满意的支锚索支护技术得到了应用，并取得令人满意的支护效果和经济效益。护效果和经济效益。二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史12神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿我国煤矿锚杆支护技术经历了从低强度、高强度到高预应我国煤矿锚杆支护技术经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期采用的锚杆支护强度刚度低力、强力支护的发展过程。早期采用的锚杆支护强度刚度低,支护原理上仍属于被动支护。支护原理上仍属于被动支护。2005年以来年以来,为解决深部高地为解决深部高地应力、受强烈采动影响、沿空留巷等复杂困难巷道支护难题应力、受强烈采动影响、沿空留巷等复杂困难巷道支护难题,又开发出高预应力、强力锚杆与锚索支护技术又开发出高预应力、强力锚杆与锚索支护技术,真正实现了锚真正实现了锚杆的主动、及时支护杆的主动、及时支护,大幅度减少了巷道围岩变形与破坏大幅度减少了巷道围岩变形与破坏,支支护状况发生了本质改变。护状况发生了本质改变。2009年年,煤炭行业标准煤炭行业标准“煤巷锚杆煤巷锚杆支护技术规范支护技术规范(MT/T1104-2009)”发布发布,标志着煤巷锚杆支护标志着煤巷锚杆支护技术已经逐渐成熟。目前技术已经逐渐成熟。目前,我国很多矿区煤巷锚杆支护率达到我国很多矿区煤巷锚杆支护率达到60%,有些矿区超过了有些矿区超过了90%,甚至达到甚至达到100%。我国煤矿已经形。我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系,锚杆支护已经锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史13神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿时至今日，人们不仅成功地在稳定和中等稳定以上的岩巷中使时至今日，人们不仅成功地在稳定和中等稳定以上的岩巷中使用锚杆，而且在软岩巷道、以及受采动影响的煤巷中也成功地使用锚杆，而且在软岩巷道、以及受采动影响的煤巷中也成功地使用了锚杆支护技术。一批技术先进的国有重点矿区的煤巷锚杆支用了锚杆支护技术。一批技术先进的国有重点矿区的煤巷锚杆支护率在逐年稳步提高。由于对巷道围岩强度的强化作用，可显著护率在逐年稳步提高。由于对巷道围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，并且有支护成本较低、成巷速度快、劳动强提高围岩的稳定性，并且有支护成本较低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高了巷道断面的利用率、简化回采面端头维护工艺、度减轻、提高了巷道断面的利用率、简化回采面端头维护工艺、明显改善作业环境和安全生产条件等优点，可提高矿井的经济效明显改善作业环境和安全生产条件等优点，可提高矿井的经济效益，因而成为矿井巷道的一种主要支护形式。也代表了煤矿巷道益，因而成为矿井巷道的一种主要支护形式。也代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。支护技术的主要发展方向。锚杆支护可大幅度的降低巷道支护维修费用，提高巷道掘进速锚杆支护可大幅度的降低巷道支护维修费用，提高巷道掘进速度和生产效率；在巷道跨度增大时，即在大跨度巷道的情况下，度和生产效率；在巷道跨度增大时，即在大跨度巷道的情况下，单纯用锚杆对巷道进行支护可能会引起巷道顶板在一定高度范围单纯用锚杆对巷道进行支护可能会引起巷道顶板在一定高度范围内整体垮落，在这种情况下可以进行内整体垮落，在这种情况下可以进行“锚杆锚杆+锚索锚索”联合支护，可联合支护，可将整个潜在冒落范围内的岩层悬吊在较稳定的岩层中，从而使得将整个潜在冒落范围内的岩层悬吊在较稳定的岩层中，从而使得该巷道顶板处于稳定状态。该巷道顶板处于稳定状态。二、二、锚杆支护历史锚杆支护历史14神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、三、巷道支护型式巷道支护型式支护力作用在巷支护力作用在巷道围岩表面的支道围岩表面的支护方式护方式,如各种类如各种类型的支架、喷射型的支架、喷射混凝土、砌碹支混凝土、砌碹支护等护等支护力不但作支护力不但作用在围岩表面用在围岩表面,而且作用在围而且作用在围岩内部的支护岩内部的支护方式方式,如锚杆与如锚杆与锚索支护锚索支护改善巷道围岩改善巷道围岩力学性质力学性质,提高提高围岩强度的加围岩强度的加固方法固方法,如各种如各种注浆加固方法注浆加固方法改善巷道围岩改善巷道围岩应力状态应力状态,使巷使巷道处于应力降道处于应力降低区低区,如各种应如各种应力控制技术。力控制技术。1 12 24 43 3根根据据支支护护对对围围岩岩的的作作用用方方式式可可将将煤煤矿矿巷巷道道支支护护分分为为4类类:15神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿1、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等支架、喷射混凝土、砌碹支护等三、三、巷道支护型式巷道支护型式砌碹支护砌碹支护:砌碹支护是应用很早的支护砌碹支护是应用很早的支护方式方式,目前在一些矿井的硐室、大巷中仍然目前在一些矿井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支护材料可分为采用。按砌碹支护材料可分为:料石、混凝料石、混凝土砌块、现浇混凝土、现浇钢筋混凝土等。土砌块、现浇混凝土、现浇钢筋混凝土等。砌碹支护的巷道是靠砌体形成的较之围砌碹支护的巷道是靠砌体形成的较之围岩更坚硬更密实的壳体围护围岩。这种支岩更坚硬更密实的壳体围护围岩。这种支护的原理本是想增加围岩表面的强度，但护的原理本是想增加围岩表面的强度，但最终结果是砌体与围岩体的接合不严，使最终结果是砌体与围岩体的接合不严，使得坚硬壳体与围岩之间不能很好的传递应得坚硬壳体与围岩之间不能很好的传递应力。力。同时由于砌碹支护属于刚性被动支护，同时由于砌碹支护属于刚性被动支护，因支护体的坚硬性而不能适应围岩的变形，因支护体的坚硬性而不能适应围岩的变形，不仅支护成本高、施工速度慢不仅支护成本高、施工速度慢,劳动强度大劳动强度大,而且不能适应围岩大变形，只能在应力现而且不能适应围岩大变形，只能在应力现象不明显，地质条件相对简单的情况下使象不明显，地质条件相对简单的情况下使用。目前主要在各矿明槽开挖至基岩段使用。目前主要在各矿明槽开挖至基岩段使用。用。16神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 1、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等支架、喷射混凝土、砌碹支护等三、三、巷道支护型式巷道支护型式棚式支架棚式支架:棚式支护曾经是煤矿巷道的主要棚式支护曾经是煤矿巷道的主要支护方式支护方式,在在20世纪世纪90年代初年代初,这种支护所这种支护所占的比重高达占的比重高达80%以上。按支护材料可分以上。按支护材料可分为木支架、钢筋混凝土支架及金属支架为木支架、钢筋混凝土支架及金属支架,其其中木支架与钢筋混凝土支架已经逐步被淘中木支架与钢筋混凝土支架已经逐步被淘汰。金属支架按工作原理分刚性与可缩性汰。金属支架按工作原理分刚性与可缩性支架支架;按支架材料分为工字钢、按支架材料分为工字钢、U型钢及其型钢及其它它;按断面分为梯形、拱形、圆形、环形。按断面分为梯形、拱形、圆形、环形。但是但是,棚式支架也属于被动支护棚式支架也属于被动支护,支架与巷道支架与巷道表面很难密切接触表面很难密切接触,控制围岩早期变形的能控制围岩早期变形的能力差力差,在复杂困难条件下支护效果差、成本在复杂困难条件下支护效果差、成本高。高。棚式支架对巷道围岩的支护作用是棚式支架对巷道围岩的支护作用是靠支架与围岩之间的背板传递抗力，这种靠支架与围岩之间的背板传递抗力，这种抗力是一种被动的支护方式。这种支护的抗力是一种被动的支护方式。这种支护的观点一开始就将所有围岩都视为载荷。而观点一开始就将所有围岩都视为载荷。而且背板与围岩的接触并没有预应力且背板与围岩的接触并没有预应力,只能被只能被动地等围岩来压变形动地等围岩来压变形。因此，架棚式支护。因此，架棚式支护很难维护松软破碎或高应力围岩。很难维护松软破碎或高应力围岩。17神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 1、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等架、喷射混凝土、砌碹支护等三、三、巷道支护型式巷道支护型式摩擦摩擦摩擦摩擦支柱支柱支柱支柱液压液压液压液压支柱支柱支柱支柱U U型钢型钢型钢型钢ArchsetsArchsets拱形支架拱形支架拱形支架拱形支架18神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式锚杆支护：用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成锚杆支护：用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆体，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用杆体，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果、减跨效果，以达到支护的目的。组合梁效果、补强效果、减跨效果，以达到支护的目的。锚杆之所以能对巷道围岩起到支护作用，是因为围岩自锚杆之所以能对巷道围岩起到支护作用，是因为围岩自身具有自我承载能力并能自我稳定，锚杆的作用只是限制围身具有自我承载能力并能自我稳定，锚杆的作用只是限制围岩岩体使其保持连续变形。岩岩体使其保持连续变形。19神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿钢筋或钢钢筋或钢丝绳砂浆丝绳砂浆锚杆锚杆管缝式锚管缝式锚杆杆快硬快硬(膨胀膨胀)水泥锚杆水泥锚杆快硬膨胀快硬膨胀水泥锚杆水泥锚杆由杆体、固定楔由杆体、固定楔、活动倒楔、垫、活动倒楔、垫板和螺帽组成。板和螺帽组成。金属倒楔金属倒楔式锚杆式锚杆树脂锚杆树脂锚杆锚杆有木锚杆、锚杆有木锚杆、金属锚杆、水金属锚杆、水泥锚杆和树脂泥锚杆和树脂锚杆等类型。锚杆等类型。2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式（1）钢筋砂浆锚杆）钢筋砂浆锚杆（2）钢丝绳砂浆锚杆）钢丝绳砂浆锚杆20神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式形形色色的锚杆形形色色的锚杆21神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式装配式锚杆装配式锚杆22神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式形形色色的托板形形色色的托板23神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式支护系统构件支护系统构件W W钢带示意图钢带示意图单边钢筋梯示意图单边钢筋梯示意图M M钢带示意图钢带示意图梯型钢带示意图梯型钢带示意图双边钢筋梯示意图双边钢筋梯示意图24神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式支护系统构件支护系统构件高分子双向塑料网高分子双向塑料网塑料网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀塑料网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀等，但其强度和刚度较低。等，但其强度和刚度较低。聚脂网具有强度大、重量轻、刚度好等聚脂网具有强度大、重量轻、刚度好等诸多优点。但由于价格较高，还没有广泛诸多优点。但由于价格较高，还没有广泛使用。使用。25神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式锚索支护：锚索支护：可以使由锚网（梁）支护形成的锚固岩体，悬吊于上部坚硬稳定的岩层中，避免巷道顶板离层及巷道顶板整体下沉或垮落。锚网（梁）索组合支护方式已经逐渐成为近年来对松软岩层巷道重要的支护方式。1、因为要施加预应力，所以锚索在全长范围内要区分锚固段、因为要施加预应力，所以锚索在全长范围内要区分锚固段和自由段。锚固段是锚索受力的根基，同时也是能承受预应力的和自由段。锚固段是锚索受力的根基，同时也是能承受预应力的基本条件；自由段是预应力作用的工作段。基本条件；自由段是预应力作用的工作段。2、锚索承受的载荷（预应力）更大，因此锚索体通常采用高、锚索承受的载荷（预应力）更大，因此锚索体通常采用高强高性能材料；同时对锚固力的要求也更大、更可靠，一般锚固强高性能材料；同时对锚固力的要求也更大、更可靠，一般锚固段采用较长段（弱的岩段采用较长段（弱的岩石中，要求石中，要求3米以上）的固结，并且通常米以上）的固结，并且通常是全长灌浆是全长灌浆或端头锚固或端头锚固。3、为了向岩体内传递比较高的载荷作用，在锚头部位一般设、为了向岩体内传递比较高的载荷作用，在锚头部位一般设有专门的墩座或大托盘。有专门的墩座或大托盘。三、三、巷道支护型式巷道支护型式26神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式三、三、巷道支护型式巷道支护型式环氧锚索环氧锚索普通锚索普通锚索27神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式28神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护锚喷网支护技术锚喷网支护技术:巷道支护形式的选取必须根据巷道的用途、服务年限、围岩状况、地应力大小等因素确定。一般情况下，服务年限长的开拓巷道和硐室及以变形地压为主的其他巷道，要及时封闭围岩，多采用锚喷（网）联合支护，对于以松碎为主的回采巷道多选用锚网梁或与锚索相配合（锚网索）的联合支护，亦可用可缩性金属支架。29神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿 锚喷支护的特点封闭性封闭性适应性适应性经济性经济性可分性可分性组合性组合性科学性科学性及时性及时性密贴性密贴性三、三、巷道支护型式巷道支护型式2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护锚喷支护的概念及特点锚喷支护的概念及特点:锚喷支护是喷射混凝土、锚杆以及钢筋网（或钢纤维）用于围岩支护的总称。30神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿一般只用于局部；有时也只用于局部；多用于地下硐室的顶拱和边墙；（单层或双层钢筋网）可提高喷层抗拉强度和抗裂能力，从而提高支护能力；纯锚杆纯锚杆纯喷射混凝土锚喷锚喷网在喷层内加设工字钢等型钢作成的肋形支撑。锚网架三、三、巷道支护型式巷道支护型式2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护锚锚喷喷支支护护的的形形式式 根据围岩的地质条件，可以采用多种支护形式31神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护三、三、巷道支护型式巷道支护型式2、支护力不但作用在围岩表面支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支而且作用在围岩内部的支护方式护方式,如锚杆与锚索支护如锚杆与锚索支护复合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道。复合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道。如果能充分发挥每种支护方式的支护性能如果能充分发挥每种支护方式的支护性能,做到优势互补做到优势互补,复复合支护会有更好的支护效果和更广泛的适用范围。复合支合支护会有更好的支护效果和更广泛的适用范围。复合支护虽然适用范围广护虽然适用范围广,但支护费用高但支护费用高,成巷速度慢。应针对巷道成巷速度慢。应针对巷道具体条件具体条件,选择合理的复合支护形式选择合理的复合支护形式,才能达到预期效果。才能达到预期效果。如特殊条件下采用的：如特殊条件下采用的：锚梁网锚梁网+钢棚支护；钢棚支护；管棚式管棚式+注浆注浆+棚式支护等。棚式支护等。32神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、三、巷道支护型式巷道支护型式3、改善巷道围岩力学性质改善巷道围岩力学性质,提高围岩强度的加固方法提高围岩强度的加固方法,如各如各种注浆加固方法种注浆加固方法注浆是将具有充满胶结性能的材料配成浆液以泵压作为动力注浆是将具有充满胶结性能的材料配成浆液以泵压作为动力源，用注浆设备通过注浆管将其注入到加固对象，渗透、充填、源，用注浆设备通过注浆管将其注入到加固对象，渗透、充填、压密等方式进行扩散，通过材料自身凝结、硬化、使其与被加固压密等方式进行扩散，通过材料自身凝结、硬化、使其与被加固对象胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、抗渗性好的一对象胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、抗渗性好的一个结合体。个结合体。利用岩层移动过程中覆岩内形成的离层孔隙，从井巷布置钻利用岩层移动过程中覆岩内形成的离层孔隙，从井巷布置钻孔将充填料浆液高压注入离层空间，使浆液与裂隙岩体粘结成整孔将充填料浆液高压注入离层空间，使浆液与裂隙岩体粘结成整体，对岩层空间的上覆岩层形成支撑从而减缓他的移动向地表传体，对岩层空间的上覆岩层形成支撑从而减缓他的移动向地表传播。播。目前注浆材料主要有两大类型目前注浆材料主要有两大类型:水泥基材料和高分子材料水泥基材料和高分子材料,可可根据巷道地质与生产条件选取。根据巷道地质与生产条件选取。33神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、三、巷道支护型式巷道支护型式3、改善巷道围岩力学性质改善巷道围岩力学性质,提高围岩强度的加固提高围岩强度的加固方法方法,如各种注浆加固方法如各种注浆加固方法掘进距离取决于管棚掘进距离取决于管棚深度深度34神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、三、巷道支护型式巷道支护型式4、改善巷道围岩应力状态改善巷道围岩应力状态,使巷道处于应力降使巷道处于应力降低区低区,如各种应力控制技术。如各种应力控制技术。将巷道布置在应力降低区将巷道布置在应力降低区,或采取人工卸压措施或采取人工卸压措施,使巷使巷道周边的高应力向深部转移道周边的高应力向深部转移,是巷道围岩变形控制的另一是巷道围岩变形控制的另一个途径。将巷道布置在应力降低区是首选的方法。巷道布个途径。将巷道布置在应力降低区是首选的方法。巷道布置方向优化、断面形状与尺寸优化置方向优化、断面形状与尺寸优化,均可改善巷道受力状均可改善巷道受力状况。人工应力控制措施主要有切缝、钻卸压孔、爆破及掘况。人工应力控制措施主要有切缝、钻卸压孔、爆破及掘卸压巷等方式。由于人工应力控制方法施工比较复杂卸压巷等方式。由于人工应力控制方法施工比较复杂,目目前还没有大面积推广应用。前还没有大面积推广应用。35神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿第二部分第二部分 煤矿巷道支护理论煤矿巷道支护理论组合梁理论组合梁理论组合拱（挤压拱）理论组合拱（挤压拱）理论最大水平应力理论最大水平应力理论松动圈理论松动圈理论悬吊理论悬吊理论锚杆支护设计及计算方法锚杆支护设计及计算方法煤矿巷道支护理论36神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿第二部分第二部分 煤矿巷道支护理论煤矿巷道支护理论组合梁理论组合梁理论组合拱（挤压拱）理论组合拱（挤压拱）理论最大水平应力理论最大水平应力理论松动圈理论松动圈理论悬吊理论悬吊理论锚杆支护理论，锚杆支护理论，对我们认识支护对我们认识支护原理和解决问题原理和解决问题具有一定的实际具有一定的实际意义。锚杆支护意义。锚杆支护理论可分为以下理论可分为以下几种：几种：37神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿一、一、悬吊理论悬吊理论19521962年路易斯 阿帕内科(Louis APanek)等发表了悬吊理论，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。对于回采巷道揭露的层状岩体，直接顶板均有弯曲下沉变形趋势，如果使用锚杆及时将其挤压，并悬吊在老顶上，直接顶板就不会与老顶离层乃至脱落。锚杆的悬吊作用主要取决于所悬吊的岩层的厚度，层数及岩层弯曲时相对的刚度与弹性模量，还受锚杆长度、密度及强度等因素的影响。这一理论提出的较早，满足其前提条件时，有一定的实用价值。评价：悬吊理论虽然直观地揭示了锚杆的悬吊作用，但在分析过程中并未考虑围岩的自承能力，而是将被锚固体与原岩体分开，这与实际情况存在一定的差距。如顶板中没有坚硬稳定岩层或顶板软弱岩层较厚，围岩破碎区范围较大，无法将锚杆锚固到上面坚硬岩层或者未松动岩层时，悬吊理论就解释不通了。38神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿一、一、悬吊理论悬吊理论巷道坚硬顶板煤层39神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿二、组合梁理论二、组合梁理论组合梁理论认为，顶板锚杆的作用，一方面体现在锚杆的锚固力增加了各岩层间的接触压力，避免各岩层间出现离层现象；另一方面增加了岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将作用范围内的几个岩层锚固成一个较厚的组合岩梁。（这种组合岩梁在同样的上覆岩层荷载的作用下，其最大弯曲应变和应力大大减小，挠度也显著减小，且组合岩梁越厚，梁内的最大应力、应变和梁的挠度也就越小）评价：组合梁理论很好地解释了层状岩体锚杆的支护作用，但在分析中将锚杆作用与围岩的自稳作用分开，与实际情况有一定差距，并且随着围岩条件的变化，在顶板较破碎、连续性受到破坏时，组合梁也就不存在了。40神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿二、组合梁理论二、组合梁理论41神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿二、组合梁理论二、组合梁理论2024/6/26周三锚杆作用机理锚杆作用机理-组合梁组合梁多层梁状况 无锚杆加固梁中部最大应力 多层梁的应力状况 stress state for multiplayer beam42神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、组合拱理论三、组合拱理论组合拱理论是由兰氏(TALang)和彭德(Pender)通过光弹试验提出来的。组合拱原理认为，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组合带(拱)。这个组合拱可承受上部岩石的径向载荷，如同碹体起到岩层补强的作用，承载外围的压力。组合拱理论的不足是缺乏对被加固岩体本身力学行为的进一步探讨，与实际情况有一定差距，在分析过程中没深入探索围岩支护的相互作用。43神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、组合拱理论三、组合拱理论44神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿四、最大水平应力理论四、最大水平应力理论在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一般是垂直应力1.32.0倍。而且水平应力具有方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.52.5倍。机理：机理：矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性。在最大水平应力作用下，顶底板岩层易于发生剪切破坏，出现错动与松动而膨胀造成围岩变形，锚杆的作用即是约束其沿轴向岩层膨胀和垂直于轴向的岩层剪切错动。45神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿四、最大水平应