锚杆支护作用.ppt

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1、欢迎指导锚杆支护作用演化机理及顶板离层与巷道稳定的相关性项目研究报告主要内容绪论巷道稳定性特征研究锚杆作用演化机理锚固结构变形机理锚固体的结构效应顶板离层与巷道稳定性及顶板离层临界值的确定原理顶板离层监测的基本原理及方法现场观测研究效益分析及推广应用前景主要结论主要创新点展望1绪论1.1立项意义本课题以王庄煤矿现有锚杆支护条件下的回采巷道为对象，运用多种手段研究锚杆和锚固结构的作用本质及其演化机理；对在获取离层信息方面具有方便、快捷、准确、连续等特征的职能顶板离层仪的研制提出完善意见；并对离层现象与锚杆支护结构的作用状态以及巷道稳定性状态的相关性进行研究，寻求巷道变形过程中不同意义下的离

2、层临界值的确定方法，为建立以离层量的大小为主要指标的锚杆支护结构失效及巷道围岩失稳的判据提供依据。1.2发展概况近年来，随着我国煤矿长壁开采及放顶煤开采技术的推广应用以及开采深度的不断增加，全煤巷道及软岩巷道的数量越来越多，围岩产生破坏、离层及松动变形的现象也越来越普遍。因此，探索出一种适用于大变形巷道围岩的控制理论，合理确定锚杆支护条件下巷道顶板离层临界值，使锚杆支护技术在各类回采巷道中得到普及应用，势必对实现煤炭生产的安全、高产、高效产生巨大的促进作用。锚杆支护的大量应用，使人们在锚杆的材料性能、结构特征、锚固方式、作用机理、支护理论以及设计方法等各方面积累了大量经验并取得了许多有益的

3、研究成果。锚杆支护快速推广应用的形式不相适应的是目前对锚杆支护作用机理尤其是锚杆作用演化过程的认识还不够全面和准确，实际工程中锚杆支护技术的应用能否成功，很大程度上仍依赖于工程技术人员经验的运用是否合理以及对地质条件、岩性状况等客观因素的主观判断是否准确。主要表现在以下方面：1)对回采巷道围岩矿压显现规律的认识还不够全面和准确。尤其是对顶板离层变形量的大小与锚固结构的失效及围岩失稳之间的相关性的认识还很模糊。2)对巷道的稳定性条件缺乏定量掌握。3)对锚杆作用机理的认识不够准确。4)对锚固结构的变形机理及变形适应性的认识还显缺乏。5)目前，人们认识到的锚杆作用机理主要有悬吊、楔固、组合梁、以

4、及挤压加固等。6)对锚固体的结构特征及其作用演化机理的认识还不够全面、准确。7)对锚杆支护的对象及任务的认识还不够明确与具体8)锚杆支护结构与围岩间的相互作用规律及效果尚不清楚，即不同的锚杆支护结构在不同的围岩条件下将会起到什么样的支护效果还无法把握。本项目拟就以下内容进行探讨。1）分析巷道围岩稳定性的本质，研究巷道围岩变形、离层、失稳演化过程的本质机理。2）锚杆作用演化机理的研究。研究锚杆的加固机理，揭示不同锚固形式的锚杆在不同使用条件下的作用本质，研究不同锚固方式所形成的锚固体的力学特性，进而研究锚固体的变形规律、支护效果及其演化规律。3）锚固结构变形机理的研究。研究锚固结构处于不同物

5、性状态（连续介质状态、离层、破碎松动变形状态等）的变形机理、掌握锚固结构的变形特征。4）离层对巷道稳定性的影响机理。研究巷道锚固支护结构失效及巷道失稳与顶板离层的相关性。5）巷道顶板离层临界值研究。在顶板离层与锚固结构稳定性研究的基础上，提出顶板离层临界值的确定方法。6）通过顶板离层与巷道围岩稳定性的相关性研究，提出现有顶板离层仪的改进意见。1.3研究内容和方法2巷道稳定性特征研究2.1煤体-煤体巷道矿压特征当巷道两帮均为未采实体煤层时，其矿压特征可分为三种情况考虑：①顶、底板岩性与两帮接近，即弹性系数KDi近似等于KBi，屈服极限FDi近似等于FBi；②两帮岩性较顶、底板软弱，且两帮与顶

6、、底间层理明显，此时有KDi＞KBi，FDi＞FBi；③顶、底板岩性较两帮软弱，即KDi＜KBi，FDi＜FBi。以下分别就三种情况进行讨论。2.1.1均质围岩条件下巷道矿压特征顶、底板岩性与两帮接近时可将其近似为均质围岩考虑。以下将巷道理想化为均质围岩圆形巷道，对其在有、无支护条件下的应力、变形及破坏特征进行分析。1．无支护时巷道矿压特征下面以各向等压边界应力场中的圆形巷道为例，就无支护条件下围岩处于不同变形状态时的力学效应进行分析。1）弹性理论分析当巷道围岩中的最大应力小于其弹性极限时，围岩将处于弹性状态，得出围岩中的应力分布规律为（如图2-1所示）rσσθσra图2-1.巷道围岩弹性

7、应力分布p0（2-1）式中，σr——径向应力，σθ——切向应力，p0——原岩应力，r——径向坐标，a——巷道半径。从上式中可以看出，围岩中径向应力小于原岩应力，而切向应力则因发生应力集中而大于原岩应力。因巷道的存在而使围岩中产生的径向及切向应力的变化△σr和△σθ分别为（2-2）此时，由于围岩处于弹性状态，其应力、应变状态处于可逆变化阶段，所以，从理论上讲，若采取适当措施可使其中的应力、应变恢复到原岩应力、应变状态，但必