锚杆支护设计.ppt

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1、锚杆巷道支护一、巷道支护类型目前巷道支护的主要形式有：锚杆支护：（还包括锚杆支护、锚网支护、锚网带支护）架棚支护砌碹支护锚喷支护：（锚喷支护包括锚喷支护、锚网喷支护、喷锚喷锚网喷支护、喷锚梁喷、锚网喷支护。）二、巷道断面设计选择巷道围岩应力是引起围岩变形和失稳破坏的根本作用力,其压力大小和分布与巷道的断面形状有关,在巷道拐角处应力集中程度高,能产生较大的剪应力，拐角处的曲率半径愈小，应力集中系数愈大，巷道直线部分则容易产生拉应力。因此在围岩稳定的条件下，可选择形状简单的折线型巷道断面，在围岩不稳定的条件下，可选择形

2、状复杂的曲线型巷道断面。不同形断面应力集中系数见表1表1巷道断面形状应力集中系数椭圆形巷道（长短轴之比1：5）1.5圆形巷道2圆拱形巷道2.5拱形巷道3矩形、梯形巷道3.5根据矿不同的埋深、围岩条件、技术条件、用途、服务年限等选择不同的巷道断面形状。（一）矩形，倒梯形断面顶板围岩自承能力相对较差，当顶压和侧压均不大时，可选择矩形或倒梯形断面。（二）圆弧拱、微弧拱、切圆拱、偏心拱断面拱形巷道受力较为均匀，不容易形成应力集中区域和集中点，并且，拱型巷道围岩自撑能力强，是深部巷道较为理想的断面。偏心拱和微弧拱适用于顶板压

3、力相对较小，围岩相对较稳定，加服务年限较短的回采巷道采煤工作面上下顺槽。切圆拱和圆弧拱适应于顶板压力相对较大，顶板围岩相对较松软，稳定性较差的回采巷道。（三）马蹄形、椭圆、半圆拱、曲墙拱型断面适用于服务年限相对较长的开拓、准备巷道和永久峒室。直墙半圆拱形：顶板承载效果较好，由于帮部为直墙，抵抗帮部围岩变形能力较差，在侧压较大时，不利于控制帮部变形。曲墙拱形：顶部仍为半圆拱形，帮部由过去直墙改为曲墙，围岩自身抵抗帮部变形的能力大大增强，在深部顶压和侧压都较大的情况下，是控制巷道变形、提高巷道自稳比较理想的断面。马蹄形

4、；为不规则断面形状，适用于服务年限比较长对巷道底板质量要求比较高的峒室。皮带机头峒室底板布置设备基础，对质量要求比较高，不允许出现犟底，底臌，否则，影响设备运行，马蹄形断面为全封闭支护，底板上的三心拱梁可进一部扼制底板底臌变形，满足设备平稳运行的需要。椭圆形：为全封闭式支护，巷道围岩四周压力都很大，且不均匀时，可选用此断面形状。由此可见，选择断面形状，要针对不同的地点，具体问题具体分析，届时，必须综合考虑巷道围岩的性质、地应力大小和方向、巷道的服务年限、用途及位置、巷道支护形式和支护材料这三大因素有针对性的作出选择

5、。（充分发挥其力学性能）三、锚杆支护经典原理（一）锚杆悬吊理论（二）锚杆组合梁理论（三）锚杆组合拱理论（四）挤压加固拱理论（五）巷道围岩松动圈理论（六）高强高预应力支护理论（七）二次支护理论（一）锚杆悬吊理论巷道开挖后，围岩中的原始地应力出现重新分布，形成应力集中区。在该区域内，岩体中原有的节理、裂隙、层理、断层等不连续面可能进一步发展，并可能产生新的不连续面，各不连续面可能相交、贯通，并在自重作用下产生冒落。锚杆的悬吊作用就是将这些松散、破碎岩石锚固在围岩内部较坚硬、稳定的岩层中。如图1所示。该理论在浅部还具有一

6、定的指导意义，在深部巷道围岩一定范围内已不存在坚硬稳定岩层，围岩形成大松动圈，半径在2m以上，因此该理论已不能有效指导我矿锚杆支护设计。（二）锚杆组合梁理论该理论适用于巷道顶板为较厚的层状岩层。当巷道顶板出现下沉和离层时，沿层面将产生垂直位移和水平位移，锚杆所提供的轴向力将对岩层的下沉和离层产生约束，并且增大岩层间的摩擦力，该摩擦力与锚杆所提拱的抗剪力一同阻止岩层间产生相对滑动，从而将几个薄岩层通过锚杆夹紧而形成一个岩层组合梁。根据材料力学知识，组合梁作用与组合梁前后的内应力对比如图2所示。（四）挤压加固拱理论对

7、于被纵横交错的弱面所切割的块状或破裂状围岩，如果及时用锚杆加固，就能提高岩体结构弱面的抗剪强度，在围岩周边一定厚度的范围内形成．一个不仅能维持自身稳定，而且能防止其上部围岩松动和变形的加固拱，从而保持巷道的稳定。如图4所示（五）巷道围岩松动圈理论1、围岩松动圈的概念该理论认为，开巷以后巷道围岩应力将发生显著变化，巷道周边径向应力(σr)为0，围岩强度明显下降；围岩中出现应力集中现象。如果集中应力小于岩体强度，围岩将处于弹性状态。当围岩应力超过围岩强度之后，巷道周边将首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在—定深度取得三向

8、应力平衡为止。此时，围岩已过渡到破碎状态。围岩中产生的这种松弛破碎带被定义为围岩松动圈(Lp)见图5图52、围岩松动圈的性质（1）围岩松动圈的形状：由于围岩性质不同，松动圈可能有圆形、椭圆形和异形等形状。（2）围岩松动圈形成的时间性：在有控制条件下松动圈的稳定时间是，当Lp150cm