第二讲 岩石巷道的锚喷支护

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1、井巷设计优化与施工新技术井巷设计优化与施工新技术第二讲第二讲 岩石巷道的锚喷支护岩石巷道的锚喷支护湖湖 南南 工工 程程 学学 院院 曾曾 宪宪 桃桃（博士、教授、博士生导师）（博士、教授、博士生导师）二零一零年八月二零一零年八月 井巷维护目的在于保证井巷稳定性井巷维护目的在于保证井巷稳定性 前提是经济合理，稳定与经济兼顾，不可偏废前提是经济合理，稳定与经济兼顾，不可偏废 围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态围岩应力超过围岩强度时，井巷处于不稳定状态 当围岩应力恰等于围岩强度时，井巷处于极限平衡状态当围岩应力恰等于围岩强度时，井巷处于极限平衡状态 当围岩应力小于围岩强度时，井巷才得以稳定

2、当围岩应力小于围岩强度时，井巷才得以稳定 提高围岩强度，降低围岩应力提高围岩强度，降低围岩应力v围岩岩性、井巷位置、所处深度、巷道轴线围岩岩性、井巷位置、所处深度、巷道轴线方位、断面形状尺寸、掘进破岩方法、掘进方位、断面形状尺寸、掘进破岩方法、掘进时间、掘进方案、巷道布置与采动影响、以时间、掘进方案、巷道布置与采动影响、以及支护类型与特征等。及支护类型与特征等。v在以上因素中，巷道断面形状尺寸、掘进方在以上因素中，巷道断面形状尺寸、掘进方案方法、巷道布置和支护类型与特性等，有案方法、巷道布置和支护类型与特性等，有很广泛的选择调节余地。很广泛的选择调节余地。 将井巷置于最坚硬的岩层中将井巷置于最

3、坚硬的岩层中 选择井巷位置选择井巷位置 调整岩性以提高或降低围岩强度调整岩性以提高或降低围岩强度 调整与相邻巷道或采场的距离调整与相邻巷道或采场的距离 调整和采空区的相对关系调整和采空区的相对关系 巷道轴线方向巷道轴线方向 断面形状与轴比断面形状与轴比(跨高比跨高比) 断面尺寸断面尺寸 掘进破岩方法掘进破岩方法 掘进时间与沿空护巷掘进时间与沿空护巷 选择合理的支护方式选择合理的支护方式v锚喷支护锚喷支护锚杆与喷锚杆与喷(射射)混凝土联合支护混凝土联合支护v锚杆和喷混凝土都可独立使用锚杆和喷混凝土都可独立使用v联合应用，支护效果更加完善联合应用，支护效果更加完善v锚杆的最大特点是置入围岩内部，锚

4、杆的最大特点是置入围岩内部，发挥其自身支护作用发挥其自身支护作用v锚杆的支护效果良好，且用料省锚杆的支护效果良好，且用料省v同样支护效果条件下，锚杆的用钢量只有同样支护效果条件下，锚杆的用钢量只有U型钢支架的型钢支架的112115结构类型v国内外锚杆的构造类型不下数十种国内外锚杆的构造类型不下数十种v最常用的有：最常用的有：倒楔式钢锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚倒楔式钢锚杆、钢丝绳或钢筋砂浆锚 杆、木锚杆、树脂锚杆、竹锚杆等杆、木锚杆、树脂锚杆、竹锚杆等v最近发展的有：最近发展的有：快凝水泥砂浆锚杆快凝水泥砂浆锚杆 膨胀水泥砂浆锚杆膨胀水泥砂浆锚杆 管缝式锚杆等管缝式锚杆等v各种锚杆各有特点各种锚杆

5、各有特点作用机理v悬吊作用，减跨作用，组合梁作用，组合拱作悬吊作用，减跨作用，组合梁作用，组合拱作用，加固作用，改善围岩周边应力状态用，加固作用，改善围岩周边应力状态(改双轴改双轴为三轴应力状态为三轴应力状态)作用等。作用等。v有的能解释特定情况下锚杆的作用，有的则非有的能解释特定情况下锚杆的作用，有的则非锚杆所特有的作用锚杆所特有的作用(如改善周边应力状态，别的如改善周边应力状态，别的支护也有这种功能支护也有这种功能)，但都未能阐明或明确解释，但都未能阐明或明确解释为什么锚杆用料极省。为什么锚杆用料极省。锚杆参数的确定方法v锚杆长度计算公式为锚杆长度计算公式为 ll1 1+l2 +l3 式中

6、：式中：l1 1外露长度；外露长度； l2 有效长度；有效长度；l3 锚锚入坚硬稳定岩层内的长度。入坚硬稳定岩层内的长度。v按杆体承载力与锚固力等强度原则确定按杆体承载力与锚固力等强度原则确定杆体直径杆体直径v按锚杆所能悬吊的岩体重量计算杆间、按锚杆所能悬吊的岩体重量计算杆间、排距。排距。喷混凝土最突出的支护特点，是在施工过程中表面一经暴露喷混凝土最突出的支护特点，是在施工过程中表面一经暴露可以立即喷射，除了起临时支护作用以外，还及时将岩面加以封可以立即喷射，除了起临时支护作用以外，还及时将岩面加以封闭，隔绝水、湿气和风化对岩体的不利作用，防止岩体强度降低，闭，隔绝水、湿气和风化对岩体的不利作

7、用，防止岩体强度降低，起到间接提高举岩强度的作用。这一点对于易风化遇水崩解膨胀起到间接提高举岩强度的作用。这一点对于易风化遇水崩解膨胀的软岩，意义十分重要。的软岩，意义十分重要。喷混凝土配和锚杆应用，可以克服锚杆的最大弱点，起着防喷混凝土配和锚杆应用，可以克服锚杆的最大弱点，起着防止杆间活石风化、冒落作用。止杆间活石风化、冒落作用。 喷混凝土有时也可以单独作为一种支护方式，或在锚喷联合支护喷混凝土有时也可以单独作为一种支护方式，或在锚喷联合支护中起主要作用。中起主要作用。 性质性质本质是脆性的，岩体变形较大时，喷层容易开裂、剥落本质是脆性的，岩体变形较大时，喷层容易开裂、剥落 缺点：回弹率和粉

8、尘浓度大缺点：回弹率和粉尘浓度大喷层厚度v岩体变形小时，只需素喷混凝土，不必锚杆，岩体变形小时，只需素喷混凝土，不必锚杆，喷厚可为喷厚可为50150mm。v岩体变形大时，应以锚杆为主，喷层为辅。岩体变形大时，应以锚杆为主，喷层为辅。这时喷厚有这时喷厚有2050mm即可。即可。v围岩变形在围岩变形在25cm时，用素喷混凝土，变形时，用素喷混凝土，变形较大时用喷混凝土和锚杆联合支护。较大时用喷混凝土和锚杆联合支护。v锚杆支护是我国煤巷支护技术改革的发展方向。实际应用表明, 与传统的支护方式相比, 锚杆支护在改善支护效果、降低支护成本、加快成巷速度、减轻劳动强度、提高巷道断面利用率、简化回采面端头维

9、护工艺等方面的优越性十分突出, 是煤矿发展高产高效生产必不可少的配套技术。我国煤巷锚杆支护技术的发展过程我国煤巷锚杆支护技术的发展过程v 80 年代中后期的起步阶段;v 19911995 年的攻关阶段;v 19961997 年的引进和消化阶段;v 1998 年至今的推广和提高阶段。v 第一阶段第一阶段 主要进行一些基础性的研究和试验, 煤巷锚杆支护的应用主要集中在少数几个矿区, 如徐州、新汶、淮南、西山等。v 第二阶段第二阶段 煤巷锚杆支护技术作为国家“八五”期间的重点项目进行攻关, 取得了一大批科研成果, 锚杆支护应用范围明显扩大。v 第三阶段第三阶段 引进国外技术, 推动我国煤巷锚杆支护技

10、术的发展和提高。在引进、吸收和消化的基础上, 结合我国具体情况, 集中现场、科研院所及大专院校等多方面的优势, 经过两年大规模研究和试验, 初步形成了适合我国煤矿条件的煤巷锚杆支护成套技术。v 第四阶段第四阶段 国内各大矿区广泛推广应用, 取得了显著的技术经济效益。煤巷锚杆支护的比例已达到20 %以上, 少数矿区已超过50 % , 全国每年约260 km的煤巷采用锚杆支护。v煤巷锚杆支护成套技术煤巷锚杆支护成套技术 经过近5 年来的快速发展, 煤巷锚杆支护技术已基本形成了由设计方法、支护材料、施工机具、工程监测等构成的煤巷锚杆支护成套技术。煤巷锚杆支护成套技术煤巷锚杆支护成套技术设计方法设计方

11、法 在多年锚杆支护实践经验的基础上, 借鉴国外先进经验, 逐步形成了一整套适合我国特点的锚杆支护设计方法动态设计法, 包括地质力学评估初始设计井下监测和信息反馈修正初始设计日常监测等几个步骤。这种设计方法的科学性、合理性和可靠性受到国内外的普遍认可。 煤巷锚杆支护成套技术煤巷锚杆支护成套技术地质力学测试地质力学测试 巷道围岩是一个极其复杂的地质体, 一切与围岩有关的工作, 如巷道布置和支护设计等, 都离不开对围岩地质力学特征的充分了解。对于煤巷锚杆支护, 需要进行以下几个方面的地质力学测试。v 煤巷锚杆支护成套技术煤巷锚杆支护成套技术地质力学测试地质力学测试 (1) 围岩强度测试。可采用WQC