复杂困难巷道围岩控制原理教材
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 围岩自身的承载能力与支护结构的相互 作用，共同形成稳固的支撑整体。
2、能量支护理论
• 应力充分不会释放原岩内储存的部分能 量，如果围岩释放的能量大于支护结构 吸收的能量，巷道围岩变形，支护结构 损毁。
3、联合支护理论
• “先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定 支护”，多种方式的联合支护。
4、松动圈支护理论
31
巷道顶部布置巷峒
有无顶部卸压巷时的巷道围岩应力分布
底板开巷松动爆破应力转移
硐硐 室室
15° 15°
45° 15° 30°
15° 30°
45°
800
卸卸 压压 巷巷
800
20° 20°
1200
卸卸 压压 巷巷
底板开巷松动爆破卸压图 ———— 锚杆；源自文库——— 松动爆破炮眼
巷道迎头钻孔实现应力转移
• 支护结构载荷来自于松动圈自重载荷， 松动圈岩石破碎变形释放的能量，深部 围岩变形释放的能量，松动圈越大，支 护越困难。
5、主次承载区支护理论
• 主承载区围岩承受一定的张拉和压缩， 其主要支撑作用；次承载区巷道围岩经 过加固后形成的承载区域，起辅助支撑 作用。大断面巷道围岩加固技术。
6、关键部位加强支护理论
Ⅰ——破裂区 Ⅱ——塑性区 Ⅲ——弹性区 Ⅳ——原始应力区
煤柱较窄
29
巷道一侧或两侧布置巷峒
巷道一侧布置巷硐后效果示意图
卸压巷硐卸压：
卸压巷硐位置
巷道一侧——被保护巷变形减少70—90%； 巷顶————被护巷移近量为原来1/7—1/12； 宽面掘巷——矸石带填充，隔离，效果好。
一侧卸压
顶板卸压
宽巷卸压
强度
应力
（2） 如何减小岩体应力 ① 选择巷道布置位置 ② 从时间、空间上减少巷道承受支承压力影响； ③ 巷道布置在应力降低区； ④ 合理设计煤柱尺寸； ⑤ 减小最大水平应力的影响； ⑥ 巷道卸压：跨采卸压；开槽卸压；松动爆破卸压；卸压峒室
卸压
煤柱的应力分布：
一侧采空 煤柱很宽 煤柱较宽
形成：
支护技术 围岩强度 岩体应力
❖ 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的 能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力 （即抵抗失效能力）的重要指标。
❖ 应力：在连续介质力学里，应力定义为单位面积 所承受的作用力。
强度与应力的关系
强度（界限值）
岩块的强度：可承受压、剪或低值拉应力，以剪切破坏为主 岩体强度：介于结构面、岩快之间。满足无拉力准则（受 拉处即破坏）
岩体 结构面
强度
应力
（1）如何提高围岩强度：
① 巷道布置在稳定岩层中； ② 布置锚杆，强化围岩强度（锚固体）； ③ 围岩注浆，提高岩体强度； ④ 封闭、疏干、防风化，防止围岩碎裂、强度降低。
巷道支护方式分类（支护载荷，支护对象）
被动支护（巷道金属支架） 作用：给围岩提供支护阻力；使用高强度可缩金属支架
工作面倾斜方向固定支承压力范围一般为15~30米。 少数可达35~40米，峰值一般距煤壁15~20米，应力集中 系数为2~3。
在拐角区要形成应力叠加，应力集中系数可达5~7。
3
4
煤层拐角处叠加支承压力
5
3、采动引起的底板应力分布：
一侧采空
两侧采空
影响深度为1.5~2B
影响深度为3～4B
压力传递影响角一般为30~40度
三向应力在锚杆支护中的作用
❖ 研究表明，围岩注浆 加固可提高其强度和 变形模量、根本改善 围岩的变形规律。
❖ 前苏联的研究资料表 明，注浆后砂岩强度 增加50%~70%， 粉砂岩和泥质岩增加 2~4倍，岩体中岩石 强度的增大使支护载 荷减小2/3~4/5。
刷帮揭露帮部实际浆液扩散情况：顶板裂隙多平行于巷道走向 （轴向），在一定条件下表层以张裂为主；两帮在同一岩层内 裂隙以劈裂为主，在层面附近产生滑移，在层理面附近明显发 生渗透性变化，使得环向渗透性明显小于轴向与径向。
• 一次支护一柔性支护为主，对巷道卸压， 二次支护一关键部位刚性支护为主，整 体加固巷道围岩，控制巷道围岩继续变 形，控制巷道围岩达到最大塑性承载力。
7、围岩强度强化理论
• 提高围岩强度，减小巷道围岩应力和采 用合理的支护技术。
巷道围岩控制的基本途径
围岩控制的基本途径：通过合理有效的巷道支护 提高围岩强度、减少岩体应力。
3 4
2
1
，控制和适应围岩变形。
主动支护（锚杆支护） 作用：强化围岩强度；围岩强度强化理论、高强（超高
）强度锚杆、动态系统设计方法、高应力下的锚杆支护技术 。
σ3
σ1
σ1
σ3
σ1
σ3
σ3
岩石
σ1
将锚固区域岩体作为锚固体，根据岩石的 基本性质知道：岩石的三向抗压强度大于 双向抗压强度，且随着围压的增加，岩石 的强度提高。
6
巷道支护理论
• 新奥法（奥地利L.V.Rabcewich） • 能量支护理论（苏联M.D.Salamon） • 联合支护理论（陆家梁、郑雨天） • 松动圈支护理论（董方庭） • 主次承载区支护理论（方祖烈） • 关键部位加强支护理论（何满潮） • 围岩强度强化理论（侯朝炯） • 再造承载层理论
1、新奥法
高等岩石力学
第九讲：复杂困难巷道围岩控制原理
采区巷道的围岩压力规律
一、受采动影响巷道的围岩应力：
1、巷道围岩应力：
弹性变形应力分布
塑性变形应力分布
2
2、回采工作面周围支承压力分布：
工作面超前支承压力 峰值一般在煤壁前4~8米， 影响范围为40~50米。少 数可达60~80米。应力集 中系数为2.5~3。
2、能量支护理论
• 应力充分不会释放原岩内储存的部分能 量，如果围岩释放的能量大于支护结构 吸收的能量，巷道围岩变形，支护结构 损毁。
3、联合支护理论
• “先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定 支护”，多种方式的联合支护。
4、松动圈支护理论
31
巷道顶部布置巷峒
有无顶部卸压巷时的巷道围岩应力分布
底板开巷松动爆破应力转移
硐硐 室室
15° 15°
45° 15° 30°
15° 30°
45°
800
卸卸 压压 巷巷
800
20° 20°
1200
卸卸 压压 巷巷
底板开巷松动爆破卸压图 ———— 锚杆；源自文库——— 松动爆破炮眼
巷道迎头钻孔实现应力转移
• 支护结构载荷来自于松动圈自重载荷， 松动圈岩石破碎变形释放的能量，深部 围岩变形释放的能量，松动圈越大，支 护越困难。
5、主次承载区支护理论
• 主承载区围岩承受一定的张拉和压缩， 其主要支撑作用；次承载区巷道围岩经 过加固后形成的承载区域，起辅助支撑 作用。大断面巷道围岩加固技术。
6、关键部位加强支护理论
Ⅰ——破裂区 Ⅱ——塑性区 Ⅲ——弹性区 Ⅳ——原始应力区
煤柱较窄
29
巷道一侧或两侧布置巷峒
巷道一侧布置巷硐后效果示意图
卸压巷硐卸压：
卸压巷硐位置
巷道一侧——被保护巷变形减少70—90%； 巷顶————被护巷移近量为原来1/7—1/12； 宽面掘巷——矸石带填充，隔离，效果好。
一侧卸压
顶板卸压
宽巷卸压
强度
应力
（2） 如何减小岩体应力 ① 选择巷道布置位置 ② 从时间、空间上减少巷道承受支承压力影响； ③ 巷道布置在应力降低区； ④ 合理设计煤柱尺寸； ⑤ 减小最大水平应力的影响； ⑥ 巷道卸压：跨采卸压；开槽卸压；松动爆破卸压；卸压峒室
卸压
煤柱的应力分布：
一侧采空 煤柱很宽 煤柱较宽
形成：
支护技术 围岩强度 岩体应力
❖ 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的 能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力 （即抵抗失效能力）的重要指标。
❖ 应力：在连续介质力学里，应力定义为单位面积 所承受的作用力。
强度与应力的关系
强度（界限值）
岩块的强度：可承受压、剪或低值拉应力，以剪切破坏为主 岩体强度：介于结构面、岩快之间。满足无拉力准则（受 拉处即破坏）
岩体 结构面
强度
应力
（1）如何提高围岩强度：
① 巷道布置在稳定岩层中； ② 布置锚杆，强化围岩强度（锚固体）； ③ 围岩注浆，提高岩体强度； ④ 封闭、疏干、防风化，防止围岩碎裂、强度降低。
巷道支护方式分类（支护载荷，支护对象）
被动支护（巷道金属支架） 作用：给围岩提供支护阻力；使用高强度可缩金属支架
工作面倾斜方向固定支承压力范围一般为15~30米。 少数可达35~40米，峰值一般距煤壁15~20米，应力集中 系数为2~3。
在拐角区要形成应力叠加，应力集中系数可达5~7。
3
4
煤层拐角处叠加支承压力
5
3、采动引起的底板应力分布：
一侧采空
两侧采空
影响深度为1.5~2B
影响深度为3～4B
压力传递影响角一般为30~40度
三向应力在锚杆支护中的作用
❖ 研究表明，围岩注浆 加固可提高其强度和 变形模量、根本改善 围岩的变形规律。
❖ 前苏联的研究资料表 明，注浆后砂岩强度 增加50%~70%， 粉砂岩和泥质岩增加 2~4倍，岩体中岩石 强度的增大使支护载 荷减小2/3~4/5。
刷帮揭露帮部实际浆液扩散情况：顶板裂隙多平行于巷道走向 （轴向），在一定条件下表层以张裂为主；两帮在同一岩层内 裂隙以劈裂为主，在层面附近产生滑移，在层理面附近明显发 生渗透性变化，使得环向渗透性明显小于轴向与径向。
• 一次支护一柔性支护为主，对巷道卸压， 二次支护一关键部位刚性支护为主，整 体加固巷道围岩，控制巷道围岩继续变 形，控制巷道围岩达到最大塑性承载力。
7、围岩强度强化理论
• 提高围岩强度，减小巷道围岩应力和采 用合理的支护技术。
巷道围岩控制的基本途径
围岩控制的基本途径：通过合理有效的巷道支护 提高围岩强度、减少岩体应力。
3 4
2
1
，控制和适应围岩变形。
主动支护（锚杆支护） 作用：强化围岩强度；围岩强度强化理论、高强（超高
）强度锚杆、动态系统设计方法、高应力下的锚杆支护技术 。
σ3
σ1
σ1
σ3
σ1
σ3
σ3
岩石
σ1
将锚固区域岩体作为锚固体，根据岩石的 基本性质知道：岩石的三向抗压强度大于 双向抗压强度，且随着围压的增加，岩石 的强度提高。
6
巷道支护理论
• 新奥法（奥地利L.V.Rabcewich） • 能量支护理论（苏联M.D.Salamon） • 联合支护理论（陆家梁、郑雨天） • 松动圈支护理论（董方庭） • 主次承载区支护理论（方祖烈） • 关键部位加强支护理论（何满潮） • 围岩强度强化理论（侯朝炯） • 再造承载层理论
1、新奥法
高等岩石力学
第九讲：复杂困难巷道围岩控制原理
采区巷道的围岩压力规律
一、受采动影响巷道的围岩应力：
1、巷道围岩应力：
弹性变形应力分布
塑性变形应力分布
2
2、回采工作面周围支承压力分布：
工作面超前支承压力 峰值一般在煤壁前4~8米， 影响范围为40~50米。少 数可达60~80米。应力集 中系数为2.5~3。