煤矿锚杆支护设计方法
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1998年全国煤巷锚杆支护率已提高到20.14%。
2. 研究的必要性※
由于锚杆支护显著的技术经济优越性,现已发展 成为煤炭、冶金、水利、水电、地铁、隧道、公路、 军工等地学领域的一种行之有效的支护手段。
2.1锚杆支护比框式支架支护具有显著优越性
A.主动支护,变载荷体为承载体,充分利用围岩 的自承能力。
采掘过程的复杂性等,理论上不完善、机理的认识 上不统一,锚杆支护设计上很难做到科学化、系统 化、规范化。致使许多锚杆支护设计大都是按经验 或工程类比法来完成的。参数设计不尽合理。锚杆 支护的实践(设计、施工)带有一定的盲目性。
2.2.1 现行锚杆支护设计方法的弊端 由于理论上的相对滞后,现行设计基本上是参
中国: 1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护,至今已有
46年历史。 20世纪60年代,普通砂浆锚杆和喷射混凝土支护
开始大量应用于矿山巷道、铁路隧道和边坡加固工程 中。
1964年梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索; 1995年国有重点煤矿当年新掘巷道中锚杆支护率 为28.19%,其中岩巷中占57.2%,半煤岩巷中占
术经济效益最大化,锚杆支护本身所具有的巨大技术 经济潜力得不到充分发挥。
2.3生产实践的需要
支护技术发展到今天,锚杆支护显著的优越性已成共 识,锚杆支护技术在生产实践中高速发展和支护理论 相对滞后的矛盾日益突出。迄今为止,锚杆支护的理 论学说诸子百家,但真正能够方便用于现场设计指导 生产的并不多。没有可靠的理论指导,就没有系统、
悬吊作用理论:1952年路易斯帕内科(Louis Panek)等提出;
组合梁作用理论:雅可比(Jacobio)等提出;
组合拱理论:1955年由奥地利学者L.拉布希维 兹(Rabcewicz)提出;
“新奥法”:1963年首次由L.拉布希维兹提出 ,1978年由L.米勒在日本讲学时系统总结为《新奥 法
原理22条》的隧道施工理念。1980年5月曾来我国 讲学。
30.07%,煤巷中占15.15%。
“九五”期间,原煤炭工业部将“锚杆支护” 列为煤炭工业科技发展的五个重点项目之一, 计 划到2000年,国有重点煤矿锚杆支护率达到50%, 其中煤巷30%,半煤岩巷60%,岩巷80%。经过高校、 科研和生产单位的联合攻关,煤巷锚杆支护技术有 了较大提高,煤巷中锚杆支护的应用也有了迅速发 展。
B.改善围岩应力状态,提高围岩的自承能力。
及时补充第三向应力,有效避免围岩强度的过度衰 减;
C.Hale Waihona Puke Baidu杆与围岩同步变形,可实现有约束让压,从 而保持巷道围岩长期稳定;
D.简化了回采工艺,提高了回采工作面的推进 速度;
E.节省支护钢材,降低支护成本; F.减少支护材料的运输工作量, G.减轻了工人的劳动强度; H.利于机械化作业和提高掘进速度。
新奥法的核心是:变载荷体(围岩)为承载结 构,使围岩与支护结构共同形成一个支承环,充分 调动围岩的自承能力。它摒弃了隧道力学中传统的 以普氏理论和太沙理论为代表的松动地压理论,将 岩体视为承载体。
1.3应用现状
目前锚杆支护非常普遍(每年使用的锚杆数量多 达3亿根左右)。锚杆的种类繁多(多达600余种)。 常见的有:木锚杆、竹锚杆、倒楔式锚杆、钢丝绳砂 浆锚杆、管缝锚杆、塑料胀壳式锚杆、钢筋树脂锚杆 、注浆锚杆,还有:水胀式、爆炸式、套管摩擦式、 弹簧式锚杆...等等。
马小钧 简介
马小钧 男,1961年生于山东省安邱市。 1986年毕业于山东矿业学院采矿系,采 矿高级工程师。中国煤炭工业协会煤矿 支护专业委员会特聘专家。劳动人口部 煤炭系统高级职业考评员,香港国际专 利技术开发投资公司顾问。
目
录
1.锚杆支护技术现状
2.理论研究的必要性
3.研究目的
4.主要研究成果
5.煤巷围岩分类方法
6.参系数的选取
7.煤巷锚杆支护设计方法
8.监测与管理
9.后话
1.锚杆支护技术现状※
1.1锚固技术的发展史
锚固技术的使用距今已有90年的历史。 1912年美国在煤矿使用锚杆支护顶板;[阿伯 施 莱 辛 (Aberschlesin) 的 弗 里 登 斯 ( Friedens ) 煤矿] 1915年至1920年在金属矿山也开始使用锚杆; 1934年阿尔及利亚在筑坝工程中使用预应力 锚杆;(舍尔法坝加高)
照前苏联的设计方法,或工程类比法。其缺点:
a.先设计从锚索,再设计锚杆,违反客观规 律;
b. 许多计算是依照不同国度的某些统计经验 来完成的,缺乏针对性;
c. 设计缺乏系统性; d. 未考虑采动影响; e. 未考虑煤岩体与煤岩试块间力学参数的差 异(煤岩体的节理裂隙); f. 系数多、取值难。
2.2.2安全上可靠性没保障 由于对锚杆支护机理上不清、理解不深,造成
设计上不规范、不合理、施工上不能保证工程质量─ 这正是近年来在煤巷锚杆支护过程中事故频出的主 要原因。大屯同许多局矿一样(如姚桥7359切眼) 都相继出现大面积冒顶,更多的是一些未遂事故。 安全问题已成为煤巷锚杆支护健康发展的一大障碍。
2.2.3经济上造成浪费 由于没有系统的理论指导,设计上都无法实现技
美国、澳大利亚:在煤矿巷道的支护比重中几乎 达到了100%;
英国:在煤矿巷道支护中的比例也达到了80% 以上;
法国、德国,俄罗斯等国锚杆支护的使用比 例也在逐年增加;
日本、印度、新西兰、挪威等国也有广泛应 用;
世界各国在煤炭、冶金、水利、水电、铁路 隧道、地铁、公路、军工等众多的岩土工程领域, 均已成功地应用了锚固技术。
2.2锚杆支护理论研究相对落后
正是基于上述优越性,大屯矿区的煤巷锚杆 支护在矿区空前发展。自99年已来,矿区煤巷锚 杆支护率均在50%已上,使用范围不断扩大:综 采、综放、轻放、高档、高放、水采等几乎所有 的采煤工艺的回采巷道,条件适宜的均使用了锚 网支护。然而,由于锚杆支护的对象──巷道围岩 本身所固有的非均质性、非连续性、各向异性以 及
1957 年 德 国 在 土 层 深 基 坑 中 使 用 锚 杆 ; (Bauer公司)
60年代出现顶板桁架(桁架锚杆)和螺纹锚杆; 1987年意大利大坝加固使用全长锚固锚杆(瑞 士P.埃格); 80年代土尔其、苏联、德国开始使用注浆锚 杆。(C.比隆,E.阿里欧格卢《矿井支护技术》)
1.2理论研究
2. 研究的必要性※
由于锚杆支护显著的技术经济优越性,现已发展 成为煤炭、冶金、水利、水电、地铁、隧道、公路、 军工等地学领域的一种行之有效的支护手段。
2.1锚杆支护比框式支架支护具有显著优越性
A.主动支护,变载荷体为承载体,充分利用围岩 的自承能力。
采掘过程的复杂性等,理论上不完善、机理的认识 上不统一,锚杆支护设计上很难做到科学化、系统 化、规范化。致使许多锚杆支护设计大都是按经验 或工程类比法来完成的。参数设计不尽合理。锚杆 支护的实践(设计、施工)带有一定的盲目性。
2.2.1 现行锚杆支护设计方法的弊端 由于理论上的相对滞后,现行设计基本上是参
中国: 1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护,至今已有
46年历史。 20世纪60年代,普通砂浆锚杆和喷射混凝土支护
开始大量应用于矿山巷道、铁路隧道和边坡加固工程 中。
1964年梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索; 1995年国有重点煤矿当年新掘巷道中锚杆支护率 为28.19%,其中岩巷中占57.2%,半煤岩巷中占
术经济效益最大化,锚杆支护本身所具有的巨大技术 经济潜力得不到充分发挥。
2.3生产实践的需要
支护技术发展到今天,锚杆支护显著的优越性已成共 识,锚杆支护技术在生产实践中高速发展和支护理论 相对滞后的矛盾日益突出。迄今为止,锚杆支护的理 论学说诸子百家,但真正能够方便用于现场设计指导 生产的并不多。没有可靠的理论指导,就没有系统、
悬吊作用理论:1952年路易斯帕内科(Louis Panek)等提出;
组合梁作用理论:雅可比(Jacobio)等提出;
组合拱理论:1955年由奥地利学者L.拉布希维 兹(Rabcewicz)提出;
“新奥法”:1963年首次由L.拉布希维兹提出 ,1978年由L.米勒在日本讲学时系统总结为《新奥 法
原理22条》的隧道施工理念。1980年5月曾来我国 讲学。
30.07%,煤巷中占15.15%。
“九五”期间,原煤炭工业部将“锚杆支护” 列为煤炭工业科技发展的五个重点项目之一, 计 划到2000年,国有重点煤矿锚杆支护率达到50%, 其中煤巷30%,半煤岩巷60%,岩巷80%。经过高校、 科研和生产单位的联合攻关,煤巷锚杆支护技术有 了较大提高,煤巷中锚杆支护的应用也有了迅速发 展。
B.改善围岩应力状态,提高围岩的自承能力。
及时补充第三向应力,有效避免围岩强度的过度衰 减;
C.Hale Waihona Puke Baidu杆与围岩同步变形,可实现有约束让压,从 而保持巷道围岩长期稳定;
D.简化了回采工艺,提高了回采工作面的推进 速度;
E.节省支护钢材,降低支护成本; F.减少支护材料的运输工作量, G.减轻了工人的劳动强度; H.利于机械化作业和提高掘进速度。
新奥法的核心是:变载荷体(围岩)为承载结 构,使围岩与支护结构共同形成一个支承环,充分 调动围岩的自承能力。它摒弃了隧道力学中传统的 以普氏理论和太沙理论为代表的松动地压理论,将 岩体视为承载体。
1.3应用现状
目前锚杆支护非常普遍(每年使用的锚杆数量多 达3亿根左右)。锚杆的种类繁多(多达600余种)。 常见的有:木锚杆、竹锚杆、倒楔式锚杆、钢丝绳砂 浆锚杆、管缝锚杆、塑料胀壳式锚杆、钢筋树脂锚杆 、注浆锚杆,还有:水胀式、爆炸式、套管摩擦式、 弹簧式锚杆...等等。
马小钧 简介
马小钧 男,1961年生于山东省安邱市。 1986年毕业于山东矿业学院采矿系,采 矿高级工程师。中国煤炭工业协会煤矿 支护专业委员会特聘专家。劳动人口部 煤炭系统高级职业考评员,香港国际专 利技术开发投资公司顾问。
目
录
1.锚杆支护技术现状
2.理论研究的必要性
3.研究目的
4.主要研究成果
5.煤巷围岩分类方法
6.参系数的选取
7.煤巷锚杆支护设计方法
8.监测与管理
9.后话
1.锚杆支护技术现状※
1.1锚固技术的发展史
锚固技术的使用距今已有90年的历史。 1912年美国在煤矿使用锚杆支护顶板;[阿伯 施 莱 辛 (Aberschlesin) 的 弗 里 登 斯 ( Friedens ) 煤矿] 1915年至1920年在金属矿山也开始使用锚杆; 1934年阿尔及利亚在筑坝工程中使用预应力 锚杆;(舍尔法坝加高)
照前苏联的设计方法,或工程类比法。其缺点:
a.先设计从锚索,再设计锚杆,违反客观规 律;
b. 许多计算是依照不同国度的某些统计经验 来完成的,缺乏针对性;
c. 设计缺乏系统性; d. 未考虑采动影响; e. 未考虑煤岩体与煤岩试块间力学参数的差 异(煤岩体的节理裂隙); f. 系数多、取值难。
2.2.2安全上可靠性没保障 由于对锚杆支护机理上不清、理解不深,造成
设计上不规范、不合理、施工上不能保证工程质量─ 这正是近年来在煤巷锚杆支护过程中事故频出的主 要原因。大屯同许多局矿一样(如姚桥7359切眼) 都相继出现大面积冒顶,更多的是一些未遂事故。 安全问题已成为煤巷锚杆支护健康发展的一大障碍。
2.2.3经济上造成浪费 由于没有系统的理论指导,设计上都无法实现技
美国、澳大利亚:在煤矿巷道的支护比重中几乎 达到了100%;
英国:在煤矿巷道支护中的比例也达到了80% 以上;
法国、德国,俄罗斯等国锚杆支护的使用比 例也在逐年增加;
日本、印度、新西兰、挪威等国也有广泛应 用;
世界各国在煤炭、冶金、水利、水电、铁路 隧道、地铁、公路、军工等众多的岩土工程领域, 均已成功地应用了锚固技术。
2.2锚杆支护理论研究相对落后
正是基于上述优越性,大屯矿区的煤巷锚杆 支护在矿区空前发展。自99年已来,矿区煤巷锚 杆支护率均在50%已上,使用范围不断扩大:综 采、综放、轻放、高档、高放、水采等几乎所有 的采煤工艺的回采巷道,条件适宜的均使用了锚 网支护。然而,由于锚杆支护的对象──巷道围岩 本身所固有的非均质性、非连续性、各向异性以 及
1957 年 德 国 在 土 层 深 基 坑 中 使 用 锚 杆 ; (Bauer公司)
60年代出现顶板桁架(桁架锚杆)和螺纹锚杆; 1987年意大利大坝加固使用全长锚固锚杆(瑞 士P.埃格); 80年代土尔其、苏联、德国开始使用注浆锚 杆。(C.比隆,E.阿里欧格卢《矿井支护技术》)
1.2理论研究