【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 *錨桿的擠壓加固作用機(jī)理是錨桿制約圍巖縱向和橫向變形的能力的組合 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 自穩(wěn)隱形拱理論 ? 近年來(lái)我國(guó)的一些專(zhuān)家 、 學(xué)者提出了自穩(wěn)隱形拱理論 ? 自穩(wěn)隱形拱理論的出發(fā)點(diǎn)是： – 立足現(xiàn)場(chǎng)，力求用簡(jiǎn)化的理論方法設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)去適用于現(xiàn)場(chǎng)任何復(fù)雜地層情況。 ? 圍巖頂板的穩(wěn)定是由于巷道頂板中存在有自穩(wěn)隱形拱。自穩(wěn)隱形拱是地下空間上部穩(wěn)定區(qū)域的界面。自穩(wěn)隱形拱將地應(yīng)力分散到巷道兩幫 ? 自穩(wěn)隱形拱首先是基于圍巖具有自承能力這一基本點(diǎn)上，并認(rèn)為不論圍巖如何松款，只要是視連續(xù)體，其即使出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象，這樣的冒落在一般情況下絕對(duì)不會(huì)是無(wú)限的。 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 自穩(wěn)隱形拱是巷道頂部應(yīng)力單元中水平方向的拉應(yīng)力為零的單元的聯(lián)線所形成的曲面 矩形巷道斷面 拱形巷道斷面 自穩(wěn)隱形拱理論 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 極 限 自 穩(wěn) 隱 形 拱 幫錨桿使極限自穩(wěn)隱形拱縮小 unstable surroundings 幫錨桿改善巷道穩(wěn)定性的原理 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 自穩(wěn)隱形拱 二 次隱形拱 用錨桿縮小自穩(wěn)隱形拱的效應(yīng) reducing selfstabilized arch with certain bolting 頂錨桿改善巷道穩(wěn)定性的原理 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 1矩形斷面極限自穩(wěn)隱形拱 2拱形巷道極限自穩(wěn)隱形拱 3矩形巷道自穩(wěn)隱形拱曲線 4拱形巷道自穩(wěn)隱形拱曲線 巷道斷面形狀對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響 affection of an entry section 2 1 3 4 矩形巷道斷面 拱形巷道斷面 巷道斷面改善巷道穩(wěn)定性的原理 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 自穩(wěn)隱形拱方程 )12(112432 202002202???????????????????????????pWpyWx? ? )32(212 ?????????????????????? BxAy202001243??? pWpA20033??? ppB。,0 mW 巷道頂部寬度?。,0 aMpp 巷道頂部垂直地壓?。2 aMp頂板巖體的抗拉強(qiáng)度，??神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 自穩(wěn)隱形拱包絡(luò)線內(nèi)巖體自重 ? 自穩(wěn)隱形拱包絡(luò)線內(nèi)煤體的截面積 : ? ?? 20231 2 W dxyS ? ?dxxBAS ???? 2111 2dxxBABS W? ???????? ???? 201 21021111 2? ??????? 20 11111 c o sc o s2 ? dttBAtBAB)84(22s i n 2011 ?????????????????????ttBA神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 自穩(wěn)隱形拱包絡(luò)線內(nèi)巖體自重 ? 自穩(wěn)隱形拱包絡(luò)線內(nèi)煤體的截面積 : ? ?? 20231 2 W dxyS ? ?dxxBAS ???? 2111 2dxxBABS W? ???????? ???? 201 21021111 2? ??????? 20 11111 c o sc o s2 ? dttBAtBAB)84(22s i n 2011 ?????????????????????ttBA神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 六、錨桿支護(hù)理論的實(shí)質(zhì) 自穩(wěn)隱形拱理論核心 ① 自穩(wěn)隱形拱理論考慮圍巖最不利情況下的頂板狀況，假設(shè)巷道兩幫沒(méi)有側(cè)向變形去研究頂板維護(hù)。 ②沒(méi)有支護(hù)的巷道出現(xiàn)片幫冒頂一般不會(huì)無(wú)限的發(fā)展下去，最終必然達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定平衡。支護(hù)工作就是對(duì)這些易冒落體的維護(hù)。 ③巷道圍巖體達(dá)到塑性破壞后仍然可能是主要承載體，而那些存在拉應(yīng)力的單元體雖然沒(méi)有達(dá)到破壞卻被視為有害巖體加以預(yù)防支護(hù)。 ④巷道頂板應(yīng)力單元體中水平應(yīng)力為零的單元聯(lián)線，稱(chēng)為自穩(wěn)隱形拱。自穩(wěn)隱形拱承載了正常垂直地應(yīng)力的作用，并將頂部垂直應(yīng)力轉(zhuǎn)向巷道兩幫。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 依據(jù)現(xiàn)有的錨桿支護(hù)理論，產(chǎn)生了多種錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法。這里主要介紹 經(jīng)常用到的 設(shè)計(jì) 方法 。 分為三步（和科研項(xiàng)目步驟不同）： 第一步 第二步 第三部 依據(jù)已有資料和工程類(lèi)比形成初步設(shè)計(jì)。 依據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算。 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證并進(jìn)一步完善。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 利用測(cè)力錨桿及位移計(jì)等礦壓監(jiān)測(cè)手段對(duì)錨桿受力及圍巖位移進(jìn)行適時(shí)觀測(cè)。 地質(zhì)力學(xué)評(píng)估 包括對(duì)巷道圍巖 (頂?shù)装寮懊簩?)力學(xué)性質(zhì)測(cè)定、地應(yīng)力（ 3個(gè)主應(yīng)力的大小和方向）測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。 信息反饋和修改、完善設(shè)計(jì) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)及曲線與初始設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，若相同則證明初始設(shè)計(jì)正確 初始設(shè)計(jì) 利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法或現(xiàn)有理論公式計(jì)算，在巷道施工前進(jìn)行 依據(jù)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)最新出版的 《 煤礦作業(yè)規(guī)程技術(shù)手冊(cè)（井工） 》 的要求：錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算要遵循以下原則 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 依據(jù)以下條件先進(jìn)行初始設(shè)計(jì)（工程類(lèi)比法） 端錨： 桿體直徑 16~18 mm 錨桿長(zhǎng)度 ~ m 排間距 ~ m 設(shè)計(jì)錨固力＞ 50 kN 端錨： 桿體直徑 16~18 mm 錨桿長(zhǎng)度 ~ m 排間距 ~ m 設(shè)計(jì)錨固力＞ 50 kN 端錨或加長(zhǎng)錨： 桿體直徑 16~18 mm 錨桿長(zhǎng)度 ~ m 排間距 ~ m 設(shè)計(jì)錨固力：端錨＞ 50 kN； 加長(zhǎng)錨固＞ 90 kN 加長(zhǎng)錨固或全長(zhǎng)錨固：桿體直徑 18~22 mm 錨桿長(zhǎng)度 ~ m 排間距 ~ m 設(shè)計(jì)錨固力：加長(zhǎng)錨固＞ 90 kN； 全長(zhǎng)錨固＞ 110 kN I II III IV 全長(zhǎng)錨固： 桿體直徑 18~24 mm 錨桿長(zhǎng)度 ~ m 排間距 ~ m 設(shè)計(jì)錨固力 ＞110 kN V 非常穩(wěn)定 穩(wěn)定 中等穩(wěn)定 不穩(wěn)定 極不穩(wěn)定 整體砂巖、石灰?guī)r類(lèi)巖層：不支護(hù)其他巖層：?jiǎn)误w錨桿 頂板較完整：?jiǎn)误w錨桿頂板較破碎：錨桿 +網(wǎng) 頂板較完整：錨桿 +W鋼帶或桁架；頂板較破碎：錨桿 +W鋼帶 +網(wǎng)，或增加錨索加固桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 錨桿 +W鋼帶 +網(wǎng)，或增加錨索桁架 +網(wǎng)，或增加錨索 頂板較完整：錨桿 +金屬可縮支架，或增加錨索；頂板較破碎：錨桿 +網(wǎng) +金屬可縮支架，或增加錨索；底臌嚴(yán)重：環(huán)形或可縮支架 +錨桿 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 圍巖 類(lèi)別 圍 巖 穩(wěn)定性 松動(dòng)圈 范圍 /cm 錨噴支護(hù) 類(lèi) 型 錨噴參數(shù) 計(jì)算法 備 注 Ⅰ 穩(wěn) 定 0~40 噴混凝土 圍巖整體性好，不易 風(fēng)化可不支護(hù) Ⅱ 較穩(wěn)定 40~100 錨桿及局部 噴射混凝土 錨桿懸吊理 論 必要時(shí)可用 剛性支架 Ⅲ 中 等 穩(wěn) 定 100~150 錨桿及局部 噴射混凝土 錨桿懸吊理 論 剛性支架 Ⅳ 較 不 穩(wěn) 定 150~200 錨桿、噴層及 局部掛金屬網(wǎng) 錨桿組合拱 理論 可縮性支架 Ⅴ 不穩(wěn)定 200~300 錨桿、噴層及 局部掛金屬網(wǎng) 錨桿組合拱 理論 可縮性支架 設(shè)計(jì)完成后要經(jīng)過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證： 理論計(jì)算公式見(jiàn)附件 word版 新建文件夾 \巷道資料 \《 煤礦作業(yè)規(guī)程技術(shù) 手冊(cè)（井工） 》 2(1).docx，在此只簡(jiǎn)單介紹懸吊理論計(jì)算。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 錨桿懸吊理論計(jì)算 ： L≥l1＋ l2＋ l3 式中： L—— 錨桿總長(zhǎng)， mm； l1—— 錨桿外露長(zhǎng)（托盤(pán)厚度＋螺母厚度＋ ～ ，）， mm； l2—— 有效長(zhǎng)度（頂錨桿取免壓拱高 b，幫錨桿取煤幫破碎深度 c）， mm； l3—— 錨入巖層內(nèi)深度（頂錨桿取 800mm，幫錨桿取 600mm）， mm。 l2的取法： 1. 有界限分明易調(diào)查清楚的偽頂時(shí)， l2≥偽頂厚度， m 2. 有范圍易調(diào)查確定的易碎直接頂時(shí)， l2≥易碎直接頂厚度， m 3. l2取不同巖體的經(jīng)驗(yàn)載荷高度， m 4. l2取普氏免壓拱高（ b或 b1） 5. l2取巷道頂板巖體破碎帶高度 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 錨桿懸吊理論計(jì)算 ： B—— 巷道掘進(jìn)跨度， m； f—— 巷道頂板的普氏巖石堅(jiān)固性系數(shù)； H—— 巷道掘進(jìn)高度， m； ??—— 兩幫巖層的似內(nèi)摩擦角， ( 176。 )。 取巷道頂板巖體破碎帶高度 2pl R h??p0 sin c o sZZRRC?? ? ?? ?R0—— 圓形巷道 (或非圓形巷道的等效圓 )的掘進(jìn)半徑， m； ?—— 巖體容重，多種巖層時(shí)取加權(quán)平均容重， kN/m3； Z—— 巷道中心距地表深度， m； ?—— 巖體內(nèi)摩擦角， ( 176。 )； C—— 巖體粘結(jié)強(qiáng)度， kN/m2； h—— 圓巷 h=R0，非圓巷 h=等效圓中心至頂板的距離， m； Rp—— 巖體破碎帶半徑， m。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 錨桿懸吊理論計(jì)算 ： ?t—— 桿體抗拉強(qiáng)度， MPa； 各種類(lèi)型錨桿的錨固力 Q； 錨桿桿體承載力 P； 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 七、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)及計(jì)算方式 錨桿懸吊理論計(jì)算 ： 2Qakl??t20 .8 8 7ad kl???或 ?t—— 桿體抗拉強(qiáng)度， MPa； ?—— 巖體容重， kN/m3； k—— 安全系數(shù)，一般取 ~； 通常 a=b 錨桿懸吊巖體重量： G=a2l2? 由 kG=Q或 l2——巷道頂板巖體破碎帶高度， m； d——錨桿桿體直徑， mm； a——錨桿間距， mm。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 八、錨索支護(hù)設(shè)計(jì) ?設(shè)計(jì)堅(jiān)持的原則 耦合作用設(shè)計(jì)原則 錨索和錨桿支護(hù)達(dá)不到耦合作用狀態(tài)，將會(huì)出現(xiàn)惡性事故。在迎頭工作面施作錨索支護(hù)，預(yù)應(yīng)力值應(yīng)適當(dāng)小一些，為錨桿設(shè)計(jì)值的 ～ ；在掘進(jìn)機(jī)后實(shí)施錨索支護(hù)時(shí)，預(yù)應(yīng)力水平應(yīng)為錨桿設(shè)計(jì)荷載值的～ 適宜。 關(guān)鍵部位原則 錨索設(shè)計(jì)在頂板的力學(xué)關(guān)鍵部位效果最好，錨索要盡量設(shè)計(jì)在頂板的關(guān)鍵部位。 錨索強(qiáng)度原則 錨索長(zhǎng)度原則 錨索長(zhǎng)度取決于巷道頂板巖性、巖體結(jié)構(gòu)和巷道工程尺寸。堅(jiān)硬頂板巖層高度小于3倍巷道寬度時(shí)，錨索長(zhǎng)度取決于堅(jiān)硬巖層位置，錨索錨固段要設(shè)計(jì)在堅(jiān)硬巖層內(nèi)1～ ；當(dāng)堅(jiān)硬巖層高度大于 3倍巷道寬度時(shí)，其長(zhǎng)度按 3倍寬度設(shè)計(jì)。同時(shí)，要充分注意錨固段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，重點(diǎn)考慮深部圍巖強(qiáng)度和巷道淺部支護(hù)體間的相互耦合作用。 反饋設(shè)計(jì)原則 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，要加強(qiáng)錨索支護(hù)的檢測(cè)，及時(shí)反饋分析、修正和完善設(shè)計(jì)，這樣就及時(shí)彌補(bǔ)了理論和實(shí)踐存在的缺憾。 ?錨索承載強(qiáng)度取決于錨索根數(shù)和錨索間排距，其設(shè)計(jì)總荷載按巷道頂板塑性軟化區(qū)范圍的巖石質(zhì)量乘以安全系數(shù)來(lái)計(jì)算。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 八、錨索支護(hù)設(shè)計(jì) ?錨索支護(hù)參數(shù)的確定 根據(jù)錨索支護(hù)設(shè)計(jì)原則，錨索支護(hù)應(yīng)在關(guān)鍵部位出現(xiàn)的最佳支護(hù)時(shí)間對(duì)關(guān)鍵部 位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。 ①錨索長(zhǎng)度確定。 La=La1+La2+La3 式中： La1—— 錨索外露長(zhǎng)度（一般取 ）； La2—— 錨索有效長(zhǎng)度， m； La3—— 錨索錨固長(zhǎng)度（一般取 ～ ） 對(duì)于靜壓軟巖巷道，錨索有效長(zhǎng)度的確定方法為：在錨桿失效的情況下，其潛 在的冒落高度為 ；同時(shí)為保證巷道的穩(wěn)定性，錨索應(yīng)保證錨固到 穩(wěn)定巖層內(nèi)，剛有效長(zhǎng)度為： La2=Max{,∑hi} a—— 巷道寬度， m； hi—— 穩(wěn)定巖層下各層厚度， m； i—— 穩(wěn)定巖層下巖層層數(shù)。 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)羊場(chǎng)灣煤礦 八、錨索支護(hù)設(shè)計(jì) ?錨索支護(hù)參數(shù)