[煤巷锚杆支护新理论与设计方法]煤巷锚杆支护规范.docx

[煤巷锚杆支护新理论与设计方法]煤巷锚杆支护规范文章编号!"##$%&’($)(##(*#"%##"(%#+煤巷锚杆支护新理论与设计方法陈庆敏",郭颂(,张农"江苏徐州()"-中国矿业大学,("##./(-美国岩层加固与工程技术公司*摘要!根据水平主应力与垂直应力的关系,将地层的应力状态分为四种情况,即高水平应力状态0低水正常水平应力状态0静水应力状态,提出了基于高水平地应力的1刚性2梁理论与基于垂直地应力平应力状态0的1刚性2墙理论,并建立了相应的锚杆参数设计方法3关键词!锚杆支护理论/刚性2梁/刚性2墙/设计方法11中图分类号!$&$-4文献标识码!5完善的锚杆支护理论是正确设计锚杆支护参数的基础,随着煤巷锚杆支护技术在我国的应用,近年来,锚杆支护理论研究有了进一步的发展,基于高预应力锚杆的应用,本文提出了基于高水平地应力的1刚性梁2理论及基于高垂直地应力的1刚性2墙理论,并建立了相应的锚杆参数设计方法36现有锚杆支护理论6-6悬吊理论悬吊理论对锚杆支护机理作出了最朴素的解释!锚杆的作用在于将下位松软和7或破碎岩层悬吊于上位坚硬岩层3对于在巷道顶板一定范围内存在坚硬岩层时,采用悬吊理论进行锚杆支护设计是完全可行的,也是最简单0最经济的方法36-8组合梁理论组合梁理论是从经典的材料力学中借用而来的3在美国七十年代无拉力全长胶结锚杆盛行时,组合梁理论被广泛用来解释锚杆的支护机理,其主要要点是!锚杆将各个薄的岩石分层贯穿在一起形成一个厚的组合梁,薄的岩石分层能独立抗拒的拉应力较小,而厚的组合梁抗拉强度大大提高3在锚杆与岩石层面横交处,锚杆与胶结物一起共同阻止岩层沿层理面的水平错动3材料力学中的组合梁理论本身不考虑水平侧压的影响,而只考虑垂直载荷3收稿日期!(##"%#4%"?6-9组合拱理论组合拱理论认为!在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆时,在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力,如果沿巷道周边布置锚杆群,只要锚杆间距足够小,各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错,就能在岩体中形成一个均匀的压缩带,即承压拱)亦称组合拱或压缩拱*这个承压拱可以承受,在承压拱内的岩其上部破碎岩石施加的径向载荷3石径向及切向均受压,处于三向应力状态,其围岩强度得到提高,支撑能力也相应加大3因此,锚杆支护的关键在于获取较大的承压拱厚度和较高的强度,其厚度越大,越有利于围岩的稳定和支撑能力的提高3组合拱理论在一定程度上揭示了锚杆支护的作用原理,在岩石或煤层拱形巷道中可以作为锚杆支护参数的设计依据36-:围岩松动圈支护理论围岩松动圈理论认为!地应力与围岩相互)"*作用会产生围岩松动圈/松动圈形成过程中产)(*生的碎胀力及其所造成的有害变形是巷道支护的主要对象,松动圈尺寸越大,巷道收敛变形也越大,支护越困难3)依据松动圈的大小采用不同的原$*理设计锚杆支护3小松动圈)采用喷射混#;+#"&#作者简介!陈庆敏)男,副教授,获工学博士学位,现在中国矿业大学从事巷道支护理论与工程实"’4?@*,"’’4年毕业于中国矿业大学,践的科研工作,发表论文$获国家科技进步二等奖"项,省部级科技进步二等奖(项,#余篇,"’’.年获孙越崎科技教育基金青年科技奖,煤炭系统拔尖人才3万方数据A"(A(##(-B"矿山压力与顶板管理由于围岩松动圈是随着时间!巷道支护形式及并且在同一断面上由于岩支护强度的变化而变化"性的差异"围岩松动圈的大小也是不一样的#所以"在复杂条件下围岩松动圈理论$如煤巷!软岩巷道%并没有得到应用#松动圈支护理论对于锚杆支护的指导作用主要在于确定普通锚杆$如普通圆钢锚杆!水泥药卷锚杆等等%的适用条件和范围#&’(最大水平地应力理论自从八十年代以来"水平应力对巷道稳定性的影响已经引起了人们的普遍关注#澳大利亚)’./0通过数值模拟分析及现场观测"1234%*+,-博士$充分考虑水平地应力的影响#在美国"由于使用无拉力全长胶结锚杆的巷道冒顶现象仍然不断发生"于是人们试图从改变锚杆其中最重要的一点就结构入手解决巷道冒顶问题"是使用抗摩擦塑料垫圈#这一改进使得实现顶板锚杆高预拉力成为可能"美国矿山巷道锚杆的预应力一般为1可以达到锚杆杆体本身屈服IJK左右"在美国"高预拉力强度的GILH4GL#实践证明"锚杆的使用提高了复杂顶板条件下的顶板稳定性"大大降低了冒顶事故#尽管高预拉力锚杆在美国使用已有相当一段历史并取得极佳的技术经济效果"得到了水平应力对巷道稳定性的最基本的认识5巷道轴向与最大主应力方向平行时"巷道受水平应力的影响最小6二者垂直时"巷道受水平应力的影响最大6二者呈一定夹角时"巷道其中一侧会出现水平应力集中而另一侧应力较低"因而顶底板的变形会偏向巷道的某一侧#并提出在最大水平地应力的作用下"顶底板岩层易于发生剪切破坏"出现错动与松动而造成围岩变形"锚杆的作用即是