采場與巷道支護(hù)設(shè)計(jì)緒論

采場與巷道支護(hù)設(shè)計(jì)緒論課程性質(zhì)和目的本課程是《礦山壓力與巖層控制》課程的應(yīng)用和提高，將進(jìn)一步針對采場與巷道圍巖控制理論體系進(jìn)行詳細(xì)講解。加深學(xué)生對礦山壓力控制理論的理解；掌握各種采場覆巖的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和支架—圍巖關(guān)系，能夠進(jìn)行采場支護(hù)設(shè)計(jì)和計(jì)算。熟悉各類采準(zhǔn)及開拓巷道的應(yīng)力環(huán)境及其圍巖變形的一般規(guī)律，理解各種巷道支護(hù)方法尤其是最新的錨桿支護(hù)方法的圍巖控制原理，能夠進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)和計(jì)算。第1頁/共35頁課程目標(biāo)1.作為一個(gè)設(shè)計(jì)人員，具備設(shè)計(jì)人員的基本技能，能夠查閱相關(guān)文獻(xiàn)、計(jì)算、繪圖、寫設(shè)計(jì)說明書等，能夠順利完成巷道支護(hù)設(shè)計(jì)任務(wù)，能夠完成采煤工作面的支護(hù)設(shè)計(jì)；2.采煤作業(yè)規(guī)程、掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程中的支護(hù)設(shè)計(jì)和安全技術(shù)措施。3.作為一個(gè)技術(shù)人員，能夠有效解決井巷施工、工作面回采過程中出現(xiàn)的支護(hù)問題?！暗V壓控制專家”第2頁/共35頁課程內(nèi)容綱要上篇：采場支護(hù)設(shè)計(jì)第一章采場覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其定量推斷第二章采場支架—圍巖關(guān)系（支護(hù)強(qiáng)度）計(jì)算第三章采場支護(hù)設(shè)計(jì)單體支柱工作面液壓支架工作面輕型支架工作面放頂煤工作面第四章淺埋煤層采場礦壓控制第五章深部采場礦壓控制第3頁/共35頁課程內(nèi)容下篇：巷道支護(hù)設(shè)計(jì)第一章巷道圍巖控制原理第二章巷道礦壓控制設(shè)計(jì)（回采巷道、上山、大巷和硐室）第三章錨桿支護(hù)原理、類型、設(shè)計(jì)第4頁/共35頁課程特點(diǎn)（1）實(shí)踐性較強(qiáng)，是一門工程技術(shù)應(yīng)用課程。（2）學(xué)習(xí)必須注意理論聯(lián)系實(shí)際，尤其要跟生產(chǎn)實(shí)習(xí)緊密結(jié)合。（3）內(nèi)容以采場支護(hù)設(shè)計(jì)、巷道控制設(shè)計(jì)為主進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。第5頁/共35頁

教材及參考書教材：姜福興等.《礦壓控制設(shè)計(jì)》,中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996。姜福興等.采煤工作面頂板控制設(shè)計(jì)及其專家系統(tǒng)，煤炭工業(yè)出版社，

2010。

參考書：姜福興主編.《礦山壓力與巖層控制》,煤炭工業(yè)出版社，2004譚云亮主編.《礦山壓力與巖層控制》,煤炭工業(yè)出版社，2008錢鳴高石平五主編.《礦山壓力與巖層控制》,中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003何滿潮主編.《中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐》，科學(xué)出版社，2004侯朝炯主編.《煤巷錨桿支護(hù)》,中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999陸士良.《巖巷的礦壓顯現(xiàn)與合理位置》，煤炭工業(yè)出版社.1984袁和生.《煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)》，煤炭工業(yè)出版社，1997陳炎光、錢鳴高主編，中國煤礦采場圍巖控制，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994陳炎光、陸士良主編，中國煤礦巷道圍巖控制，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994第6頁/共35頁采場與巷道支護(hù)概述（一）采場支護(hù)方法（二）采場支護(hù)設(shè)計(jì)方法（三）巷道支護(hù)方法（四）巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方法第7頁/共35頁（一）采場支護(hù)方法1）支護(hù)方式（1）點(diǎn)柱、棚子（單體支柱+鉸接頂梁）木支柱、金屬摩擦支柱、單體液壓支柱（2）液壓支架支護(hù)支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式、綜放液壓支架（3）輕型支架支護(hù)（4）滑移/懸移頂梁支架（簡單支架）支護(hù)第8頁/共35頁DWX型(懸浮式)單體液壓支柱

第9頁/共35頁

NDZ支柱主要技術(shù)性能型號(hào)最大

高度

mm最小

高度

mm工作

行程

mm工作

阻力

kN工作

液壓

Mpa缸徑

mm重量

kg生產(chǎn)許

可證號(hào)備注

NDZ06-25/80650510140245498023XK12-1100680

NDZ08-25/80800590210245498026XK12-1100680

NDZ10-25/801000720280245498029XK12-1100680

NDZ12-25/801200870330245498034XK12-1100680

NDZ14-25/8014001000400245498038XK12-1100680

NDZ16-25/8016001100500245498041XK12-1100680

NDZ18-25/8018001250550245498045XK12-1100680

NDZ20-30/902000136064029446.39055XK12-1100680超高型NDZ22-30/902240154070029446.39060XK12-1100680超高型NDZ25-25/9025001800700245399068XK12-1100680超高型NDZ28-20/9028002100700200319074XK12-1100681超高型NDZ31-16/9031502450700160259078XK12-1100681超高型第10頁/共35頁

支柱升起時(shí)受到的頂部的阻力叫初撐力，當(dāng)上部壓力逐漸壓在支柱上，支柱壓力逐漸增大，達(dá)到允許的最大值時(shí)的壓力叫工作阻力。

工作阻力——就是當(dāng)液壓支架撐住了頂板時(shí)候并且達(dá)到初撐力之后，下一步就是頂板就會(huì)下沉，直至增加到支架的安全閥的調(diào)定壓力，立柱下腔的壓力就達(dá)到工作阻力。第11頁/共35頁第12頁/共35頁鉸接頂梁特征表類別規(guī)格型號(hào)中心距(mm)每次接長根數(shù)梁體許用彎矩（KN.m)鉸接部許用彎距（KN.m)重量(kg)DJA系列鉸接頂梁DJA-8008001-243.720.0020.32DJA-1000100023.86DJA-12001200127.40DJB系列鉸接頂梁DJA-8008001-252.5030.0022.88DJA-10001000DJA-120012001DJC系列鉸接頂梁DJA-8008001-23518.0017.36DJA-10001000DJA-120012001DJA.S系列雙楔梁DJA.S-8008001-243.720.0021.66DJA.S-10001000DJA.S-120012001DJA.Z系列十字梁DJA.Z500×500

1-243.720.0029.93DJA.Z1000×6001000×600DJA.Z1000×7001000×6001第13頁/共35頁液壓支架分類支撐式掩護(hù)式支撐掩護(hù)式第14頁/共35頁ZY600/25/50掩護(hù)式液壓支架型式支撐高度

（mm)中心距

（mm)初撐力

（kn)工作阻力寬（kn)支護(hù)強(qiáng)度

（Mpa）對底板比

（Mpa)適應(yīng)煤層傾角(X0)泵站壓力支撐掩護(hù)式1440－26001500284432000.561.71523性能參數(shù)：支撐掩護(hù)式大采高液壓支架第15頁/共35頁ZY3600/20/45型掩護(hù)式液壓支架ZZ9900/29.5/50型支撐掩護(hù)式液壓支架

ZFS5600/17/35B型放頂煤液壓支架第16頁/共35頁輕型支架分類滑移頂梁支架單體組合式支架第17頁/共35頁（二）采場支護(hù)設(shè)計(jì)方法工程類比法應(yīng)根據(jù)本煤礦或鄰礦同煤層礦壓觀測資料、經(jīng)驗(yàn)公式，直接頂老頂分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1）參考本煤礦或鄰礦同煤層礦壓觀測資料，選擇本工作面礦壓參數(shù)。

2）合理的支護(hù)強(qiáng)度；（1）支柱實(shí)際支撐能力；（2）合理支護(hù)密度；（3）排距和間距；（4）控頂距；（5）柱鞋直徑。第18頁/共35頁礦壓控制設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容①“摸清敵情”。

了解煤層地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件，預(yù)計(jì)控制對象的特點(diǎn)。任務(wù)：定量預(yù)計(jì)頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律。②“掌握理論”。即掌握控制設(shè)計(jì)的有關(guān)理論、方法，掌握評(píng)價(jià)支護(hù)材料、工藝的理論，掌握有關(guān)管理法規(guī)及勞動(dòng)保護(hù)的理論，以此作為控制設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則；任務(wù)：定量確定支架—圍巖關(guān)系。③“控制設(shè)計(jì)”，即進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)；任務(wù)：有針對性的初步控制設(shè)計(jì)。④“監(jiān)測監(jiān)控，完善設(shè)計(jì)”

即設(shè)計(jì)實(shí)施過程中進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，依據(jù)反饋的信息，判斷設(shè)計(jì)的合理性，這對于“灰色”工程尤為重要，因?yàn)榈V壓控制設(shè)計(jì)本身具有一定的可信度，加上地質(zhì)條件復(fù)雜多變，初次控制設(shè)計(jì)方案不一定是最優(yōu)的，需要邊施工，邊修正。任務(wù)：優(yōu)化設(shè)計(jì)。第19頁/共35頁采場支護(hù)設(shè)計(jì)步驟第20頁/共35頁（三）巷道支護(hù)方法1）支護(hù)方式類型（1）表面支護(hù)和內(nèi)部支護(hù)表面支護(hù)是木支架、金屬支架、裝配式混凝土支架、砌碹、噴層等直接作用于巷道圍巖表面的支護(hù)，其作用就是提供表面約束支護(hù)力。內(nèi)部支護(hù)是錨桿、錨索、注漿等深入圍巖內(nèi)部的支護(hù)。其作用主要是加固圍巖，同時(shí)對圍巖表面提供約束支護(hù)力。（2）主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)有預(yù)緊力的錨桿(索)、有初撐力的表面支護(hù)屬主動(dòng)支護(hù)。無預(yù)緊力的錨桿(索)、無初撐力的表面支護(hù)，屬被動(dòng)支護(hù)。第21頁/共35頁（3）剛性支護(hù)與可縮性支護(hù)盡管各種支護(hù)均有一定的可縮性，但相差較大。一般而言，壁后充填的可縮性金屬支架、可拉伸錨桿、柔性噴層等支護(hù)可縮性較大，而其他支護(hù)的可縮性均較小。這里的可縮性，必須是指產(chǎn)生縮量后巷道及支架仍能正常工作，支架結(jié)構(gòu)沒遭到破壞的情況。因支架鉆底破頂或支架產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞的“縮量”，是不允許的，因此不屬于設(shè)計(jì)可縮性能的范疇。（4）臨時(shí)支護(hù)與永久支護(hù)臨時(shí)支護(hù)指為保證安全臨時(shí)支設(shè)的，需要撤除并反復(fù)使用的支架，如采煤工作面附近巷道的超前支護(hù)或加強(qiáng)支護(hù)、掘進(jìn)工作面的臨時(shí)支護(hù)等；永久支護(hù)是指為維護(hù)巷道長期使用所采用的支護(hù)。第22頁/共35頁（5）一次支護(hù)與二次支護(hù)不撤除的超前支護(hù)應(yīng)屬于一次支護(hù)，它同樣要在整個(gè)巷道服務(wù)期內(nèi)發(fā)揮作用。滯后一次支護(hù)一定時(shí)間及距離的支護(hù)，為二次支護(hù)。（6）聯(lián)合支護(hù)和單一支護(hù)聯(lián)合支護(hù)指采用多種不同性能的單一支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)，即在聯(lián)合支護(hù)中各自充分發(fā)揮其固有的性能，揚(yáng)長避短，共同作用，以適應(yīng)圍巖變形的要求，最終達(dá)到圍巖和巷道穩(wěn)定的目的。聯(lián)合支護(hù)必須是多種獨(dú)立的支護(hù)方法的組合．如錨噴和U型鋼支架的聯(lián)合、錨噴和弧板的聯(lián)合。聯(lián)合支護(hù)也要與復(fù)合襯砌和復(fù)合材料的概念相區(qū)分，在碹體支護(hù)中兩碹體間充以瀝青或塑料板等進(jìn)行復(fù)合襯砌，借以滿足工藝要求，不能稱為聯(lián)合支護(hù)。又如在同一噴層內(nèi)，外層、內(nèi)層采用不同彈模的纖維，只能稱作復(fù)合材料而不能稱為聯(lián)合支護(hù)。

第23頁/共35頁第24頁/共35頁（三）巷道支護(hù)1）巷道支護(hù)類型煤巷支護(hù)、巖巷支護(hù)、半煤巖巷道支護(hù)。平巷支護(hù)、斜巷支護(hù)、垂直井巷支護(hù)、硐室支護(hù)?；夭上锏乐ёo(hù)、準(zhǔn)備巷道支護(hù)、開拓巷道支護(hù)。2）巷道支護(hù)裝備（1）錨桿（2）金屬支架（3）其它傳統(tǒng)支護(hù)：混凝土、鋼筋混凝土、石材、木材（4）聯(lián)合支護(hù)。第25頁/共35頁（四）錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)方法錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)按《錨桿噴射混凝上支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GB50086-2001）進(jìn)行。錨噴支擴(kuò)設(shè)計(jì)主要用工程類比法。只有在復(fù)雜地質(zhì)條件下，對于重點(diǎn)工程和大跨度巷道、硐室等以及缺乏恰當(dāng)類比對象時(shí)，才進(jìn)行監(jiān)控法設(shè)計(jì)和解析法驗(yàn)證。1）工程類比法根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》中國錨噴支護(hù)使用的圍巖分類法表將圍巖共分5類。中國煤炭系統(tǒng)總結(jié)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定了巷道和硐室錨噴支護(hù)參數(shù)表，可用于錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)。第26頁/共35頁煤炭行業(yè)巖石分類表第27頁/共35頁（四）錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)方法2）圍巖松動(dòng)圈分類法使用圍巖松動(dòng)圈分類法時(shí)，首先應(yīng)選擇有代表性的巷道圍巖，以超聲波松動(dòng)圈測定儀測出松動(dòng)圈范圍，然后進(jìn)行分類。在施工過程中，對于軟巖巷道，即松動(dòng)圈大于150cm的情況，應(yīng)進(jìn)行巷道表面變形量測，用于監(jiān)測圍巖變形狀態(tài)和支護(hù)效果，必要時(shí)修改支護(hù)參數(shù)，以及確定二次支護(hù)時(shí)間等。第28頁/共35頁圍巖類別松動(dòng)圈支護(hù)方法備注小I穩(wěn)定<40cm噴砼圍巖整體性好中II較穩(wěn)定~100錨，噴III一般~150錨，噴剛性支護(hù)局部破壞，可縮性支護(hù)大IV一般不穩(wěn)定~200錨，噴，網(wǎng)剛性支護(hù)大面積破壞V不穩(wěn)定~300錨，噴，網(wǎng)圍巖變形有穩(wěn)定期VI極不穩(wěn)定>300二次支護(hù)無穩(wěn)定期圍巖松動(dòng)圈分類第29頁/共35頁（四）錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)方法3）解析法(1)錨噴參數(shù)單體計(jì)算方法；錨桿長度、直徑、間排距、噴層厚度等。(2)錨桿參數(shù)整體計(jì)算方法；擠壓加固拱、組合梁等原理。4）錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)第30頁/共35頁煤礦巷道礦壓控制煤礦巷道及其布置的發(fā)展趨勢巖巷向煤巷發(fā)展巖頂煤巷向煤頂巷道和全煤巷道發(fā)展

巷道拱形斷面向矩形斷面發(fā)展巷道從小斷面向大斷面發(fā)展單巷布