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1、矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 第八章第八章巷道维护原理和支护技术巷道维护原理和支护技术矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制主要内容主要内容 8.1 无煤柱护巷无煤柱护巷8.2 巷道围岩卸压巷道围岩卸压8.3 巷道金属支架巷道金属支架8.4 巷道锚杆支护巷道锚杆支护8.5 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术软岩巷道围岩变形规律及其支护技术8.6 锚杆支护质量监测锚杆支护质量监测矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制第一节第一节 无煤柱护巷无煤柱护巷图图图图8-1 8-1 留煤柱护巷示意图留煤柱护巷示意图留煤柱护巷示意图留煤柱护巷示意图一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定性一、护巷煤柱的稳定
2、性一、护巷煤柱的稳定性 传统的留煤柱护巷方法是在传统的留煤柱护巷方法是在传统的留煤柱护巷方法是在传统的留煤柱护巷方法是在上区段运输平巷上区段运输平巷上区段运输平巷上区段运输平巷和和和和下下下下区段回风平巷区段回风平巷区段回风平巷区段回风平巷之间留设一定宽度的煤柱，使下区段平之间留设一定宽度的煤柱，使下区段平之间留设一定宽度的煤柱，使下区段平之间留设一定宽度的煤柱，使下区段平巷避开固定支承压力峰值区。巷避开固定支承压力峰值区。巷避开固定支承压力峰值区。巷避开固定支承压力峰值区。（一）（一）（一）（一）煤柱的载荷煤柱的载荷煤柱的载荷煤柱的载荷 1 1 1 1煤柱载荷的估算煤柱载荷的估算煤柱载荷的估
3、算煤柱载荷的估算图图图图8-2 8-2 计算煤柱载荷示意图计算煤柱载荷示意图计算煤柱载荷示意图计算煤柱载荷示意图 2 2煤柱宽度的理论计算煤柱宽度的理论计算煤柱宽度的理论计算煤柱宽度的理论计算 护巷煤柱宽度的理论计算有按护巷煤柱宽度的理论计算有按护巷煤柱宽度的理论计算有按护巷煤柱宽度的理论计算有按煤柱的允许应力，煤柱能煤柱的允许应力，煤柱能煤柱的允许应力，煤柱能煤柱的允许应力，煤柱能承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布承受的极限载荷，以及按煤柱应力分布等多种方法。各种方等多种方法。各种方等多种方法。各种方等多种方法。各种方法的基
4、本观点都认为：法的基本观点都认为：法的基本观点都认为：法的基本观点都认为：煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷 不超过它的极限强度不超过它的极限强度不超过它的极限强度不超过它的极限强度R R。煤柱的宽度。煤柱的宽度。煤柱的宽度。煤柱的宽度B B计算式：计算式：计算式：计算式：（二）煤柱的应力分布（二）煤柱的应力分布（二）煤柱的应力分布（二）煤柱的应力分布 1 1一侧采空煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应一侧采空煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应一侧采空煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应一侧采空煤柱（体）的弹塑
5、性变形区及垂直应力的分布力的分布力的分布力的分布图图图图8-3 8-3 煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应力分布煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应力分布煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应力分布煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应力分布 1弹性应力分布；2弹塑性应力分布；破裂区；塑性区；弹性区应力升高部分；原始应力区 2 2两侧采空煤柱的弹塑性变形区及垂直应力的分布两侧采空煤柱的弹塑性变形区及垂直应力的分布两侧采空煤柱的弹塑性变形区及垂直应力的分布两侧采空煤柱的弹塑性变形区及垂直应力的分布 两侧均已采空的煤柱，其应力分布状态主要取决两侧均已采空的煤柱，其应力分布状态主要取决两侧均已采空的煤柱，其应力分布状
6、态主要取决两侧均已采空的煤柱，其应力分布状态主要取决于回采引起的于回采引起的于回采引起的于回采引起的支承压力影响距离支承压力影响距离支承压力影响距离支承压力影响距离L L及及及及煤柱宽度煤柱宽度煤柱宽度煤柱宽度B B，主要，主要，主要，主要有三种类型：有三种类型：有三种类型：有三种类型：B B2 2L L时时时时（图（图（图（图8-48-4）2 2L LB BL L时时时时，见图，见图，见图，见图8-58-5。B BL L时时时时(图图图图8-68-6）,受两侧采动影响时，受两侧采动影响时，受两侧采动影响时，受两侧采动影响时，KK值可值可值可值可达到达到达到达到4 45 5以上。以上。以上。以
7、上。图图图图8-4 8-4 煤柱宽度很大时弹塑性变煤柱宽度很大时弹塑性变煤柱宽度很大时弹塑性变煤柱宽度很大时弹塑性变形区及垂直应力分布形区及垂直应力分布形区及垂直应力分布形区及垂直应力分布 破裂区；塑性区；中部为原岩应力的弹性区 图图图图8-5 8-5 煤柱宽度较大时弹塑煤柱宽度较大时弹塑煤柱宽度较大时弹塑煤柱宽度较大时弹塑性变形区及垂直应力分布性变形区及垂直应力分布性变形区及垂直应力分布性变形区及垂直应力分布 破裂区；塑性区；应力升高的弹性区图图图图8-6 8-6 宽度较小时煤柱的塑性变形区及垂直应力分布宽度较小时煤柱的塑性变形区及垂直应力分布宽度较小时煤柱的塑性变形区及垂直应力分布宽度较小
8、时煤柱的塑性变形区及垂直应力分布 破裂区；塑性区；弹性区 图图8-7 煤柱的弹塑性变形区及应力分布煤柱的弹塑性变形区及应力分布（三）、护巷煤柱的稳定性（三）、护巷煤柱的稳定性（三）、护巷煤柱的稳定性（三）、护巷煤柱的稳定性 （1 1 1 1）护巷煤柱的宽度）护巷煤柱的宽度）护巷煤柱的宽度）护巷煤柱的宽度 煤柱的宽度是影响煤柱的稳定性和巷道维护的主要煤柱的宽度是影响煤柱的稳定性和巷道维护的主要煤柱的宽度是影响煤柱的稳定性和巷道维护的主要煤柱的宽度是影响煤柱的稳定性和巷道维护的主要因素因素因素因素。（2 2）护巷煤柱保持稳定的基本条件）护巷煤柱保持稳定的基本条件）护巷煤柱保持稳定的基本条件）护巷煤
9、柱保持稳定的基本条件 护巷煤柱一侧为回采空间，一侧为采准巷道。回采空间和护巷煤柱一侧为回采空间，一侧为采准巷道。回采空间和护巷煤柱一侧为回采空间，一侧为采准巷道。回采空间和护巷煤柱一侧为回采空间，一侧为采准巷道。回采空间和采准巷道在护巷煤柱两侧形成各自的采准巷道在护巷煤柱两侧形成各自的采准巷道在护巷煤柱两侧形成各自的采准巷道在护巷煤柱两侧形成各自的塑性变形区，塑性区的宽塑性变形区，塑性区的宽塑性变形区，塑性区的宽塑性变形区，塑性区的宽度分别为度分别为度分别为度分别为x0 x0、x1x1（图（图（图（图8-78-7）。因此，护巷煤柱保持稳定的基本条）。因此，护巷煤柱保持稳定的基本条）。因此，护巷
10、煤柱保持稳定的基本条）。因此，护巷煤柱保持稳定的基本条件是：件是：件是：件是：煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央存在一定宽度的煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央存在一定宽度的煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央存在一定宽度的煤柱两侧产生塑性变形后，在煤柱中央存在一定宽度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度的弹性核，弹性核的宽度应不小于煤柱高度的2 2倍倍倍倍。二、二、二、二、老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系 P224P224
11、P224P224 （1 1）在巷道整个服务时期，随着采面不断向前推）在巷道整个服务时期，随着采面不断向前推）在巷道整个服务时期，随着采面不断向前推）在巷道整个服务时期，随着采面不断向前推进，通过巷道顶板对沿空巷道围岩稳定的影响方式和进，通过巷道顶板对沿空巷道围岩稳定的影响方式和进，通过巷道顶板对沿空巷道围岩稳定的影响方式和进，通过巷道顶板对沿空巷道围岩稳定的影响方式和程度差异悬殊。程度差异悬殊。程度差异悬殊。程度差异悬殊。（2 2）沿空巷道顶板岩层处于采空区上覆岩层结构）沿空巷道顶板岩层处于采空区上覆岩层结构）沿空巷道顶板岩层处于采空区上覆岩层结构）沿空巷道顶板岩层处于采空区上覆岩层结构固支边
12、与铰结边之间，其顶板岩层断裂成弧形三角板。固支边与铰结边之间，其顶板岩层断裂成弧形三角板。固支边与铰结边之间，其顶板岩层断裂成弧形三角板。固支边与铰结边之间，其顶板岩层断裂成弧形三角板。（3 3）沿空巷道跨度较小，工作面老顶岩层结构对）沿空巷道跨度较小，工作面老顶岩层结构对）沿空巷道跨度较小，工作面老顶岩层结构对）沿空巷道跨度较小，工作面老顶岩层结构对巷道围岩稳定性影响最显著巷道围岩稳定性影响最显著巷道围岩稳定性影响最显著巷道围岩稳定性影响最显著，老顶一般可视为亚关键老顶一般可视为亚关键老顶一般可视为亚关键老顶一般可视为亚关键层。层。层。层。图图图图8-8 8-8 采空区上覆岩层结构示意图采空
13、区上覆岩层结构示意图采空区上覆岩层结构示意图采空区上覆岩层结构示意图图图图图8-9 8-9 回采工作面倾斜方向支承压力分布回采工作面倾斜方向支承压力分布回采工作面倾斜方向支承压力分布回采工作面倾斜方向支承压力分布a顶底板为砂岩 b顶底板为泥质或较破碎的砂质页岩 三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律三、沿空掘巷的矿压显现规律（一）沿倾斜方向支承压力分布规律（一）沿倾斜方向支承压力分布规律（一）沿倾斜方向支承压力分布规律（一）沿倾斜方向支承压力分布规律 P225P225（二）巷道围岩变形与护巷煤柱宽度的关系（二）巷道围岩变形与护巷煤柱宽度的关系（二）巷道围
14、岩变形与护巷煤柱宽度的关系（二）巷道围岩变形与护巷煤柱宽度的关系表表表表8-1 8-1 回采巷道保持稳定状态的护巷煤柱宽度值回采巷道保持稳定状态的护巷煤柱宽度值回采巷道保持稳定状态的护巷煤柱宽度值回采巷道保持稳定状态的护巷煤柱宽度值B/mB/m图图8-10 -x关系曲线示意图关系曲线示意图（三）（三）（三）（三）沿空掘巷的矿压显现沿空掘巷的矿压显现沿空掘巷的矿压显现沿空掘巷的矿压显现1 1 1 1沿空掘巷的围岩应力和围岩变形沿空掘巷的围岩应力和围岩变形沿空掘巷的围岩应力和围岩变形沿空掘巷的围岩应力和围岩变形 P226P226图图图图8-11 8-11 沿空掘巷引起煤帮应力重新分布沿空掘巷引起煤
15、帮应力重新分布沿空掘巷引起煤帮应力重新分布沿空掘巷引起煤帮应力重新分布 1掘巷前的应力分布 2掘巷后的应力分布 图图图图8-12 8-12 窄煤柱护巷引起煤帮应力重新分布窄煤柱护巷引起煤帮应力重新分布窄煤柱护巷引起煤帮应力重新分布窄煤柱护巷引起煤帮应力重新分布 1掘巷前的应力分布 2掘巷后的应力分布 2 2 2 2窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形 P226P226 窄煤柱巷道窄煤柱巷道窄煤柱巷道窄煤柱巷道是指巷道与采空区之间保留是指巷道与采空区之间保留是指巷道与采空区之间保留是指巷道与采空区之间保留5 58
16、m8m宽的宽的宽的宽的煤柱。巷道掘进前，采空区附近沿倾斜方向煤体内应力煤柱。巷道掘进前，采空区附近沿倾斜方向煤体内应力煤柱。巷道掘进前，采空区附近沿倾斜方向煤体内应力煤柱。巷道掘进前，采空区附近沿倾斜方向煤体内应力分布（图分布（图分布（图分布（图8-128-12中中中中1 1）。最终应力分布状态如图）。最终应力分布状态如图）。最终应力分布状态如图）。最终应力分布状态如图8-128-12中中中中2 2所所所所示。示。示。示。图图图图8-13 8-13 完全沿空掘巷完全沿空掘巷完全沿空掘巷完全沿空掘巷 图图图图8-14 8-14 留小煤墙沿空掘巷留小煤墙沿空掘巷留小煤墙沿空掘巷留小煤墙沿空掘巷 沿
17、空掘巷的沿空掘巷的沿空掘巷的沿空掘巷的三种方式三种方式三种方式三种方式：完全沿空掘巷、留小煤柱：完全沿空掘巷、留小煤柱：完全沿空掘巷、留小煤柱：完全沿空掘巷、留小煤柱掘巷、保留部分老巷断面的沿空掘巷方式。掘巷、保留部分老巷断面的沿空掘巷方式。掘巷、保留部分老巷断面的沿空掘巷方式。掘巷、保留部分老巷断面的沿空掘巷方式。P227P227四、沿空留巷的矿压显现四、沿空留巷的矿压显现四、沿空留巷的矿压显现四、沿空留巷的矿压显现 1 1采动时期的受力状况采动时期的受力状况采动时期的受力状况采动时期的受力状况 沿空留巷沿空留巷沿空留巷沿空留巷是在上区段工作面采过后，通过加强支是在上区段工作面采过后，通过加
18、强支是在上区段工作面采过后，通过加强支是在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其它有效方法，将上区段工作面运输平巷保护或采用其它有效方法，将上区段工作面运输平巷保护或采用其它有效方法，将上区段工作面运输平巷保护或采用其它有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷（图留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷（图留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷（图留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷（图8-8-1515）。）。）。）。2 2沿空留巷的顶板下沉规律沿空留巷的顶板下沉规律沿空留巷的顶板下沉规律沿空留巷的顶板下沉规律 P228P228 回采工作面推进引起的上
19、覆岩层运动，其发展是回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的自下而上的，上部具有明显的滞后现象，沿空留巷的顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。图图图图8-15 8-15 沿空留巷工作面巷道平面布置图沿空留巷工作面巷道平面布置图沿
20、空留巷工作面巷道平面布置图沿空留巷工作面巷道平面布置图a走向长壁沿空留巷 b倾斜长壁沿空留巷 五、沿空留巷巷旁支护形式五、沿空留巷巷旁支护形式五、沿空留巷巷旁支护形式五、沿空留巷巷旁支护形式1 1 巷旁支护的作用巷旁支护的作用巷旁支护的作用巷旁支护的作用 巷旁支护巷旁支护巷旁支护巷旁支护是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设的一些特殊类型的支架或人工构筑物。的一些特殊类型的支架或人工构筑物。的一些特殊类型的支架或人工构筑物。的一些特殊类型的支架或人工构筑物。它的作用主要有：它的作用
21、主要有：它的作用主要有：它的作用主要有：（1 1）控制直接顶的离层和及时切断直接顶板，使垮落矸控制直接顶的离层和及时切断直接顶板，使垮落矸控制直接顶的离层和及时切断直接顶板，使垮落矸控制直接顶的离层和及时切断直接顶板，使垮落矸石在采空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。石在采空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。石在采空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。石在采空区内充填支撑老顶，减少上覆岩层的弯曲下沉。（2 2）减少巷内支护所承受的载荷，保持巷道围岩稳定。）减少巷内支护所承受的载荷，保持巷道围岩稳定。）减少巷内支护所承受的载荷，保持巷道围岩稳定。）减少巷内支护所承受的载荷，
22、保持巷道围岩稳定。（3 3）同时为了生产安全，及时封闭采空区，防止漏风和）同时为了生产安全，及时封闭采空区，防止漏风和）同时为了生产安全，及时封闭采空区，防止漏风和）同时为了生产安全，及时封闭采空区，防止漏风和煤炭自燃发火，避免采空区内有害气体逸出煤炭自燃发火，避免采空区内有害气体逸出煤炭自燃发火，避免采空区内有害气体逸出煤炭自燃发火，避免采空区内有害气体逸出 。2 2巷旁支护的类型和适用条件巷旁支护的类型和适用条件巷旁支护的类型和适用条件巷旁支护的类型和适用条件 木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混
23、凝土砌块木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块支护等方式。它们的主要缺点是，支护等方式。它们的主要缺点是，支护等方式。它们的主要缺点是，支护等方式。它们的主要缺点是，增阻速度慢、支承能力增阻速度慢、支承能力增阻速度慢、支承能力增阻速度慢、支承能力低、密封性能差、木材消耗多和机械化程度不高低、密封性能差、木材消耗多和机械化程度不高低、密封性能差、木材消耗多和机械化程度不高低、密封性能差、木材消耗多和机械化程度不高 。3 3整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术 整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术整体浇注巷旁充填技术具有增
24、阻速度快、支承能力大、具有增阻速度快、支承能力大、具有增阻速度快、支承能力大、具有增阻速度快、支承能力大、密封性能好和机械化程度高等优点密封性能好和机械化程度高等优点密封性能好和机械化程度高等优点密封性能好和机械化程度高等优点，使发展沿空留巷技术，使发展沿空留巷技术，使发展沿空留巷技术，使发展沿空留巷技术的关键问题得到解决。的关键问题得到解决。的关键问题得到解决。的关键问题得到解决。一、跨巷回采进行巷道卸压一、跨巷回采进行巷道卸压一、跨巷回采进行巷道卸压一、跨巷回采进行巷道卸压 1 1跨巷回采卸压的机理跨巷回采卸压的机理跨巷回采卸压的机理跨巷回采卸压的机理 根据采面不断移动的特点以及巷道系统优
25、化布置的根据采面不断移动的特点以及巷道系统优化布置的根据采面不断移动的特点以及巷道系统优化布置的根据采面不断移动的特点以及巷道系统优化布置的原则，可在巷道上方的煤层工作面进行跨采，使巷道经原则，可在巷道上方的煤层工作面进行跨采，使巷道经原则，可在巷道上方的煤层工作面进行跨采，使巷道经原则，可在巷道上方的煤层工作面进行跨采，使巷道经历一段时间的高应力作用后，长期处于应力降低区内。历一段时间的高应力作用后，长期处于应力降低区内。历一段时间的高应力作用后，长期处于应力降低区内。历一段时间的高应力作用后，长期处于应力降低区内。跨采的效果主要取决于跨采的效果主要取决于跨采的效果主要取决于跨采的效果主要取
26、决于巷巷巷巷道与上方跨采面的相对位置。道与上方跨采面的相对位置。道与上方跨采面的相对位置。道与上方跨采面的相对位置。第二节第二节 巷道围岩卸压巷道围岩卸压2 2、跨巷回采的应用及矿压显现规律、跨巷回采的应用及矿压显现规律、跨巷回采的应用及矿压显现规律、跨巷回采的应用及矿压显现规律 跨巷回采期间，巷道将顺次受到跨巷回采期间，巷道将顺次受到跨巷回采期间，巷道将顺次受到跨巷回采期间，巷道将顺次受到跨采面的超前支跨采面的超前支跨采面的超前支跨采面的超前支承压力承压力承压力承压力和和和和上覆岩层垮落的影响上覆岩层垮落的影响上覆岩层垮落的影响上覆岩层垮落的影响，剧烈影响范围和程度与，剧烈影响范围和程度与，
27、剧烈影响范围和程度与，剧烈影响范围和程度与开采深度、围岩的力学性质及巷道与开采煤层的法向距开采深度、围岩的力学性质及巷道与开采煤层的法向距开采深度、围岩的力学性质及巷道与开采煤层的法向距开采深度、围岩的力学性质及巷道与开采煤层的法向距离有关。只要与采空区煤壁边缘的水平距离适当，跨采离有关。只要与采空区煤壁边缘的水平距离适当，跨采离有关。只要与采空区煤壁边缘的水平距离适当，跨采离有关。只要与采空区煤壁边缘的水平距离适当，跨采后巷道可以长期处于应力降低区。后巷道可以长期处于应力降低区。后巷道可以长期处于应力降低区。后巷道可以长期处于应力降低区。图图图图8-16 8-16 区段煤柱对跨采上山围岩变形
28、的影响区段煤柱对跨采上山围岩变形的影响区段煤柱对跨采上山围岩变形的影响区段煤柱对跨采上山围岩变形的影响 1 1不留区段煤柱、先跨；不留区段煤柱、先跨；不留区段煤柱、先跨；不留区段煤柱、先跨；22留区段煤柱、先跨留区段煤柱、先跨留区段煤柱、先跨留区段煤柱、先跨 33留区段煤柱、后跨；留区段煤柱、后跨；留区段煤柱、后跨；留区段煤柱、后跨；44较宽的煤柱维护上山较宽的煤柱维护上山较宽的煤柱维护上山较宽的煤柱维护上山 图图图图8-17 8-17 切缝对圆形巷道周边应力分布的影响切缝对圆形巷道周边应力分布的影响切缝对圆形巷道周边应力分布的影响切缝对圆形巷道周边应力分布的影响 a无切缝；b两帮切缝；c顶底
29、切缝；d两帮及顶底同时切缝 二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压 1 1 1 1巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响2 2 2 2巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用 P231P231图图图图8-18 8-18 钻孔卸压现场试验结果钻孔卸压现场试验结果钻孔卸压现场试验结果钻孔卸压现场试验结果 1未卸压未卸压；2卸压
30、钻孔深卸压钻孔深8m；3卸压钻孔深卸压钻孔深9m 3 3 3 3巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道围岩松动爆破卸压法的应用巷道围岩松动爆破卸压法的应用 图图图图8-20 8-20 松动爆破卸压钻孔布置（芦岭矿）松动爆破卸压钻孔布置（芦岭矿）松动爆破卸压钻孔布置（芦岭矿）松动爆破卸压钻孔布置（芦岭矿）三、利用卸压巷硐进行巷道卸压三、利用卸压巷硐进行巷道卸压三、利用卸压巷硐进行巷道卸压三、利用卸压巷硐进行巷道卸压 利用利用利用利用卸压巷硐卸压方法卸压巷硐卸压方法卸压巷硐卸压方法卸压巷硐卸压方法的实质是，在被保护的巷道附的实质是，在被保护的巷道附的实质是，在被保护的巷道附的
31、实质是，在被保护的巷道附近（通常是在其上部、一侧或两侧），开掘专门用于卸压近（通常是在其上部、一侧或两侧），开掘专门用于卸压近（通常是在其上部、一侧或两侧），开掘专门用于卸压近（通常是在其上部、一侧或两侧），开掘专门用于卸压的巷道或硐室。转移附近煤层开采的采动影响，促使采动的巷道或硐室。转移附近煤层开采的采动影响，促使采动的巷道或硐室。转移附近煤层开采的采动影响，促使采动的巷道或硐室。转移附近煤层开采的采动影响，促使采动引起的应力分布再次重新分布，最终使被保护巷道处于开引起的应力分布再次重新分布，最终使被保护巷道处于开引起的应力分布再次重新分布，最终使被保护巷道处于开引起的应力分布再次重新分布
32、，最终使被保护巷道处于开掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。掘卸压巷硐而形成的应力降低区内。图图图图8-21 8-21 巷道一侧卸压巷硐的卸压原理巷道一侧卸压巷硐的卸压原理巷道一侧卸压巷硐的卸压原理巷道一侧卸压巷硐的卸压原理 1被保护巷道；2卸压巷道；3让压煤柱；4承载煤柱 1 1在巷道一侧布置卸压巷硐在巷道一侧布置卸压巷硐在巷道一侧布置卸压巷硐在巷道一侧布置卸压巷硐 P234P234 在护巷煤柱中与巷道间隔一段距离掘一条卸压巷道，在护巷煤柱中与巷道间隔一段距离掘一条卸压巷道，在护巷煤柱中与巷道间隔一段距离掘一条卸压巷道，在护巷煤柱中
33、与巷道间隔一段距离掘一条卸压巷道，形成的窄煤柱称为形成的窄煤柱称为形成的窄煤柱称为形成的窄煤柱称为让压煤柱让压煤柱让压煤柱让压煤柱，宽煤柱称为，宽煤柱称为，宽煤柱称为，宽煤柱称为承载煤柱承载煤柱承载煤柱承载煤柱 图图图图8-22 8-22 胶带输送机硐室顶部卸压（兖州鲍店煤胶带输送机硐室顶部卸压（兖州鲍店煤胶带输送机硐室顶部卸压（兖州鲍店煤胶带输送机硐室顶部卸压（兖州鲍店煤 P234P234）1输送机硐室；2卸压巷道；3松动爆破区2 2在巷道顶部布置卸压巷硐在巷道顶部布置卸压巷硐在巷道顶部布置卸压巷硐在巷道顶部布置卸压巷硐 卸压巷硐布置在卸压巷硐布置在卸压巷硐布置在卸压巷硐布置在被保护巷道被保
34、护巷道被保护巷道被保护巷道与与与与上部开采煤层之间上部开采煤层之间上部开采煤层之间上部开采煤层之间，使，使，使，使被保护巷道避开上部煤层跨采时产生的剧烈影响，处于卸被保护巷道避开上部煤层跨采时产生的剧烈影响，处于卸被保护巷道避开上部煤层跨采时产生的剧烈影响，处于卸被保护巷道避开上部煤层跨采时产生的剧烈影响，处于卸压巷硐形成的应力降低区内。压巷硐形成的应力降低区内。压巷硐形成的应力降低区内。压巷硐形成的应力降低区内。图图图图8-23 8-23 本煤层沿顶板布置卸压巷道卸压（淮南新集煤矿）本煤层沿顶板布置卸压巷道卸压（淮南新集煤矿）本煤层沿顶板布置卸压巷道卸压（淮南新集煤矿）本煤层沿顶板布置卸压巷
35、道卸压（淮南新集煤矿）表表表表8-3 8-3 卸压前后巷道围岩变形参数对比卸压前后巷道围岩变形参数对比卸压前后巷道围岩变形参数对比卸压前后巷道围岩变形参数对比图图图图8-24 8-24 宽巷（面）掘进卸压宽巷（面）掘进卸压宽巷（面）掘进卸压宽巷（面）掘进卸压 11宽巷（面）掘进卸压后支承压力分布；宽巷（面）掘进卸压后支承压力分布；宽巷（面）掘进卸压后支承压力分布；宽巷（面）掘进卸压后支承压力分布；22侧巷侧巷侧巷侧巷3 3、宽面掘巷卸压、宽面掘巷卸压、宽面掘巷卸压、宽面掘巷卸压 宽面掘巷卸压宽面掘巷卸压宽面掘巷卸压宽面掘巷卸压通常用于薄煤层的巷道，巷道掘进时把通常用于薄煤层的巷道，巷道掘进时把
36、通常用于薄煤层的巷道，巷道掘进时把通常用于薄煤层的巷道，巷道掘进时把巷道两侧巷道两侧巷道两侧巷道两侧6 68m8m宽的煤采出，将掘巷过程中挑顶、卧底的宽的煤采出，将掘巷过程中挑顶、卧底的宽的煤采出，将掘巷过程中挑顶、卧底的宽的煤采出，将掘巷过程中挑顶、卧底的矸石充填到巷道两侧采出的空间，矸石充填到巷道两侧采出的空间，矸石充填到巷道两侧采出的空间，矸石充填到巷道两侧采出的空间，图图图图8-25 8-25 掘前预采巷道布置示意图掘前预采巷道布置示意图掘前预采巷道布置示意图掘前预采巷道布置示意图 四、掘前预采的应用四、掘前预采的应用四、掘前预采的应用四、掘前预采的应用一、巷道支架支护原理一、巷道支架
37、支护原理一、巷道支架支护原理一、巷道支架支护原理1.1.巷道金属支架的工作特性巷道金属支架的工作特性巷道金属支架的工作特性巷道金属支架的工作特性 巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着根本性区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学根本性区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学根本性区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学根本性区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护特性（承载能力、刚
38、度和结构特征），而且与其支护特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护对象对象对象对象围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就是是是是“支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用关系。相互作用关系。相互作用关系。相互作用关系。第三节第三节 巷道金属支架巷道金属支架2 2“支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用的基本状态相互作用的基本状态相互作用的基本状态相互作用的基本状态 （1 1 1 1）当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，）当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落
39、时，）当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，）当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，支架处于给定载荷状态。支架处于给定载荷状态。支架处于给定载荷状态。支架处于给定载荷状态。（2 2 2 2）当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落）当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落）当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落）当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落时，支架处于给定变形状态。时，支架处于给定变形状态。时，支架处于给定变形状态。时，支架处于给定变形状态。图图图图8-26 “8-26 “支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用力学模型相互作用力学模型相互作用力学模型相互作用力学模型 aa给定载荷状
40、态；给定载荷状态；给定载荷状态；给定载荷状态；bb给定变形状态给定变形状态给定变形状态给定变形状态3 3“支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用原理相互作用原理相互作用原理相互作用原理 巷道支架系统必须巷道支架系统必须巷道支架系统必须巷道支架系统必须具有适当的强度具有适当的强度具有适当的强度具有适当的强度和和和和一定的可缩一定的可缩一定的可缩一定的可缩性性性性，合理的，合理的，合理的，合理的“支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用关系是充分利用围相互作用关系是充分利用围相互作用关系是充分利用围相互作用关系是充分利用围岩天然的自承力和承载力。岩天然的自承力和承载力。岩天然的自承力和承
41、载力。岩天然的自承力和承载力。图图图图8-26 “8-26 “支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用力学模型相互作用力学模型相互作用力学模型相互作用力学模型 aa给定载荷状态；给定载荷状态；给定载荷状态；给定载荷状态；bb给定变形状态给定变形状态给定变形状态给定变形状态图图图图8-27 8-27 支架与围岩的相互作用关系支架与围岩的相互作用关系支架与围岩的相互作用关系支架与围岩的相互作用关系AA弹塑性阶段弹塑性阶段弹塑性阶段弹塑性阶段 ；BB松动破裂阶段松动破裂阶段松动破裂阶段松动破裂阶段 4 4“支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用原理的应用相互作用原理的应用相互作用原理的应用
42、相互作用原理的应用 依据依据依据依据“支架支架支架支架-围岩围岩围岩围岩”相互作用原理，在巷道支护的相互作用原理，在巷道支护的相互作用原理，在巷道支护的相互作用原理，在巷道支护的工程实践中发展了以下实用支护技术：工程实践中发展了以下实用支护技术：工程实践中发展了以下实用支护技术：工程实践中发展了以下实用支护技术：（1 1）实行二次支护实行二次支护实行二次支护实行二次支护（2 2）采用柔性支护采用柔性支护采用柔性支护采用柔性支护（3 3）强调主动支护强调主动支护强调主动支护强调主动支护图图图图8-28 8-28 新新新新U25U25型钢断面图型钢断面图型钢断面图型钢断面图 二、巷道金属支架 （一
43、）（一）（一）（一）矿用支护矿用支护矿用支护矿用支护 U U型钢型钢型钢型钢图图图图8-29 8-29 双槽形夹板式连接件双槽形夹板式连接件双槽形夹板式连接件双槽形夹板式连接件 aa上限位连接件；上限位连接件；上限位连接件；上限位连接件；bb中间连接件；中间连接件；中间连接件；中间连接件；cc下限位连接件下限位连接件下限位连接件下限位连接件 11上限位块上限位块上限位块上限位块 22下限位块下限位块下限位块下限位块 图图图图8-30 8-30 拱形可缩性金属支架基本结构类型拱形可缩性金属支架基本结构类型拱形可缩性金属支架基本结构类型拱形可缩性金属支架基本结构类型 aa三节式；三节式；三节式；三
44、节式；bb四节式；四节式；四节式；四节式；cc五节式；五节式；五节式；五节式；dd曲腿式；曲腿式；曲腿式；曲腿式；ee非对称式；非对称式；非对称式；非对称式；ff封闭封闭封闭封闭图图图图8-31 8-31 拱形支架断面基本参数拱形支架断面基本参数拱形支架断面基本参数拱形支架断面基本参数 表表表表8-4 8-4 我国拱形支架断面基本参数推荐值我国拱形支架断面基本参数推荐值我国拱形支架断面基本参数推荐值我国拱形支架断面基本参数推荐值图图图图8-32 8-32 四节多铰摩擦可缩四节多铰摩擦可缩四节多铰摩擦可缩四节多铰摩擦可缩 支架结构支架结构支架结构支架结构 1U1U型钢；型钢；型钢；型钢；22铰结
45、点；铰结点；铰结点；铰结点；33耳卡式连接件耳卡式连接件耳卡式连接件耳卡式连接件图图图图8-33 U8-33 U型钢拱梯形可型钢拱梯形可型钢拱梯形可型钢拱梯形可 缩性支架断面参数缩性支架断面参数缩性支架断面参数缩性支架断面参数图图图图8-34 8-34 马蹄形可缩性支架马蹄形可缩性支架马蹄形可缩性支架马蹄形可缩性支架 图图图图8-35 8-35 圆形可缩性支架圆形可缩性支架圆形可缩性支架圆形可缩性支架 图图图图8-36 8-36 环形可缩性支架环形可缩性支架环形可缩性支架环形可缩性支架 a方环形；b长环形（二）（二）（二）（二）矿用工字钢支架矿用工字钢支架矿用工字钢支架矿用工字钢支架三、巷道支
46、架选型三、巷道支架选型三、巷道支架选型三、巷道支架选型 1 1金属支架的承载能力金属支架的承载能力金属支架的承载能力金属支架的承载能力 金属支架的承载能力分极限承载能力和实际承载能金属支架的承载能力分极限承载能力和实际承载能金属支架的承载能力分极限承载能力和实际承载能金属支架的承载能力分极限承载能力和实际承载能力。力。力。力。极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最极限承载能力是指支架处于刚性状态下所允许的最大承载能力，以支架不出现塑性变形为标准。大承载能力，以支架不出现塑性变形为标准。大承载能力，以支
47、架不出现塑性变形为标准。大承载能力，以支架不出现塑性变形为标准。实际承载实际承载实际承载实际承载能力是可缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连能力是可缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连能力是可缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连能力是可缩性支架在收缩阶段表现出的承载能力，由连接件和支架的工作状况决定。接件和支架的工作状况决定。接件和支架的工作状况决定。接件和支架的工作状况决定。表表表表8-5 8-5 不同载荷形式下直腿式拱形支架支撑效益不同载荷形式下直腿式拱形支架支撑效益不同载荷形式下直腿式拱形支架支撑效益不同载荷形式下直腿式拱形支架支撑效益2 2支架承载能力的计算支架承载能力的计
48、算支架承载能力的计算支架承载能力的计算 力法以静不定结构中的多余约束力作为基本未知数，力法以静不定结构中的多余约束力作为基本未知数，力法以静不定结构中的多余约束力作为基本未知数，力法以静不定结构中的多余约束力作为基本未知数，根据结构的变形条件建立方程，求解出多余未知力，然根据结构的变形条件建立方程，求解出多余未知力，然根据结构的变形条件建立方程，求解出多余未知力，然根据结构的变形条件建立方程，求解出多余未知力，然后根据平衡方程求出内力。后根据平衡方程求出内力。后根据平衡方程求出内力。后根据平衡方程求出内力。位移法是以静不定结构中的位移法是以静不定结构中的位移法是以静不定结构中的位移法是以静不定
49、结构中的节点位移作为基本未知数，根据结点或截面的平衡条件节点位移作为基本未知数，根据结点或截面的平衡条件节点位移作为基本未知数，根据结点或截面的平衡条件节点位移作为基本未知数，根据结点或截面的平衡条件建立方程，求出位移值，然后根据结点位移与内力的关建立方程，求出位移值，然后根据结点位移与内力的关建立方程，求出位移值，然后根据结点位移与内力的关建立方程，求出位移值，然后根据结点位移与内力的关系式求出内力。系式求出内力。系式求出内力。系式求出内力。对于支架形状、载荷分布比较复杂的问对于支架形状、载荷分布比较复杂的问对于支架形状、载荷分布比较复杂的问对于支架形状、载荷分布比较复杂的问题，可以选用平面
50、刚架的有限元计算程序计算支架内力。题，可以选用平面刚架的有限元计算程序计算支架内力。题，可以选用平面刚架的有限元计算程序计算支架内力。题，可以选用平面刚架的有限元计算程序计算支架内力。表表表表8-6 8-6 各种金属支架架型的力学特性和适用条件各种金属支架架型的力学特性和适用条件各种金属支架架型的力学特性和适用条件各种金属支架架型的力学特性和适用条件四、金属支架的拉杆和背板四、金属支架的拉杆和背板四、金属支架的拉杆和背板四、金属支架的拉杆和背板 （1 1）拉杆。拉杆。拉杆。拉杆。单个支架之间用拉杆使支架沿巷道单个支架之间用拉杆使支架沿巷道单个支架之间用拉杆使支架沿巷道单个支架之间用拉杆使支架沿