第八章 巷道维护原理和支护技术

第一节
2. 煤柱的应力分布
1)一侧采空
无煤柱护巷
一、护巷煤柱的稳定性
煤柱(体)的承载能力，随着远离煤体 (煤柱)边缘而明显增长。在距煤体(煤柱) 边缘一定宽度内，存在着煤柱(体)的承载 能力与支承压力处于极限平衡状态，运用 岩体的极限平衡理论，塑性区的宽度x0：
x0 m K H C cot ln 2 f p1 C cot
岩层运动基本稳定，称为岩层沉降衰减期。 若直接顶板冒落能够填满采空区，采动期间沿空留巷的顶板下沉量
与采高呈正比，一般为采高的10％～20％，属于“给定变形”。沿
空巷道的顶板往往明显地向采空区方向倾斜，倾角一般为30～60。
第一节
1. 巷旁支护的作用
无煤柱护巷
五、沿空留巷巷旁支护形式
巷旁支护是指巷道断面范围以外，与采区交界处架设的
强调主动支护
支架与围岩的相互作用关系 A—弹塑性阶段 ； B—松动破裂阶段
第三节
二、巷道金属支架
1. 矿用工字钢
巷道金属支架
矿用工字钢（煤矿巷道支护专用型钢）与普通工字钢的区别在于
断面的高宽比减小，腹板加厚，翼缘厚且斜度大，使得Wx ／Wy趋
于1。我国生产的矿用工字钢有9号、11号、12号三种规格。
一些特殊类型的支架或人工构筑物。它的主要作用：
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。 减少巷内支护所承受的载荷，保持巷道围岩稳定。 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 。
第一节
无煤柱护巷
五、沿空留巷巷旁支护形式
B D H D 2 cot 4 P B B
以平面问题代替空间问题，以均质取 代复杂的岩层赋存状况，未涉及上覆岩层 的移动等。但迄今它仍是比较简单和实用 的煤柱载荷估算方法
2
第一节
1. 煤柱的载荷
无煤柱护巷
一、护巷煤柱的稳定性
各种方法的基本观点一致：煤柱的宽度必须保证煤柱的极限载荷σ 不超过它的极限强度R(七章一节)。煤柱的宽度B计算式：
在实践中，x0的变化范围3～20m，一般5～12m。应力降低区宽度的变化范围
为2～7m，一般为3～5m。随着埋深、充分采动影响的增大，这个范围有所增大。
第一节
2. 煤柱的应力分布
2)两侧采空
Ⅰ——破裂区 Ⅱ——塑性区 Ⅲ——弹性区 Ⅳ——原始应力区
无煤柱护巷
一、护巷煤柱的稳定性
B＞2L
2L ＞ B＞L
3. 整体浇注巷旁充填技术
整体浇注巷旁充填技术具有增阻速度快、支承能力大、密封
性能好和机械化程度高等优点，使发展沿空留巷技术的关键问题
得到解决。
第二节
巷道围岩卸压
一、跨巷回采进行巷道卸压
横跨
跨巷 回采
纵跨
1－不留区段煤柱、先跨；2—留区段煤柱、先跨； 3—留区段煤柱、后跨；4—较宽的煤柱维护上山
第二节
图8-11 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
第一节
3. 沿空掘巷的矿压显现
3）沿空掘巷的三种方式
无煤柱护巷
三、沿空掘巷的矿压显现规律
完全沿空掘巷
留小煤墙沿空掘巷
保留部分老巷
第一节
1. 采动使其的受力状况
无煤柱护巷
四、沿空留巷的矿压显现规律
沿空留巷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 工作面运输平巷保留下来，供下区段工作 面回采时作为回风平巷。
2. 巷旁支护的类型和实用条件
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，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 。 对于Ⅰ级Ⅰ类至Ⅲ级Ⅲ类顶板围岩条件，适合选用切顶型巷旁支护 方式，一般采用整体浇注护巷带或混凝土砌块构筑的护巷带，护巷带高 度不宜超过3m，护巷带的宽高比一般应大于0.5。
巷道围岩卸压
二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压
1. 巷道周边开槽（孔）对围岩应力分布的影响
开槽卸压原理：使作用于 周边围岩的高应力向卸压 压区以外的岩体深部转移
a—无切缝；
b—两帮切缝；
c—顶底切缝； d—两帮及顶底同时切缝
第二节
巷道围岩卸压
二、巷道围岩开槽卸压及松动卸压
2. 巷道围岩开槽（孔）卸压法的应用
处于“给定变形”状态。
“支架—围岩”相互作用力学模型
a—给定载荷状态； b—给定变形状态
第三节
巷道金属支架
一、巷道支架支护原理
2. “支架-围岩”相互作用原理
巷道支架系统必须具有适当 的强度和一定的可缩性，合理的
“支架-围岩”相互作用关系是充
分利用围岩的自承力和承载力。 实行二次支护 采用柔性支护
二、老顶结构与沿空巷道围岩稳定的关系
第一节
无煤柱护巷
三、沿空掘巷的矿压显现规律
1. 沿倾斜方向支承压力分布规律
顶底板坚硬 顶底板较软
第一节
无煤柱护巷
三、沿空掘巷的矿压显现规律
2. 巷道围岩变形与护巷煤柱宽度关系
回采巷道保持稳定状态的护巷煤柱宽度值H/m
围岩性质 200 比较稳定 中等稳定 不稳定 18 19 24 300 21 24 30 巷道埋藏深度/m 400 24 30 39 500 27 35 48 600 30 42 53 700 33 47 58
第一节
无煤柱护巷
四、沿空留巷的矿压显现规律
2. 沿空掘巷的顶板下沉规律
采面前20～40m处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩层
起始沉降期。
在工作面后方10～20m处，下沉速度最大；在0～60m范围内，下沉量 占最终下沉量的80％左右，称为岩层强烈沉降期。
在工作面后方约60m以外，上覆岩层沉降速度逐渐衰减，在100m左右，
第八章 巷道维护原理和支护技术
第一节 第二节 第三节 无煤柱护巷 巷道围岩卸压 巷道金属支架
第四节
第五节
巷道锚杆支护
软岩巷道围岩变形规律及 其支护技术
第一节
1. 煤柱的载荷
传统留煤柱护巷：区段煤柱
D 2 cot P B D H 4
无煤柱护巷
一、护巷煤柱的稳定性
第一节
3. 沿空掘巷的矿压显现
无煤柱护巷
三、沿空掘巷的矿压显现规律
1）沿空巷道的围岩应力和围岩变形
图8-10
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
第一节
3. 沿空掘巷的矿压显现Fra bibliotek无煤柱护巷
三、沿空掘巷的矿压显现规律
2）窄煤柱巷道的围岩应力和围岩变形
窄煤柱巷道是指巷
道与采空区之间保 留5～8m的煤柱。
无煤柱护巷
一、护巷煤柱的稳定性
B 17.67 8.22 H

100

1.34 H

100

2
底板为薄层软岩
B 49.59 15.35 H
B 0.21 27.74 H

7.12H 100 100
6.79H 100 100
2
底板为较厚软岩

2
第一节
无煤柱护巷
第三节
二、巷道金属支架
巷道金属支架
3. U型钢可缩性支架的连接件
连接件是可缩性支架的关键部件，分为螺栓连接件和楔式连接件。 常用的螺栓连接件有双槽形夹板式连接件，它是由两块槽形夹板和 一对螺栓组成，具有强度高、刚性较大、可缩性好、工作阻力稳定、型 钢滑移平稳等优点。双槽形夹板式连接件有上限位连接件、中间连接件、 下限位连接件三种形式
明，掘前预采卸压技术可使巷道
围岩变形量减小4／5～5／6。前 苏联煤矿曾在采空区内掘进和维 护巷道也取得了令人满意的效果。
第三节
巷道金属支架
一、巷道支架支护原理
1. 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 且与其支护对象—围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就是“支 架-围岩”相互作用关系。 巷道空间上方岩层的重量将由巷道支架与巷道周围岩体共同承担，巷 道上覆岩体的重量由巷道支架承担的仅占1％～2％，其余的完全由巷道
1 B D H 4 D 2 cot RC 0.778 0.222 B 1000B h
1 B D H 4 D 2 cot RC 1 0.64 0.36 B 1000B h B R RC 0.77 8 0.22 2 B R RC 0.77 8 0.22 2 h h B R RC1 0.64 0.36 B R RC1 0.64 0.36 h h
第三节
二、巷道金属支架
3. U型钢可缩性支架
巷道金属支架
a—三节式；b—四节式；c—五节式； d—曲腿式；e—非对称式；f—封闭
第三节
二、巷道金属支架
5. 矿用工字钢支架
巷道金属支架
矿工钢刚性支架支护体系中的缩量包括柱腿插入底板、架
后破碎矸石压缩、接榫处木垫压缩以及支架本身的挠曲变
第三节
二、巷道金属支架
2. U型钢
巷道金属支架
制造可缩性金属支架的主要材料。我国生产的U型钢型号主要有 U18、U25、U29、U36四种，研制的新U25型钢断面见图8-25。

材质：20mnk 具体参数：
Q275