（1）悬吊理论
将巷道顶板较软弱岩层悬吊在稳定岩层上，以避免较 软弱岩层的破坏、失稳和 塌落，锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量。 缺点：没有考虑围岩的自承能力，而且将被锚固体与原岩体分开。
27
按“松动圈”分类
28
二、锚杆、锚索支护原理
（2）组合梁理论
将锚固范围内的岩层挤紧，增加岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免 各岩层出现离层现象，提高其自撑能力。将几层薄岩层锁紧成一个较厚的岩层 （组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，这种组合厚岩层内的最大弯曲应变和应 力都将大大减小，组合梁的挠度亦减小。 缺点：将锚杆作用与围岩的自稳作
10
一、掘进工作面顶板管理基本知识
巷道支护变形破坏现象 主要有三种： 1.顶板下沉，冒顶； 2.两帮收敛位移，片帮（内移）； 3.底臌。 以下显示巷道变形的实物图片
11
掘进工作面顶板管理基本知识
冒顶(钢架支护)
12
掘进工作面顶板管理基本知识
尖顶(钢架支护)
13
掘进工作面顶板管理基本知识
钢架支护严重变形
料石碹支护严重底臌
21
掘进工作面顶板管理基本知识
锚网支护，大变形尖顶
22
掘进工作面顶板管理基本知识
锚网钢架料石碹 复合支护变形底臌
23
一、掘进工作面顶板管理基本知识
巷道布置的原则 1.空间上尽量避免支承压力的强烈影响、叠加影响和多次影响；时间上尽量
缩短支承压力影响时间。 2.巷道布置在应力降低区或原岩应力区。 3.采用无煤柱开采，必须留煤柱时在保证煤柱稳定的条件尽可能小。 4.如果需要留煤柱保护巷道，所留护巷煤柱尺寸应使巷道不受支承压力影响
或影响较小。 5.避免在煤柱上、下方布置巷道。合理选择巷道与煤柱边缘的水平距离和与
煤层的垂直距离。 6.在围岩受采动影响稳定后再掘巷道。 7.巷道轴线方向尽量与最大水平主应力方向平行，避免与之垂直。
24
二、锚杆、锚索支护原理
阳煤集团1989年开始应用锚索加固岩石巷道 1999年大面积进行小锚索支护技术的研究、试验和推广 工作 是国内较早试验应用锚索支护技术的煤矿之一 锚索支护应用到井下所有巷道 提高了巷道的支护质量，改善了巷道顶板力学状况 而且节约了大量的支护材料和维修费用 使回采工作面生产能力得到充分发挥 经济效益显著
6
一、掘进工作面顶板管理基本知识
3.地质构造
在向斜、背斜轴部、断层、陷落柱周边等都存在较大 应力。
4.巷道的尺寸
巷道的矿山压力与巷道的尺寸成正比。
5.时间
矿山压力将随时间而增加，如果维护得当，强度较大 的岩体将在短时间内趋于稳定，软弱岩体将持续较长 时间。
6.采动：采动影响范围巷道的矿压显现加剧。
1.上覆岩层重量（自重应力）
2.构造运动的作用力（构造应力）
3.采动影响的作用力（采动应力）
3
平面应力模型实验台
4
5
一、掘进工作面顶板管理基本知识
煤及岩层采动后，在矿山压力作用下表现出来的围岩运
动与支护物受力现象，称为矿山压力显现。
影响矿山压力显现的因素： 1.深度
开采深度越大，巷道越难维护，浅部巷道的矿压主 要表现在巷道顶板，深部巷道的矿压来自巷道四周。 2.岩层性质 岩层强度较小、节理发育的岩层矿压显现明显，反 之不明显。
15#煤：抗剪（拉）强度0.8Mpa，容重1.43kg/m2，
坚固性系数f=0.5—1。
稳定岩层：指巷道顶板上方岩性坚硬稳定不易冒落的较 厚岩层，是锚索起到悬吊作用的根基。一般是厚度超 过2米的坚硬岩层如细砂岩、石灰岩等，或厚度较大 节理不发育、高度超过自然平衡拱2米的不很坚硬岩 层如砂质泥岩、中砂岩等。对于顶板上方岩层如果节 理十分发育、破碎难以施工锚杆或锚索的，不应采用 锚杆或锚索支护形式，应采用支棚的形式。
25
二、锚杆、锚索支护原理
锚杆的锚固力
锚固力定义为锚杆对围岩的约束力 ,锚杆支护是 兼有支护和加固两种作用的较完美的支护形式, 径向锚固力显著地提高了围岩的残余强度，发 挥了锚杆的支护作用,切向锚固力提高围岩中 弱面的抗剪强度，发挥了锚杆的加固作用。
26
二、锚杆、锚索支护原理
1、 锚杆支护理论评述
7
一、掘进工作面顶板管理基本知识
矿山压力与矿压显现之间存在一定的对应关系，可以通 过矿山压力显现来推断矿山压力情况，为巷道布置和 支护提供依据。如：
◆巷道顶板在锚杆锚索受力不大（托板、垫片没有变
形）的情况下出现顶板下沉严重现象，说明锚索没有 锚固到稳定岩层中，需加长锚索。要探明稳定岩层的 位置。
◆巷道顶板出现裂隙、下沉，两帮和底板鼓，锚杆锚
掘进工作面顶板支护技术
1
掘进工作面顶板管理规定
课件重点内容 一、掘进工作面顶板管理基本知识 二、 锚杆、锚索支护原理 三、高预应力锚杆支护理念及核心
2
一、掘进工作面顶板管理基本知识
矿山压力的概念：地下岩体受到人类工程活动影响前
称为原岩体，原岩体在地壳内处于平衡状态。当开掘 巷道或进行采矿工作时破坏了原来的平衡状态，引起 岩体内部的应力重新分布，重新分布的应力超过煤岩 的极限强度时，使巷道周围的煤岩发生破坏，并向已 采空间移动。采动后作用于围岩中和支护物上的力称 为矿山压力。矿山压力来源于以下三个方面：
索受力较大（托板、垫片严重变形、锚杆或锚索被拉 断等），说明矿压很大，需加强支护。根据矿压显现 程度确定支护强度。
8
一、掘进工作面顶板管理基本知识
1、常见岩层的性质
泥岩（页岩）：抗剪（拉）强度1.06Mpa，容重
2.56kg/m2，坚固性系数f=3—4。
砂质泥岩：抗剪（拉）强度1.47Mpa，容重2.69kg/m2，
14
掘进工作面顶板管理基本知识
钢架支护围岩大变形流变
15
掘进工作面顶板管理基本知识
16
掘进工作面顶板管理基本知识
钢架支护，底角扭曲破坏
17
掘进工作面顶板管理基本知识
18
掘进工作面顶板管理基本知识
料石碹支护顶板塌方
19
掘进工作面顶板管理基本知识
料石碹支护顶板塌方
20
掘进工作面顶板管理基本知识
坚固性系数f=4.74kg/m2，
坚固性系数f=5—6。
中砂岩：抗剪（拉）强度3.14Mpa，容重2.65kg/m2，
坚固性系数f=4—5。
9
一、掘进工作面顶板管理基本知识
石灰岩：抗剪（拉）强度6.08Mpa，容重2.6kg/m2，
坚固性系数f=6—8。