轻型放顶煤支架突出的特点是“轻”，即拆装运方便，能够适应采面的变化，利用绞车配合单体液压支柱即可实现拆除和装车工作，顶板易于维护，对生产影响小，安全程度高。

下面以ZFQ2000/16/24放顶煤液压支架为例，说明轻型放顶煤支架的基本特点：

该支架为四柱式，刚性整体梁单摆杆，摆动尾梁配合伸缩插板及联动喷雾装置的低位放顶煤支架。支架有以下特点：

（1）外形尺寸小、重量轻，适于巷道的整体运输。

（2）适应性强。对地质构造复杂，工作面被断层切割严重，呈不规则的几何形状，工作面长度变化大，实际可采储量小，搬家倒面频繁的工作面，该支架具有很强的适应能力，能在不影响生产的情况下方便地加减支架，且搬家倒面快捷便利，并可顺利通过落差不大于采高的断层，保证工作面正常生产。

（3）该支架功能齐全、安全性好。除具有普通型支架的支护、护帮、侧护等功能外还有尾梁和插板，通过支架尾部进行低位放顶煤。

随着综放技术的发展，综放的应用范围不断扩大。针对原来不能使用综放或使用综放效果不好的厚煤层，一些矿应用了轻型支架放顶煤开采技术，取得了很好的技术经济效果。

轻型支架放顶煤（简称轻放）开采技术和普通综放的区别就在于其支架为轻型放顶煤支架。轻型放顶煤支架重量轻、体积小，对煤厚变化适应性强，对于复杂的地质条件适应性强，而且添架、撤架工作面搬家方便，初期投资少，现场应用效果良好。因此，轻放工作面数量增长很快，如峰峰矿务局1996-1998年投产了8个轻放工作面，开滦矿务局1997-1998年间有6个轻放面投产 。

支架的技术参数如下：

支撑高度1600-2400mm，护帮板长度600mm，插板伸缩量600mm，底板平均比压1.32MPa。支架宽度1220-1270mm，工作阻力2000kN，初撑力1540kN，支护强度0.51MPa，支架中心距1250mm，支架外形尺寸4400mm×1600mm×1220mm，自重5500kg 。

下面以唐山矿2429N工作面说明轻型放顶煤开采工艺。

1.工作面条件

2429N工作面位于唐山矿十二水平四石门，属9煤层，为三面采空的孤岛煤柱，工作面平均走向长205m，可采走向长150m，斜长平均40m，储量6.22万t。煤层倾角平均14°，煤厚平均7m，属较稳定煤层。老顶为灰白色一浅褐色粗砂岩，厚9.8m；直接顶为灰色泥岩，厚0.49m；直接底为深灰一浅灰色砂质泥岩。

两巷均沿底板布置，拱形支架，棚距0.7m，工作面上下端头采用3.3m型钢梁、配合单体柱进行支护，成对使用。

2.工作面设备

工作面主要配套设备有ZFQ2400-16/24型液压支架，MG-200W双滚筒采煤机，SGD-630/220型及SGB-630/150型可弯曲刮板输送机。

3.采放工艺

进刀方式：采煤机进刀方式采取端头斜切进刀，自开缺口，每刀进度0.5m。

移架方式：采取本架操作，及时支护，采煤机割煤后及时伸出前探梁，移架滞后采煤机后滚筒3-5m，追机带压擦顶移架，顶板破碎时紧跟采煤机前滚筒停机移架，片帮处超前移架。

循环方式：采用正规循环，每个循环割两刀煤，移架两次，推移前溜两次，放煤一次，拉后溜两次，循环进度1m。

4.合理的放煤参数

工作面支架支撑高度1.6-2.4m，采煤机采高1.4-3.0m。在满足支架高度调整范围的情况下采高越大，后输送机空间越大，放煤效果越好，为此决定采高为2.3m，放煤高度为4.7m，采放比为1:2.04。

合理的放煤步距是提高回收率和降低含矸率的重要参数之一，唐山矿轻放经验表明：当放煤口的水平投影与放煤步距相等时，回采率高，含矸率低。工作面支架尾梁加插板的长度为1290m，水平投影为988mm，故取放煤步距为1.0m，两采一放。

针对工作面的具体条件进行了放煤步距试验研究，通过试验可知，放煤步距1m即两采一放时回采率较高，灰份较少，放煤效果好。

5.放煤方式

应根据具体条件选择放煤方式，主要根据煤厚来确定。一般情况下，煤层较薄时，采取单轮放煤，煤层较厚时，采取多轮放煤。间隔放煤比顺序放煤效果好，单轮放煤工艺简单，易于操作，多轮放煤工艺复杂，操作技术要求高。

多（双）轮隔架效果较好，但管理上、操作上要求高，多（双）轮顺序放煤方式效果也较好，且操作简单方便，故决定采取后者。

6.放煤方式及要求

双人双（多）轮顺序放煤是利用摆动摆梁收伸插板实现放煤，但应注意如下问题：

（1）首轮放煤为粗放，放煤速度要快，每架不超过1min。

（2）第2-3轮为细放，要求放净顶煤，见矸停放。

（3）两个端头的2-3架要反复多次放煤，放净顶煤。

（4）两人放煤要配合好，靠近机头侧的人员要视输送机内煤量放煤，保持煤量均匀，避免煤量过大外溢。

（5）不要在上摆摆梁的同时外伸插板，防止损坏插板机构。

（6）放煤先开水，无水不放煤 。

《高轻型支挡技术及应用》构建了高轻型支挡结构的理论及应用体系。内容包括：高轻型预应力锚索桩板墙（分离式和现浇式）、高轻型锚定板挡土墙和高陡度预应力锚索框架三种结构的受力模型和设计计算方法、施工工艺和施工质量检验标准、结构病害分析及整治对策。

《高轻型支挡技术及应用》可供从事支挡结构科研、设计、施工的科学技术人员参考和使用，也可供相关高等院校的师生参考学习。

序一

序二

序三

序四

前言

第1章　绪论

1.1　一般支挡结构

1.1.1　一般支挡结构的特点

1.1.2　一般支挡结构的应用和发展

1.2　高轻型支挡结构

1.2.1　高轻型支挡结构的特点

1.2.2　高轻型支挡结构的选择原则

1.2.3　高轻型支挡结构应用中存在的问题

1.3　本书内容介绍

第一篇　高轻型预应力锚索桩板墙

第2章　概述

2.1　结构特点

2.2　结构适用条件

2.3　高轻型预应力锚索桩板墙应用研究现状

2.3.1　应用历程

2.3.2　应用研究现状

2.3.3　应用研究存在的问题

第3章　分离式预应力锚索桩板墙的试验研究

3.1　试验概况

3.1.1　试验工点介绍

3.1.2　试验内容和试验方法

3.1.3　分离式预应力锚索桩板墙施工工况划分及试验过程

3.2　试验结果分析

3.2.1　A1工况力学特性

3.2.2　B工况力学特性

3.2.3　A(除AI)工况力学特性

3.2.4　C工况力学特性

3.2.5　几个关键技术问题

第4章　分离式预应力锚索桩板墙设计计算方法

4.1　有限差分弹性地基梁法

4.2　弹性抗力系数的确定

4.3　分离式预应力锚索桩板墙内力计算

4.4　分离式预应力锚索桩板墙结构设计

第5章　整体现浇式预应力锚索桩板墙结构的力学特性及设计计算方法

5.1　整体现浇式预应力锚索桩板墙结构的力学特性试验研究

5.1.1　试验概况

5.1.2　各工况力学特性

5.2　整体现浇式预应力锚索桩板墙设计计算方法

5.2.1　整体现浇式预应力锚索桩板墙内力计算

5.2.2　整体现浇式预应力锚索桩板墙结构设计

第6章　分离式预应力锚索桩板墙设计计算实例

6.1　概况

6.2　桩内力计算

6.3　预应力锚索桩板墙结构设计

第7章　高轻型预应力锚索桩板墙施工

7.1　高轻型预应力锚索桩板墙施工顺序

7.2　预应力锚索桩板墙总体施工方法

7.3　桩、挡土板施工

7.4　预应力锚索施工

第8章　高轻型预应力锚索桩板墙结构物病害分析及整治

8.1　高轻型预应力锚索桩板墙结构物病害分析

8.1.1　高轻型预应力锚索桩板墙结构物病害分类

8.1.2　高轻型预应力锚索桩板墙结构物病害调查分析

8.2　高轻型预应力锚索桩板墙缺损病害整治措施

8.2.1　预应力锚索缺损病害加固

8.2.2　桩的缺损病害加固

8.2.3　板的缺损病害加固

8.2.4　桩锚固段岩体病害加固

8.2.5　连接破坏的加固

8.2.6　整体破坏

8.3　高轻型预应力锚索桩板墙病害整治实例

8.3.1　元磨高速公路K296 545～ 700段预应力锚索桩板墙的病害整治

8.3.2　水麻高速公路豆沙关立交AK0 060～ 275.5段预应力锚索桩板墙的病害整治

本篇小结

第二篇　高轻型锚定板挡土墙

第9章　概述

9.1　结构组成

9.2　结构特点

9.3　结构适用条件

9.4　高轻型锚定板挡土墙应用研究现状

9.5　应用研究存在的问题

第10章　高轻型锚定板挡土墙设计

10.1　墙背土压力计算

10.2　锚定板设计

10.3　预应力锚索拉杆设计

10.4　肋柱及桩基础设计

10.5　挡土板设计

10.6　整体稳定性验算

第11章　高轻型锚定板挡土墙设计计算实例

11.1　概况

11.2　设计断面及土压力计算

11.3　锚定板抗拔力计算

11.4　锚定板挡土墙内部稳定性验算

11.5　锚定板和挡土板荷载计算

11.6　锚定板和挡土板配筋计算

11.7　锚定板挡土墙桩的内力计算

11.8　锚定板挡土墙整体稳定性验算

第12章　高轻型锚定板挡土墙施工方法和质量检验

12.1　高轻型锚定板挡土墙施工顺序

12.2　高轻型锚定板挡土墙施工方法

12.3　施工质量检验

第13章　高轻型锚定板挡土墙的病害分析与整治

13.1　结构物病害分析

13.1.1　高轻型锚定板挡土墙缺损病害分类

13.1.2　高轻型锚定板挡土墙病害分析与调查

13.2　高轻型锚定板挡土墙缺陷病害的整治措施

本篇小结

第三篇　高陡度预应力锚索框架

第14章　概述

14.1　结构组成

14.2　作用机理

14.3　结构特点

14.4　结构适用条件

14.5　预应力锚索框架应用现状

14.5.1　应用历程

14.5.2　应用研究现状

14.5.3　应用和研究存在的问题

第15章　预应力锚索框架现场试验研究

15.1　试验工点概况

15.1.1　试验工点选择

15.1.2　试验工点工程概况

15.2　试验内容和方法

15.2.1　试验内容和测试方法

15.2.2　各试验工点的试验规模和内容

15.3　试验结果分析

15.3.1　锚索拉力试验结果分析

15.3.2　框架梁内力试验结果分析

15.3.3　框架和边坡之间接触应力试验结果分析

15.3.4　框架节点位移试验结果分析

15.3.5　压力型锚索轴向应力试验结果分析

15.4　反演分析

15.4.1　反演分析的目的

15.4.2　反演分析的方法

15.4.3　试验工点的反演分析

15.5　预应力锚索框架几个关键技术问题

15.5.1　结构受力模型

15.5.2　预应力锚索长度和预应力锚索框架的安全稳定性

15.5.3　锚索拉力的确定和分配

15.5.4　框架尺寸

15.5.5　边坡接触应力

15.5.6　锚索张拉锁定

第16章　预应力锚索框架设计计算方法

16.1　弹性地基框架有限差分法

16.1.1　计算理论依据

16.1.2　用途

16.1.3　基本假设

16.1.4　计算模型及受力体系

16.1.5　计算方法

16.2　刚性支座上连续梁法

16.2.1　用途

16.2.2　基本假设

16.2.3　计算方法

16.3　弹性地基框架的简化计算

16.3.1　弹性地基框架结构简化法

16.3.2　弹性地基框架节点简化法

16.3.3　忽略横梁作用的弹性地基梁法

16.3.4　框架整体差分法

16.3.5　链杆法

16.3.6　美国混凝土学会推荐的方法

16.4　各种计算方法的对比分析

16.4.1　计算流程对比

16.4.2　适用性对比

16.4.3　具体实例分析对比

第17章　预应力锚索框架施工

17.1　施工准备

17.2　预应力锚索框架施工工艺流程

17.3　预应力锚索框架施工方法

17.4　坡面绿化

本篇小结

参考文献

我国山区地形地质条件复杂，大规模的工程建设不断推动边坡支挡技术的发展。一些高轻型支挡结构，如高轻型预应力锚索桩板墙、高轻型锚定板挡土墙和高陡度预应力锚索框架等，其使用墙高已远超过现有规范的限制。但由于设计方法的不完善，或施工技术的不成熟，工程中也出现过一些事故和病害。该书作者参与了这些工程病害的调查和整治。作者又依托云南省山区高速公路的建设，针对上述三类高轻型支挡结构，选择有代表性的工点，埋设多种传感元件，结合工程施工过程和开通运营后，观测结构各部位的受力和变形的发展变化，积累了大量数据，进行了系统的分析研究。书中介绍了一些典型病害事故工程的调查分析和整治措施实例，并提供了某些试验工程的系统观测数据和分析对比资料。在此基础上，作者总结上述三类高轻型支挡结构受力模式、设计理论和计算方法、施工工艺和质量控制标准、工程病害调查分析方法和整治措施。2100433B