輕型放頂煤支架突出的特點是“輕”，即拆裝運方便，能夠適應采面的變化，利用絞車配合單體液壓支柱即可實現拆除和裝車工作，頂板易于維護，對生產影響小，安全程度高。

下面以ZFQ2000/16/24放頂煤液壓支架為例，說明輕型放頂煤支架的基本特點：

該支架為四柱式，剛性整體梁單擺桿，擺動尾梁配合伸縮插板及聯動噴霧裝置的低位放頂煤支架。支架有以下特點：

（1）外形尺寸小、重量輕，適于巷道的整體運輸。

（2）適應性強。對地質構造復雜，工作面被斷層切割嚴重，呈不規則的幾何形狀，工作面長度變化大，實際可采儲量小，搬家倒面頻繁的工作面，該支架具有很強的適應能力，能在不影響生產的情況下方便地加減支架，且搬家倒面快捷便利，并可順利通過落差不大于采高的斷層，保證工作面正常生產。

（3）該支架功能齊全、安全性好。除具有普通型支架的支護、護幫、側護等功能外還有尾梁和插板，通過支架尾部進行低位放頂煤。

下面以唐山礦2429N工作面說明輕型放頂煤開采工藝。

1.工作面條件

2429N工作面位于唐山礦十二水平四石門，屬9煤層，為三面采空的孤島煤柱，工作面平均走向長205m，可采走向長150m，斜長平均40m，儲量6.22萬t。煤層傾角平均14°，煤厚平均7m，屬較穩定煤層。老頂為灰白色一淺褐色粗砂巖，厚9.8m；直接頂為灰色泥巖，厚0.49m；直接底為深灰一淺灰色砂質泥巖。

兩巷均沿底板布置，拱形支架，棚距0.7m，工作面上下端頭采用3.3m型鋼梁、配合單體柱進行支護，成對使用。

2.工作面設備

工作面主要配套設備有ZFQ2400-16/24型液壓支架，MG-200W雙滾筒采煤機，SGD-630/220型及SGB-630/150型可彎曲刮板輸送機。

3.采放工藝

進刀方式：采煤機進刀方式采取端頭斜切進刀，自開缺口，每刀進度0.5m。

移架方式：采取本架操作，及時支護，采煤機割煤后及時伸出前探梁，移架滯后采煤機后滾筒3-5m，追機帶壓擦頂移架，頂板破碎時緊跟采煤機前滾筒停機移架，片幫處超前移架。

循環方式：采用正規循環，每個循環割兩刀煤，移架兩次，推移前溜兩次，放煤一次，拉后溜兩次，循環進度1m。

4.合理的放煤參數

工作面支架支撐高度1.6-2.4m，采煤機采高1.4-3.0m。在滿足支架高度調整范圍的情況下采高越大，后輸送機空間越大，放煤效果越好，為此決定采高為2.3m，放煤高度為4.7m，采放比為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參數之一，唐山礦輕放經驗表明：當放煤口的水平投影與放煤步距相等時，回采率高，含矸率低。工作面支架尾梁加插板的長度為1290m，水平投影為988mm，故取放煤步距為1.0m，兩采一放。

針對工作面的具體條件進行了放煤步距試驗研究，通過試驗可知，放煤步距1m即兩采一放時回采率較高，灰份較少，放煤效果好。

5.放煤方式

應根據具體條件選擇放煤方式，主要根據煤厚來確定。一般情況下，煤層較薄時，采取單輪放煤，煤層較厚時，采取多輪放煤。間隔放煤比順序放煤效果好，單輪放煤工藝簡單，易于操作，多輪放煤工藝復雜，操作技術要求高。

多（雙）輪隔架效果較好，但管理上、操作上要求高，多（雙）輪順序放煤方式效果也較好，且操作簡單方便，故決定采取后者。

6.放煤方式及要求

雙人雙（多）輪順序放煤是利用擺動擺梁收伸插板實現放煤，但應注意如下問題：

（1）首輪放煤為粗放，放煤速度要快，每架不超過1min。

（2）第2-3輪為細放，要求放凈頂煤，見矸停放。

（3）兩個端頭的2-3架要反復多次放煤，放凈頂煤。

（4）兩人放煤要配合好，靠近機頭側的人員要視輸送機內煤量放煤，保持煤量均勻，避免煤量過大外溢。

（5）不要在上擺擺梁的同時外伸插板，防止損壞插板機構。

（6）放煤先開水，無水不放煤 。

隨著綜放技術的發展，綜放的應用范圍不斷擴大。針對原來不能使用綜放或使用綜放效果不好的厚煤層，一些礦應用了輕型支架放頂煤開采技術，取得了很好的技術經濟效果。

輕型支架放頂煤（簡稱輕放）開采技術和普通綜放的區別就在于其支架為輕型放頂煤支架。輕型放頂煤支架重量輕、體積小，對煤厚變化適應性強，對于復雜的地質條件適應性強，而且添架、撤架工作面搬家方便，初期投資少，現場應用效果良好。因此，輕放工作面數量增長很快，如峰峰礦務局1996-1998年投產了8個輕放工作面，開灤礦務局1997-1998年間有6個輕放面投產 。

支架的技術參數如下：

支撐高度1600-2400mm，護幫板長度600mm，插板伸縮量600mm，底板平均比壓1.32MPa。支架寬度1220-1270mm，工作阻力2000kN，初撐力1540kN，支護強度0.51MPa，支架中心距1250mm，支架外形尺寸4400mm×1600mm×1220mm，自重5500kg 。

《高輕型支擋技術及應用》構建了高輕型支擋結構的理論及應用體系。內容包括：高輕型預應力錨索樁板墻（分離式和現澆式）、高輕型錨定板擋土墻和高陡度預應力錨索框架三種結構的受力模型和設計計算方法、施工工藝和施工質量檢驗標準、結構病害分析及整治對策。

《高輕型支擋技術及應用》可供從事支擋結構科研、設計、施工的科學技術人員參考和使用，也可供相關高等院校的師生參考學習。

序一

序二

序三

序四

前言

第1章　緒論

1.1　一般支擋結構

1.1.1　一般支擋結構的特點

1.1.2　一般支擋結構的應用和發展

1.2　高輕型支擋結構

1.2.1　高輕型支擋結構的特點

1.2.2　高輕型支擋結構的選擇原則

1.2.3　高輕型支擋結構應用中存在的問題

1.3　本書內容介紹

第一篇　高輕型預應力錨索樁板墻

第2章　概述

2.1　結構特點

2.2　結構適用條件

2.3　高輕型預應力錨索樁板墻應用研究現狀

2.3.1　應用歷程

2.3.2　應用研究現狀

2.3.3　應用研究存在的問題

第3章　分離式預應力錨索樁板墻的試驗研究

3.1　試驗概況

3.1.1　試驗工點介紹

3.1.2　試驗內容和試驗方法

3.1.3　分離式預應力錨索樁板墻施工工況劃分及試驗過程

3.2　試驗結果分析

3.2.1　A1工況力學特性

3.2.2　B工況力學特性

3.2.3　A(除AI)工況力學特性

3.2.4　C工況力學特性

3.2.5　幾個關鍵技術問題

第4章　分離式預應力錨索樁板墻設計計算方法

4.1　有限差分彈性地基梁法

4.2　彈性抗力系數的確定

4.3　分離式預應力錨索樁板墻內力計算

4.4　分離式預應力錨索樁板墻結構設計

第5章　整體現澆式預應力錨索樁板墻結構的力學特性及設計計算方法

5.1　整體現澆式預應力錨索樁板墻結構的力學特性試驗研究

5.1.1　試驗概況

5.1.2　各工況力學特性

5.2　整體現澆式預應力錨索樁板墻設計計算方法

5.2.1　整體現澆式預應力錨索樁板墻內力計算

5.2.2　整體現澆式預應力錨索樁板墻結構設計

第6章　分離式預應力錨索樁板墻設計計算實例

6.1　概況

6.2　樁內力計算

6.3　預應力錨索樁板墻結構設計

第7章　高輕型預應力錨索樁板墻施工

7.1　高輕型預應力錨索樁板墻施工順序

7.2　預應力錨索樁板墻總體施工方法

7.3　樁、擋土板施工

7.4　預應力錨索施工

第8章　高輕型預應力錨索樁板墻結構物病害分析及整治

8.1　高輕型預應力錨索樁板墻結構物病害分析

8.1.1　高輕型預應力錨索樁板墻結構物病害分類

8.1.2　高輕型預應力錨索樁板墻結構物病害調查分析

8.2　高輕型預應力錨索樁板墻缺損病害整治措施

8.2.1　預應力錨索缺損病害加固

8.2.2　樁的缺損病害加固

8.2.3　板的缺損病害加固

8.2.4　樁錨固段巖體病害加固

8.2.5　連接破壞的加固

8.2.6　整體破壞

8.3　高輕型預應力錨索樁板墻病害整治實例

8.3.1　元磨高速公路K296 545～ 700段預應力錨索樁板墻的病害整治

8.3.2　水麻高速公路豆沙關立交AK0 060～ 275.5段預應力錨索樁板墻的病害整治

本篇小結

第二篇　高輕型錨定板擋土墻

第9章　概述

9.1　結構組成

9.2　結構特點

9.3　結構適用條件

9.4　高輕型錨定板擋土墻應用研究現狀

9.5　應用研究存在的問題

第10章　高輕型錨定板擋土墻設計

10.1　墻背土壓力計算

10.2　錨定板設計

10.3　預應力錨索拉桿設計

10.4　肋柱及樁基礎設計

10.5　擋土板設計

10.6　整體穩定性驗算

第11章　高輕型錨定板擋土墻設計計算實例

11.1　概況

11.2　設計斷面及土壓力計算

11.3　錨定板抗拔力計算

11.4　錨定板擋土墻內部穩定性驗算

11.5　錨定板和擋土板荷載計算

11.6　錨定板和擋土板配筋計算

11.7　錨定板擋土墻樁的內力計算

11.8　錨定板擋土墻整體穩定性驗算

第12章　高輕型錨定板擋土墻施工方法和質量檢驗

12.1　高輕型錨定板擋土墻施工順序

12.2　高輕型錨定板擋土墻施工方法

12.3　施工質量檢驗

第13章　高輕型錨定板擋土墻的病害分析與整治

13.1　結構物病害分析

13.1.1　高輕型錨定板擋土墻缺損病害分類

13.1.2　高輕型錨定板擋土墻病害分析與調查

13.2　高輕型錨定板擋土墻缺陷病害的整治措施

本篇小結

第三篇　高陡度預應力錨索框架

第14章　概述

14.1　結構組成

14.2　作用機理

14.3　結構特點

14.4　結構適用條件

14.5　預應力錨索框架應用現狀

14.5.1　應用歷程

14.5.2　應用研究現狀

14.5.3　應用和研究存在的問題

第15章　預應力錨索框架現場試驗研究

15.1　試驗工點概況

15.1.1　試驗工點選擇

15.1.2　試驗工點工程概況

15.2　試驗內容和方法

15.2.1　試驗內容和測試方法

15.2.2　各試驗工點的試驗規模和內容

15.3　試驗結果分析

15.3.1　錨索拉力試驗結果分析

15.3.2　框架梁內力試驗結果分析

15.3.3　框架和邊坡之間接觸應力試驗結果分析

15.3.4　框架節點位移試驗結果分析

15.3.5　壓力型錨索軸向應力試驗結果分析

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　試驗工點的反演分析

15.5　預應力錨索框架幾個關鍵技術問題

15.5.1　結構受力模型

15.5.2　預應力錨索長度和預應力錨索框架的安全穩定性

15.5.3　錨索拉力的確定和分配

15.5.4　框架尺寸

15.5.5　邊坡接觸應力

15.5.6　錨索張拉鎖定

第16章　預應力錨索框架設計計算方法

16.1　彈性地基框架有限差分法

16.1.1　計算理論依據

16.1.2　用途

16.1.3　基本假設

16.1.4　計算模型及受力體系

16.1.5　計算方法

16.2　剛性支座上連續梁法

16.2.1　用途

16.2.2　基本假設

16.2.3　計算方法

16.3　彈性地基框架的簡化計算

16.3.1　彈性地基框架結構簡化法

16.3.2　彈性地基框架節點簡化法

16.3.3　忽略橫梁作用的彈性地基梁法

16.3.4　框架整體差分法

16.3.5　鏈桿法

16.3.6　美國混凝土學會推薦的方法

16.4　各種計算方法的對比分析

16.4.1　計算流程對比

16.4.2　適用性對比

16.4.3　具體實例分析對比

第17章　預應力錨索框架施工

17.1　施工準備

17.2　預應力錨索框架施工工藝流程

17.3　預應力錨索框架施工方法

17.4　坡面綠化

本篇小結

參考文獻

我國山區地形地質條件復雜，大規模的工程建設不斷推動邊坡支擋技術的發展。一些高輕型支擋結構，如高輕型預應力錨索樁板墻、高輕型錨定板擋土墻和高陡度預應力錨索框架等，其使用墻高已遠超過現有規范的限制。但由于設計方法的不完善，或施工技術的不成熟，工程中也出現過一些事故和病害。該書作者參與了這些工程病害的調查和整治。作者又依托云南省山區高速公路的建設，針對上述三類高輕型支擋結構，選擇有代表性的工點，埋設多種傳感元件，結合工程施工過程和開通運營后，觀測結構各部位的受力和變形的發展變化，積累了大量數據，進行了系統的分析研究。書中介紹了一些典型病害事故工程的調查分析和整治措施實例，并提供了某些試驗工程的系統觀測數據和分析對比資料。在此基礎上，作者總結上述三類高輕型支擋結構受力模式、設計理論和計算方法、施工工藝和質量控制標準、工程病害調查分析方法和整治措施。2100433B