煤矿巷道支护的几个技术问题

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1、中国矿业大学矿业工程学院煤矿巷道支护的几个技术问题2009年12月23日提纲煤巷支护顶板安全控制技术岩巷支护围岩强化控制技术动态分步加固技术煤巷支护----顶板安全控制技术煤矿巷道顶板控制及支护先天更困难巷道顶板失稳规律与安全控制原理锚杆支护发展方向与安全控制技术煤巷锚杆支护工程实例围岩赋存不均质：巷道必须布置在煤层中，两帮为煤体，顶底板为软弱层状岩体；围岩条件变化频繁：同一煤层不同块段、同一块段不同位置顶板条件往往都有区别；地质构造出现频度大，难以高精度预测；围岩强度低:围岩松软破碎，单轴抗压强度小于20MPa；原岩应力大:埋藏深，原岩应力大；地质构造产生的附加水平应

2、力强烈；动压影响强烈：受强烈的采动影响，应力提高3~5倍；存在大量特殊的安全技术问题:瓦斯、煤尘、煤体自燃发火、地下水、构造等灾害严重。1.煤矿巷道顶板控制及支护先天更困难（与其它岩土工程相比）05、06年全国煤矿死亡事故按性质统计顶板占34.66%。事故起数，顶板50%、运输21%、瓦斯9％；死亡人数，顶板34％、瓦斯33％、运输13％；事故严重性，瓦斯最为严重，平均每起6.2人；水害次之，平均每起4.5人。1.煤矿巷道顶板控制及支护先天更困难（与其它岩土工程相比）锚杆支护技术进步显著，安全可靠性问题仍很突出锚固区外的弱面离层是锚杆支护技术面临的一大挑战被动棚式支护造

3、成巷道顶板安全状况差，顶板事故频繁发生；锚杆支护时顶板安全状况仍未得到保证，冒顶事故时有发生；冒顶率：3~5m/万m；事故率：1人/3~5万m近几年，制约煤巷锚杆技术进一步推广最突出因素是顶板安全保障。煤矿事故比例统计两种典型的垮冒型式松脱型垮冒：垮冒范围一般在0.5~1.5m内，负荷15~25kN/m2。挤压型垮冒：在水平应力和自重应力双重作用下，薄层状岩体发生弯曲变形，导致弱面离层，变形持续发展，渐次向上垮冒。松脱型垮冒2.巷道顶板失稳规律与安全控制原理挤压型垮冒锚固区内离层：松脱型垮冒得不到控制，锚固区产生裂隙，锚固强度衰减，进而导致锚固区整体稳定性削弱或破坏；锚

4、固区外离层：锚固区完整性较好，但不能阻止外层岩体渐进破坏，导致外层弱面离层。锚固区外离层持续发展将导致锚固区整体垮冒。锚杆支护巷道对应两种失稳形式锚固区整体垮冒2.巷道顶板失稳规律与安全控制原理提高支护效能，及时主动有效加固顶板，消除松脱型冒顶增大锚固范围，消弱层状顶板沿弱面的渐次离层和垮冒建立“楔形”强化承载结构，防止锚固区外离层和挤压型冒顶Ⅳ、Ⅴ类巷道顶板离层控制原理2.巷道顶板失稳规律与安全控制原理安全：安全可靠性要求更高，“零死亡率”是研究锚杆支护技术首要目标。快速：成巷速度必须与快速推进的现代化长壁综采相适应。高效：在服务期间不进行任何翻修即能满足长壁面生产所

5、需的有效断面，并努力简化回采动压影响期间的超前加强支护，最终取消加强支护。“安全”和“支护效果”已经取代“支护成本”成为支护技术先进性和支护设计的出发点和评价标准。对此，形成了锚网支护的三项控制技术3.锚杆支护发展方向与安全控制技术高性能锚杆的概念杆体材质符合高强度、延伸率要求、外形符合锚固要求、附件完整、整体强度和几何尺寸匹配、能够满足钻机连续一体化安装并实现高预应力；杆体表面结构优化，实现高粘低阻(左旋无纵筋、右旋无纵筋螺纹钢)；外端螺纹部采用低强度损失、无强度损失或增强加工新工艺；两个减摩垫圈，双重减摩措施，实现预应力(初锚力)；并能够调整锚杆外端受力；有醒目的标

6、志直观显示安装施工质量。第1项技术：高性能预拉力锚杆支护技术3.锚杆支护发展方向与安全控制技术尾部等强加工扭矩螺母杆体外型结构优化通过多层易离层岩体的整体锚固，消弱层状顶板沿弱面的渐次离层和垮冒。第2项技术：小孔径钢绞线预拉力锚索梁技术机械张拉实现高预拉力预拉力范围50~150kN提出了低张、短锚、适当滞后的锚索使用原则开发了几种新的组合锚索结构预拉力锚索梁技术双斜拉锚索技术帮部锚索加固技术3.锚杆支护发展方向与安全控制技术肩角稳定区肩角稳定区机械张拉实现高预拉力；预拉力范围50~150kN；抗剪切破坏能力强；结构稳定可靠，防止顶板垮冒，确保顶板安全；结构简单，安装方便

7、。国内首次研制和使用以巷道肩角稳定区域岩层作为内锚固支撑点，通过桁架连接器将两根钢绞线对拉，形成可靠护顶结构，控制顶板离层、防止加固区整体垮冒。第3项技术：高预拉力钢绞线桁架支护技术3.锚杆支护发展方向与安全控制技术巷道上方直接顶存在明显软弱夹层，在顶板中分布位置不固定7223机巷的水文地质条件复杂，煤层顶板砂岩含水丰富7123工作面尚未完全收作，7223机巷动压影响强烈巷道掘进层位示意图4.煤巷锚杆支护工程实例----许疃煤矿7223机巷巷道支护参数支护效果图巷道整体支护效果图帮部横向桁架帮部竖向桁架4.煤巷锚杆支护工程实例----许疃