煤矿巷道支护理论与技术及应用.ppt

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1、“实用矿山压力理论与实践”学术研讨会煤矿巷道支护理论与技术康红普煤炭科学研究总院开采设计研究分院汇报提纲一、前言二、煤矿巷道支护理论的发展三、煤矿巷道支护成套技术四、应用实例与效果五、展望一、前言我国煤矿90%是井工开采井工开采示意图每年新掘巷道总长度1万余公里年新掘巷道长度相当于地球直径规模巨大，世界第一煤矿巷道工程的规模1一、前言大巷井底车场矿井生产、安全通道承担行人、通风、运输任务巷道不畅通，井下开采工作都无法进行煤矿巷道工程的重要性2一、前言堵塞“血管”发生事故造成生产瘫痪剧烈底臌冲击地压顶板垮落巷道大变形原巷道断面现巷道断面顶板下沉煤帮挤出1.5m一、前言3.1煤矿沉积岩层地质特点顶

2、板岩石钻孔观测图结构面发育，破碎强度低(煤5-20MPa，岩石10-60MPa)开采深度大(最大1500m)，地应力高，构造应力复杂地质构造复杂淮南煤田地质构造分布图煤矿巷道工程的特点3一、前言回采工作面周围应力分布矩形巷道围岩受力状况矩形巷道断面回采巷道服务时间短采动影响强烈（2-5倍原岩应力），范围大煤柱宽度小甚至无煤柱3.2生产特点一、前言高地应力巷道变形严重回采巷道受力与变形状态支护速度与成本要求苛刻巷道支护状态特殊：服务时间短，允许有一定变形，但必须稳定；采后能及时垮落松软、破碎、高应力等复杂困难巷道比重大(60%)煤矿巷道支护的难度4一、前言木支护砌碹支护型钢支护锚杆支护煤矿巷道支

3、护技术的发展过程5一、前言锚杆支护一、前言锚杆类型直径/mm拉断载荷/kN预应力/kN锚固方式低强度14-2050-1200-10端部锚固高强度18-22120-20010-20端锚、加长锚固高预应力高强度20-25200-40060-120加长、全长预应力锚固早期适用于简单条件(5%)不能满足困难巷道支护解决复杂巷道支护难题煤矿巷道锚杆支护发展过程6低强度锚杆高强度锚杆高预应力强力锚杆汇报提纲一、前言二、煤矿巷道支护理论的发展三、煤矿巷道支护成套技术四、应用实例与效果五、展望二、煤矿巷道支护理论的发展锚杆支护作用的认识过程现有锚杆支护理论1悬吊作用（只考虑拉伸作用）锚固区内形成结构(梁、层、

4、拱、壳)改善锚固围岩力学性能与应力状态悬吊组合梁加固拱锚固前后应力应变曲线二、煤矿巷道支护理论的发展一次支护(简单条件)巷道二次支护后变形破坏图二次支护(复杂困难条件)：两次支护，先柔后刚，先让后抗深部高应力、强烈动压影响、松软破碎围岩巷道，二次支护后仍出现变形破坏，需三次、四次支护甚至多次支护二次支护图锚杆支护过程的认识二、煤矿巷道支护理论的发展不连续、不协调变形连续变形锚杆支护的本质作用与关键参数对锚杆支护作用的新认识2锚杆预应力及扩散起关键作用：大幅提高预应力，并实现有效扩散，可抑制围岩不连续、不协调变形围岩变形形式：不连续、不协调变形；连续、整体变形。锚杆主要对前者起作用二、煤矿巷道支

5、护理论的发展U型钢金属支架应力场掘进工作面锚杆支护应力场单体支柱应力场巷道锚杆支护应力场支护应力场概念：支护在围岩及本身内部产生的应力场二、煤矿巷道支护理论的发展主动支护系数：预应力长度系数：llpkl=有效压应力区预应力扩散系数：临界支护刚度支护应力场示意图提出描述支护应力场的指标二、煤矿巷道支护理论的发展结构面分布及力学参数注浆的重要作用无结构面结构面宽度5mm结构面对群锚的影响支护应力场的主要影响因素二、煤矿巷道支护理论的发展原岩、采动及支护应力场构成煤矿井下综合应力场原岩+采动+支护=综合应力场支护应力场采煤工作面周围应力分布原岩应力场以应力场为主线，将原岩体、采动体及支护体有机结合在

6、一体。巷道支护、岩层控制归结为“三场”相互作用综合应力场概念二、煤矿巷道支护理论的发展连续岩体非连续岩体设置在开挖表面的巷道支护围岩响应曲线锚杆支护围岩响应曲线3金属支架支护P0二、煤矿巷道支护理论的发展锚杆包括插入煤岩体内部分(杆体、锚固剂)，表面构件（托板、钢带及网）。锚杆支护原理与支架有本质区别，不能再用支架的围岩响应曲线。锚杆支护围岩响应曲线锚杆支护围岩受力图PP时间锚杆受力锚杆受力实测曲线二、煤矿巷道支护理论的发展井下锚杆受力实测曲线—5种类型31524曲线1对应预应力低，被动支护，受力小，支护不明显曲线5对应高预应力，锚固区位移差小，受力变化不大曲线2、3、4，虽然施加一定预应力，

7、但都小于临界值，不能有效控制围岩早期的离层无支护零强度线弹性支护压力边界位移二、煤矿巷道支护理论的发展曲线1支护作用不明显，与无支护相差不大曲线5，高预应力强力支护有效控制围岩位移曲线3锚杆破断前围岩位移较小，破断后围岩位移急剧增大锚杆支护围岩响应曲线12453曲线2围岩较大位移后能趋于稳定曲线4围岩较大位移，不能稳定锚杆支护响应曲线二、煤矿巷道支护理论的发展不垂直，不是理想的拉伸受拉、弯、扭、剪