复杂地质条件下巷道围岩主动控制技术ppt课件.ppt

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1、复杂地质条件下巷道围岩主动控制技术,山东科技大学 秦忠诚 2010年8月,一、支护研究背景二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索三、巷道支护系统设计方法四、部分矿井巷道支护案例五、部分专利与成果,汇 报 提 纲,“复杂地质条件下巷道围岩变形与控制”是目前深井建设中遇到的普遍难题，针对复杂施工地质条件，探究经济合理的巷道支护技术，对矿井的安全高效生产具有重要的现实意义和工程应用价值。我国煤矿开采深度以8-12m/年的速度增加，东部矿井10-25m/年。1980年平均开采深度288m，1995年428.83m，2000年以后超过了500m。国有重点煤矿，开采深度达1000m深矿井有数十处，最大采深超

2、过1300m。主要分布在新汶、淄博、开滦、北票、沈阳、徐州、淮南、徐州等矿区。到2009年底，新矿集团5个矿采深超过1000m，开滦、徐州、淮南等矿区平均采深大于800m。预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000-1500m的开采深度。,一、支护研究背景,一、支护研究背景,高地应力： 垂直应力明显增大；水平应力甚至超过静水压力；构造应力场复杂。高 地 温： 地温梯度30-50C/km。热应力问题明显，（0.4-0.5 MPa）/ 1C高岩溶水压：高裂隙水压使岩石更易破坏且矿井突水严重。开采扰动： 在高地应力下，叠加采动影响，巷道硐室破坏更加严重。岩体弱化： 不同围压下岩石具有不同的特性，在

3、高围压下脆性岩石转化为塑性。 流变特性： 高应力作用下，岩石具有较强的时间效应，呈现明显的流变或蠕变。扩容特性： 在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开，出现扩容膨胀。垮落冒顶增加：围岩应力高于围岩强度，围岩易失稳性，支护难度大。冲击地压： 煤岩体应力加大，冲击地压发生的频率、强度和规模增加。矿压显现强烈：巷道变形量明显增大，采面矿压显现强烈。,深井开采矿压特点,一、支护研究背景,巷道围岩变形的时间效应。围岩变形量大，有明显的时间性。初期来压快、变形显著，不采取有效支护措施，极易发生冒顶、片帮。即使围岩变形稳定后，围岩还以长期处于流变状态。 巷道围岩变形的空间效应。巷道来压方向多表现为四周来

4、压。不仅顶板、两帮发生显著变形和破坏，底板也出现强烈变形和破坏，如不对底板采取有效控制措施，则强烈底臌会加剧两帮和顶板的变形和破坏。巷道围岩变形的易受扰动性。围岩变形对应力的变化非常敏感，受震动、邻近巷道掘进或回采工作面采动影响后，围岩变形和破坏均有明显增加。围岩的稳定性与巷道断面形状、施工工艺等因素都有关系。巷道围岩变形的冲击性。在有冲击倾向的巷道中，围岩变形有时并不是连续的、逐渐变化的，而是突然剧烈增加，导致断面迅速缩小，具有强烈的冲击性。,深井巷道变形特点,一、支护研究背景,新奥法支护理论 煤炭行业结合自身特点，完善和发展了新奥法：采用光面爆破；早强喷射混凝土及时封闭巷道周边，实施密贴支

5、护；采用锚喷支护，主动加固围岩，提高其自承能力，在围岩内形成承载圈；实施二次支护；对破碎围岩实施注浆加固；实施动态设计和动态施工等。 联合支护理论 对深部巷道，只提高支护刚度难以有效控制围岩变形，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。但随着巷道条件变差，该理论受到挑战，有些巷道采用联合支护并不有效，多次维修，围岩变形一直不能稳定。二次支护理论 对深部大变形巷道，应实施二次支护。一次支护在保证围岩稳定的条件下允许有一定变形，释放压力；在合适的时间进行二次支护，保持巷道的长期稳定。,深部巷道支护理论,一、支护研究背景,锚杆锚喷支护：锚杆锚喷支护性能优越，比较适合深部巷道支护。但必须选择合理的支

6、护形式与参数，才能取得较好效果。U型钢可缩性支架：U型钢具有较好的断面形状和几何参数，型钢搭接后易于收缩，支架设计合理，使用正确，能获得较好的力学性能。支架结构分不封闭和封闭。但U型钢支架毕竟是一种被动支护形式，而且支护费用高，施工比较困难。注浆加固：注浆将破碎岩体固结，改善围岩结构，提高围岩强度，增加自身承载能力。水泥水玻璃、高分子材料。注浆加固适于破碎围岩，且与其它支护方法联合使用。联合支护：两种或两种以上支护方式联合支护。如能充分发挥每种支护方式性能，优势互补，有更好支护效果和更广的适用范围。锚喷+注浆，锚喷+U型钢支架，U型钢支架+注浆，锚喷+注浆+U型钢支架。适用范围广，但费用高，支

7、护形式选择不匹配时，往往造成各个击破。卸压技术：将巷道布置在应力降低区，或采取人工卸压措施，使巷道周边的高应力向深部转移，是深部巷道围岩变形控制的另一个途径。 在应力降低区布置巷道是首选方法，人工卸压法（切缝、钻孔、爆破、掘卸压巷等），由于种种原因，目前还没有推广，仅作为一种辅助方法局部采用。 高强预应力锚杆、预应力锚索、让压锚杆、让压锚索支护已得到大面积应用,成为我国煤矿巷道首选的、主要的支护方式。,深部巷道支护技术,一、支护研究背景,组合梁理论,机理：将锚固范围内的岩层挤紧，增加各岩层间的摩擦力，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。将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁

8、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。适用条件：层状复合顶板,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,1、基本理论,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,薄壁梁向深厚梁的转换理论,理论要点深厚梁理论薄壁梁理论,锚杆、锚索预应力形成的深厚梁,锚杆无预应力或被动棚式情况下的薄壁梁,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,压缩拱(承载拱)理论,机理：在破裂区中安装预应力锚杆时，在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力，如果沿巷道周边布置锚杆群，只要锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体将相互交错，就能在岩体中形成一个均匀

9、的压缩带，即承压拱，这个承压拱可以承受其上部破碎岩石施加的径向荷载。在承压拱内的岩石径向及切向均受压，处于三向应力状态，其围岩强度得到提高，支撑能力也相应加大。,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,对扰动围岩进行强度再强化，控制松动圈的扩展。适用条件：拱形巷道,19451950：机械式锚杆的研究与应用19501960：广泛采用机械式锚杆，开始对锚杆进行系统研究19601970：发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命19701980：发明管缝式、水力涨管式锚杆，研究新的锚杆设计方法，长锚索产生19801990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆、各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进。美国作

10、为世界上第二采煤大国，锚杆支护技术是最先进的，美国锚杆支护技术至今已有一百多年的发展历史，但锚杆支护技术的广泛应用，仅是近五、六十年的时间，现在美国矿井的锚杆支护率为100。美国每年锚杆使用量在8000万套以上，每年有2.5万km的煤巷使用锚杆支护。,锚杆支护技术发展,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,美国在复杂的地质条件下成功使用锚杆的经验是采用高预应力、高强度锚杆，对巷道顶板采取积极主动的支护，极大地提高了巷道围岩的自承载能力和巷道的稳定性，减少了锚杆数量、提高了巷道掘进速度、降低了巷道的支护成本。美国巷道支护理念：锚杆、锚索是支护结构的主体，为了充分实现锚杆主动支护的效果，通过提高锚

11、杆预应力去主动加固受掘进破岩影响的松动围岩，以提高围岩的自身承载能力，控制松动圈的扩展。现矿井喷射的混凝土，由于受巷道初始成型的影响，混凝土喷层厚度很不均匀，现混凝土喷层主要作用是封闭围岩，防止围岩风化，保证围岩的长期强度。另外，澳大利亚作为第三大采煤国，也几乎全部采用锚网支护。国外发达国家锚网支护的特点：(1)单体锚杆强度大；(2)锚杆安装应力大；(3)间排距大；(4)锚网支护效率高，支护效果良好。,锚杆支护技术发展,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,自50年代以来，锚杆支护技术在我国得到了逐步应用，特别是进入90年代，许多矿井改变传统的棚式和砌体支护的理念，开始试用推广锚网支护，大量的

12、实践验证了锚网支护安全、高效、经济的优势。同时，在矿井软岩、动压巷道及煤巷中采用锚杆支护也获得了良好的效果。原煤炭工业部1995年提出：“煤巷锚杆支护是我国煤矿继综合机械化采煤之后的第二次支护技术革命”，并将“煤矿锚杆支护技术”列为煤炭工业“九五”重点科技攻关项目的五个项目之一，在攻关研究的基础上，在煤矿中大力推广煤巷锚杆支护技术。但是煤矿锚网支护作为一种主动支护方式，要达到理想的支护效果，在技术细节上尚未完全解决。如锚杆组件、锚杆结构、锚杆施工安装机具和锚杆与其它支护结构的耦合问题等。,锚杆支护技术发展,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,锚杆支护设计主要依靠现场经验，设计理论依据有待完善

13、和补充；各类巷道锚杆千篇一律；很多设计单位只是笼统选择了锚杆直径和长度。但是不同的锚杆结构和施工工艺会很大的效果差别。没有考虑地应力大小、方向、比值的影响；没有进行地质力学分析和巷道压力显现与锚杆支护参数的匹配关系分析与选择，所以提出的支护方案很难适应地质条件的变化，不能实现量体裁衣、对症下药。单根锚杆强度低、预紧力低、可靠性低、间排距小(单体锚杆钻机推力小(小于0.5t)、扭距小(小于160Nm)，锚杆基本上没有预应力)；锚杆消耗量大、施工速度慢、工效低、费用高、安全性较低。,锚杆支护技术发展,我国现有锚杆支护存在的不足,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,国内外锚杆支护技术对比,二、锚杆

14、支护基本理论与新型锚杆、锚索,锚杆和锚固区域围岩体形成统一的承载结构锚杆支护可以提高锚固体的力学性质提高残余强度值改变围岩的受力状态,提高承载能力减少破碎区、松动区范围 控制松动圈扩展 预应力锚杆、锚索支护是主动强化破碎围岩的主要方法； 后注浆锚杆、锚索是被动强化围岩的一种方法。,2、主动控制锚杆支护系统,扰动围岩再强化支护理念,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,高地应力、软弱破碎围岩巷道平衡支护问题,位移平衡支护法新型预应力让压锚杆 1）巷道开挖后地应力释放的不可抗拒性 2）对地应力释放实施有控制让压应力平衡支护法通过变换支护参数平衡巷道不同位置的地应力 1）受构造应力或采动应力的影响，

15、巷道周边应力分布不均一，所以不能用均一的支护参数去支护巷道围岩。 2）巷道围岩强度的不均一性，应根据围岩的强度设计支护参数。 龙固煤矿在建设期间的硐室和主要大断面巷道均采用了高强让压锚杆，取得了较好的效果。让压锚杆在新矿集团、枣矿集团、兖矿集团和潞安集团的动压高地应力巷道支护中被广泛应用。,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,位移平衡支护法新型的预应力让压锚杆,单起动防冲让压锚杆,双起动点防冲让压锚杆,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,预应力让压锚杆工作特性曲线,高强高预应力让压锚杆让压前,无让压管和有让压管工作特性曲线,高强高预应力让压锚杆让压后,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,

16、应力平衡支护法通过变换支护参数平衡巷道不同位置的地应力,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,预应力锚杆与围岩主动控制支护效果计算机模拟,2.0T安装载荷时的应力分布和变形图,2.0T 安装载荷时放大后的顶板离层,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,预应力锚杆与围岩主动控制支护效果计算机模拟,新矿集团集团1200m采深巷道支护效果对比,高强预应力锚杆支护,全螺纹锚杆等强锚杆支护,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,关于预应力让压锚杆(锚)应用的体会第一时间主动控制：复杂围岩条件下，锚网索支护成功的关键是围岩早期控制和主动控制。锚杆锚索第一时间产生预应力

17、是非常重要的。锚杆、锚索协同支护：提高锚杆锚索预应力后，锚杆锚索的增阻速度会明显加快。锚杆、锚索的受力匹配和变形匹配是保障支护系统协同完成支护任务的关键。通常锚杆的预应力宜在35t左右。锚索的预应力应以施打锚索时刻的锚杆受力大小来确定。让压量和让压吨位匹配：让压锚杆、让压锚索的使用是有条件的。宜在围岩能量有积蓄倾向、动压、围岩变形速度、地应力释放快的条件下使用。让压量和让压吨位的匹配是让压支护成功的关键。支护一体：在锚网索支护体系中，锚杆、锚索是“支”的作用；钢带、钢筋梯和网子及喷射混凝土是“护”作用，良好的支护系统应该以“支”为主、以“护”为辅，支护一体。综合控制：对复杂条件下的围岩控制，通

18、常是综合控制。锚注只能适用于巷道的二次维修，是松动圈大量扩展后使用的一种支护方法。成功的锚网支护是松动圈得到了有效控制，此时围岩无需锚注加固。,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,锚杆分类材质：木质锚杆、塑料或是玻璃钢锚杆、金属锚杆锚固：机械锚固、粘结锚固锚固长度：局部锚固、全长锚固目前90以上的锚固为金属杆体，树脂局部锚固锚杆,金属锚杆左旋细丝锚杆（Q335、Q500）右旋全螺纹钢锚杆（Q335）圆钢麻花锚杆（Q215、Q335）,3、锚杆形式与锚杆结构,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,左旋预应力阻尼锚杆是一种预应力锚杆。阻尼有树脂或塑料阻尼、销式阻尼、金属盖片式阻尼三种;锚固力靠树

19、脂粘结力实现;阻尼打开实现树脂的充分搅拌;等待4060s后，施加锚杆的预应力操作。,4、新型锚杆形式与锚杆结构,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索, 左旋细丝预应力锚杆,该锚杆的缺点：加工过程多了压圆、滚丝两个工艺。该锚杆的优点：()锚杆预应力大。由于该锚杆螺纹是国标螺纹，螺纹螺距2.5mm，螺纹自锁效果好，通过特制的阻尼螺母，锚固树脂搅拌充分、锚固力大， 120型气动锚索钻机即可实现4吨的预紧力。()锚杆锚固力高。因该锚杆杆体设计的螺纹方向为左旋方向和锚杆的搅拌树脂方向（右旋）相反，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个轴向挤压力，大量测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，左旋细丝预应力锚

20、杆的锚固力比右旋等强全螺纹钢锚杆锚杆，锚固力可提高20以上。()杆体的有效断面大，锚杆强度高。大量试验表明，同直径同材质的左旋细丝预应力锚杆的破断力比右旋等强全螺纹钢锚杆的破断力高出20以上。()左旋细丝预应力锚杆因采用了合理的阻尼螺母，螺母材质为球墨铸铁，球墨铸铁和锚杆杆体的摩擦力是最小的，另外采用了减阻特制塑料垫圈，使锚杆的扭矩应力比大大提高。,左旋预应力阻尼锚杆,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索, 左旋细丝预应力锚杆,A 六方螺母预应力锚杆,B 四方螺母预应力锚杆,图2 左旋细丝预应力锚杆组装示意图,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,右旋无阻尼等强螺纹钢锚杆,二、锚杆支护基本理论

21、与新型锚杆、锚索,该类锚杆的优点：加工制造简单。该类锚杆的缺点：()杆体螺距大。通常在10-12mm左右，大螺距螺母与杆体咬合力低，摩擦力大，时常出现退丝现象，而且锚杆安装应力低，很难达到2吨以上的预紧力。()锚杆锚固力低。因该锚杆杆体设计的螺纹方向(右旋)和锚杆的搅拌树脂方向(右旋搅拌)旋向相同，在搅拌树脂的过程中会对树脂产生一个向外的输送力，大量测试表明，同样杆体直径和同样树脂的情况下，右旋全螺纹等强锚杆的锚固力比左旋细丝预应力锚杆，锚固力降低20。()杆体的强度低。大量试验表明，同直径同材质的右旋等强锚杆的破断力比左旋细丝预应力锚杆低20以上。所以右旋全螺纹钢等强锚杆已经不能满足深部锚网

22、支护的要求，现在深部支护中很少选用。,右旋无阻尼等强螺纹钢锚杆,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,左旋与右旋螺纹钢锚杆强度对比,左旋滚丝螺纹钢锚杆杆体强度,右旋等强螺纹钢锚杆杆体强度,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索, 鸟巢锚索,目前国内所使用的光面锚索（如上图）都是简单的一条钢绞线。其缺点有： 锚索直径主要为15.24mm和17.8mm两种规格，而钻孔直径是28mm。锚索树脂和孔壁之间很难达到理想的配合，影响锚索的锚固力。 锚索表面光滑，影响锚固力。相同锚固长度的情况下，光面锚索的锚固力小于螺纹钢的锚固力。 锚索长度大，安装时很可能靠到孔壁一侧，造成锚索一侧有树脂，另一侧无树脂的现象

23、。这会大大影响锚索的抗拉拔力。传统的锚索是钢绞线锚索托盘锚具组成，因钢绞线为高碳钢材料、表明光滑，且钢绞线缠绕角度很小，造成钢绞线的锚固力小；为增加锚固力，需增加锚固剂使用量，但是锚固剂使用量增加会带来锚索安装困难，有时候会出现大尾巴现象。鉴于此，需开发新型锚索,5、锚索形式与结构,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索, 鸟巢锚索,对中、增加锚固面积：鸟笼的大小一般比锚索钻孔小2mm，可保证锚索在孔中对中, 使得树脂在锚索周围均匀分布,并增加锚固面积，从而用较少的树脂用量取得最大的抗拉拔力。更好的搅拌树脂：可起到均匀搅拌树脂作用，从而增加锚索抗拉拔力。树脂-锚索有机结合：鸟笼为中空，在树脂搅拌

24、过程中，树脂充满鸟笼，可使树脂和锚索融为一体，从而进一步增加锚索抗拉拔力。加强管：为了安装方便，增加加强管，在锚索接触树脂后，更容易送入孔中。,鸟笼具有以下作用,新型笼形锚索,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索, 鸟巢锚索,注浆鸟巢锚索,预应力鸟巢锚索,国外球形索具,国外双股组合锚索,二、锚杆支护基本理论与新型锚杆、锚索,科学的锚杆支护设计，不是简单地在顶板安装锚杆，而应该使每一根安装的锚杆都发挥它的最大作用。煤矿顶板是由不同层状岩体组合成的层状组合梁，为达到最佳组合梁的锚杆系统设计应满足下列条件：,1、支护系统设计的基本原则,三、巷道支护系统设计方法,通过调整锚杆长度及安装应力，使锚杆支护

25、系统应能够控制锚固范围内的顶板离层，这需要选择合理的锚杆类型、长度和安装应力。锚固系统应能够减少或消除顶板的拉应力区。锚杆应能够锚固在稳定的岩层中。锚固系统应有足够的能力来控制顶板，并且在整个需要支护期间内不失效。,松动圈加固与控制：巷道开挖后必然要形成松动圈，但围岩松动圈实际上是动态的，它与施加的支护体系的强度、预应力大小、预应力施加时间及围岩结构、地压强度都有关系。施加合理的支护结构，控制围岩松动圈的发展和松动煤岩体的自身强度是巷道支护的主要目标。,三、巷道支护系统设计方法,2、煤矿巷道支护的关键要素,合理的安装应力 锚杆安装应力的作用和液压支架的初撑力的作用很相似。对于高应力软岩巷道，合

26、适的安装应力对顶板支护效果影响很大。它是防止离层发生，增加围岩自承能力和减少围岩变形的关键因素；是巷道支护成功的关键因素之一。合理的锚杆长度 锚杆长度是锚杆支护系统成功的另一关键因素。合理的锚杆长度应保证锚杆锚固在相对比较坚硬稳定的岩层中。但是，若一定范围内难找到合适的稳定岩层，应保证锚固区形成能承载一定压力、合理厚度的梁或拱。 合理的锚杆强度和直径 选用锚杆强度与直径应考虑合理的效费比，即在提供同等支护强度的条件下，单一支护面积内支护单元所提供的支护强度与所需费用的比值。合理的表面控制 由于巷道在软岩或煤层中掘进，表面控制对于充分发挥锚杆支护系统的作用非常重要。有效的表面控制系统应保证无片帮

27、和冒顶现象。,三、巷道支护系统设计方法,锚杆安装与施工 锚杆安装过程中要实现两个及时 及时施打锚杆。实现对围岩的尽早控制，避免松动圈的扩展。 及时实现锚杆的安装应力。实现主动早期加固围岩，拟制松动圈扩展。,锚杆施工安装过程中注意事项 三径匹配问题 确保一定的扭矩 尽可能选用大扭矩帮顶钻机,锚杆安装扭矩放大器,合格的锚杆安装应该满足下列标准螺母阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷;塑料垫圈必须溶化掉;锚杆外露长度不超过2030mm;扭矩不能低于240Nm(经验值)。,三、巷道支护系统设计方法,螺纹钢杆体与球墨铸铁螺母的摩擦系数最小，可提高安装应力。摩擦系数比螺纹钢杆体钢螺母 降低50以上。

28、特制塑料垫圈能够使锚杆安装旋转时产生的热量熔化塑料垫圈，以降低螺母与杆体的摩擦力。,杆体螺母组合摩擦系数,预应力锚杆结构与组成： 杆体托盘阻尼螺母承载垫圈减阻垫圈,3、支护系统构件匹配问题,三、巷道支护系统设计方法,锚杆预应力控件：控制吨位36t，锚索预应力控件：控制吨位610t。,锚杆预应力控件：控制吨位36t，锚索预应力控件：控制吨位610t。,预应力控件,三、巷道支护系统设计方法,普板Q235-15015010火山口加球形垫圈28.8T,普板Q235-15015010火山口不加球形垫圈23.6T,锰板Q345 1501506 负差（5.5mm） 19.0T以上1501508 负差（7.5

29、mm） 23.0T以上15015010 负差（9.5mm） 28.0T以上,中板分剪、冲压成型的球形托盘，承载力明显提高。托盘的承载力与钢材材质有直接关系，并且还与托盘的球面大小、曲率半径有很大的关系。,托盘及钢带等,三、巷道支护系统设计方法,W钢带示意图,单边钢筋梯示意图,双边钢筋梯示意图,M钢带示意图,梯型钢带示意图,三、巷道支护系统设计方法,双向高分子聚酯网普通的塑料编制网的优点是成本低、轻便、抗腐蚀等，但其强度和刚度较低。双向高分子聚酯网具有强度大、重量轻、刚度好等诸多优点。但由于价格较高，还没有广泛使用。,三、巷道支护系统设计方法,注浆锚杆,三、巷道支护系统设计方法,四、部分矿井巷道

30、支护案例,厚松散层深埋构造复杂矿井开拓巷道山东鲁西南地区(菏泽及济宁周边一带)新近施工建设的一批矿井均为厚松散层深埋矿井，如滕东、唐口、梁宝寺、龙固、赵楼、郭屯、彭庄、杨营、霄云、阳城等煤矿，均遇到了深井高地压软岩巷道支护难的问题。高地应力深井回采支护新汶矿区有5个矿井华丰、协庄、孙村、潘西、良庄开采深度超过1000m，其中孙村煤矿延深水平1100，采深达到1300m。华东地区的徐州矿区、淮南矿区、淮北矿区的老区矿井和附近的新建矿井开采深度很多接近1000m或超过1000m。深井开采的巷道支护问题已经成为一个普遍的技术难题。深井软岩围岩巷道支护理念应该是采用主动围岩控制方法，提高围岩的自身承载

31、能力，使支护结构锚杆、锚索、金属网和混凝土喷层协同有效抵抗地应力释放，以平衡巷道围岩的变形，真正实现锚网主动支护。,滕东生建煤矿：主井井筒深度921m，副井井筒深度949m，主副井井壁均采用素混凝土。井筒施工至700m左右时，滕东煤矿与山东科技大学合作，采用高强预应力锚杆、锚索主动预加固井壁围岩，在井底硐室群施工过程也同样采用了高强预应力锚杆锚索金属网钢带(钢筋梯)喷射混凝土等复合支护技术，取得了显著的支护效果，所有硐室和巷道达到了预期的支护效果，巷道维修率不到2。,四、部分矿井巷道支护案例,唐口煤矿：是全国唯一一个主井、付井、风井均超1000m的新建矿井，是当时济西矿区最早建设的新井，设计年

32、产300万吨。在矿井建设时期采用了设计院的原有设计，但是硐室施工完毕后，很短时间内多处发生了较大的变形。针对这种情况采用了锚索、加长高强锚杆和注浆锚杆等综合二次加固措施，取得了较好的加固效果，最终获得了国家科技进步二等奖。但是该成果是巷道二次加固维修取得的，并没有硐室开始施工时采用加强支护的预案，造成工期延长。,鲁能彭庄煤矿：彭庄煤矿矿井设计生产能力0.45Mt/a，服务年限51.5年。主付井井底车场深度500m，揭露岩性以细砂岩为主，岩性相对稳定，岩石硬度系数平均f46。个别地段裂隙发育，岩性松软，砂岩裂隙水较多。井底车场及硐室支护以锚索网喷支护为主，锚杆主要采用高强预应力锚杆，个别地段因施

33、工后变形较大采用了锚注加U型钢棚支护。,四、部分矿井巷道支护案例,霄云煤矿：霄云煤矿是由济宁矿业集团投资兴建的中型现代化矿井，矿井由济南煤炭设计院设计，采用立井开拓，设主、副两个井筒，设计生产能力0.9Mt/a。主井深度840m，付井深度860m，表土段423m，冻结深度472m。 从主、付井检查孔得知，部分井下硐室和巷道要揭露一层2米左右的膨胀性泥岩。因此该矿与山东科技大学合作进行了软岩深井巷道支护研究，由于通过加强支护预案，矿井建设顺利，现在矿井所有硐室和巷道全部顺利施工完毕。,龙固煤矿：是由新矿集团开发建设的国家重点特大型矿井，设计能力600万t/a，设计深度为840m。 井下硐室联络复

34、杂，穿过岩性变化很大，以粉砂岩、细砂岩为主，中砂岩相对较少，且处于构造破碎带，岩石平均硬度在f35之间，巷道支护难度大。同时，该矿井在建设施工过程中砂岩裂隙水大，给巷道支护带来很大困难。通过与科研机构合作，因地制宜地采取了不同支护形式，确保了95的巷道一次支护成功，并为矿井的按时投产提供了可靠的技术保障。,四、部分矿井巷道支护案例,杨营煤矿：肥矿集团投资兴建，井田位于梁山县杨营镇。济南煤炭设计院设计，采用立井开拓，设主、副两个井筒，设计生产能力0.9Mt/a，矿井服务年限为42.0年。主井深度681m，付井深度668m。井筒采用冻结法施工，主、副井冻结深度定为540m、588m。自09年6月井

35、筒施工刚过冻结段，杨营煤矿即提前与山东科技大学开展合作，针对井底车场所处层位岩性软弱破碎、地压大等特点，对即将开始施工的井下硐室群及车场巷道(马头门、主付井贯通巷、井底煤仓、箕斗装载硐室、皮带机头硐室、泵房、变电所等硐室)进行研究，在设计院提供的施工设计基础上，根据具体地质条件，进行了巷道支护优化。目前两条井筒已经到底并贯通，现正在顺利施工井底车场相关巷道及硐室，“基于围岩应变分析与主动控制的高预应力锚杆复合支护技术体系”在杨营煤矿井底车场支护中已得到了应用。,四、部分矿井巷道支护案例,其它如：郭屯、赵楼、陈蛮庄等矿井在矿井建设期间也都进行了系列的支护研究，采取适合该地质条件下的加强支护措施，

36、保证了矿井顺利建设。,从鲁西南地区类似条件下已建成的几对矿井的施工情况来看，普遍存在深井、软岩、高地压、构造发育等不利于巷道支护的技术难题，采用传统的锚网支护方式难以保证巷道支护的稳定与安全使用，严重影响了矿井的施工进度和安全生产。特别在井底车场施工过程中，由于多以设计院提供方案进行，缺乏及时调整，造成频繁的“前掘后维”局面，严重影响了巷道支护质量和施工安全，造成支护成本增加和建井工期延长。 造成软弱破碎岩体的支护难的原因主要在于：软弱破碎岩体含泥质成分较多，易风化、潮解、膨胀，加之埋深较大，在高地应力的作用下而引起碎涨与体积扩容，在巷道开挖后若不能及时封闭围岩，支护体未能及时施加高预紧力以平

37、衡其变形应力，势必引起巷道的变形破坏。,四、部分矿井巷道支护案例,1、综放沿空采、掘相向强动压巷道锚网索复合支护-付村煤矿,其他巷道支护案例,四、部分矿井巷道支护案例,2、极近距离煤层下行开采顺槽锚网索梁复合支护 曹庄煤矿,四、部分矿井巷道支护案例,3、深井、高地应力、大倾角沿顺槽非对称让压锚网支护 华丰煤矿,四、部分矿井巷道支护案例,4、深井软弱破碎围岩井底车场硐室群复合锚网支护 杨营煤矿,四、部分矿井巷道支护案例,五、部分专利与成果,“预应力柔性锚杆体以及锚杆” 专利号：ZL 2008 2 0024701.9“锚杆让压构件”专利号：ZL 2008 2 0031057.2“锚杆阻尼螺母”专利

38、号：ZL 2009 2 0157253.4“倒楔式锚杆紧固组件”，专利号：ZL 2009 2 0027765.9 “深井大倾角高地应力复合顶板动显综放巷道组合支护体系研究”，中国煤炭工业协会科学技术进步三等奖 “综放强动压相向沿空掘巷平衡支护技术研究与应用”， 山东省煤炭科学技术进步三等奖 “深井复合顶板动显综放巷道组合支护体系研究及工程应用”，山东省安全生产管理协会科技进步二等奖“薄煤层巷道支护优化与应用”，山东省科技进步三等奖“巨厚松散含水层下薄基岩区特厚煤层留设防砂煤柱综放开采技术研究”，中国煤炭工业协会科学技术进步三等奖 “采矿空间信息可视化集成技术”，中国煤炭工业协会科技进步三等奖,五、部分专利与成果,欢迎济矿集团诸位抽空到山东科技大学资环学院做客！,