極困難條件巷道支護(hù)新對(duì)策—對(duì)接長(zhǎng)錨桿支護(hù)新技術(shù)課件

1、1極困難條件巷道支護(hù)新對(duì)策 對(duì)接長(zhǎng)錨桿支護(hù)新技術(shù)1、困難條件下巷道變形破壞特征幾種典型困難條件巷道深井巷道、軟巖巷道、受多次采動(dòng)巷道及小煤柱回采巷道巷道變形破壞特征正常使用期間巷道變形破壞嚴(yán)重，支護(hù)難度極大;巷道頂板下沉量一般在300mm以上，甚至可以達(dá)到1500mm；圍巖塑形區(qū)破壞深度高達(dá)3-5m；導(dǎo)致的危害錨索等支護(hù)構(gòu)件破斷失效嚴(yán)重，甚至高達(dá)65%以上；極易發(fā)生局部冒頂甚至大規(guī)?？缏?，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。錨索破斷2、主要原因：支護(hù)理論與技術(shù)上存在誤區(qū)支護(hù)理論誤區(qū)認(rèn)為不斷提高錨桿錨索強(qiáng)度和初錨力，就可以大幅度減小圍巖變形和破壞，甚至形成剛性梁，杜絕巷道變形支護(hù)技術(shù)誤區(qū)大量增加錨索數(shù)量、增

2、大錨索直徑每米巷道頂板錨索數(shù)量可達(dá)5根甚至7根，錨索直徑從開(kāi)始的15.24mm增加到目前普遍使用的22mm，有的甚至達(dá)到28mm。巷道維護(hù)現(xiàn)狀巷道圍巖變形控制效果并不理想，錨索大量破斷失效現(xiàn)象依然存在，巷道冒頂事故時(shí)有發(fā)生。錨索破斷3、困難條件巷道支護(hù)新對(duì)策（1）加深對(duì)巷道變形破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)巷道主要處于“給定變形”與“給定破壞”狀態(tài)當(dāng)前支護(hù)強(qiáng)度對(duì)其可控量很小（僅能控制20%左右）不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)支護(hù)強(qiáng)度與初錨力形成剛性梁的作用“給定變形”的理論基礎(chǔ)原巖應(yīng)力、圍巖條件、支護(hù)強(qiáng)度與圍巖變形之間的關(guān)系曲線表明，在巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)和應(yīng)力環(huán)境一定時(shí)，隨著支護(hù)強(qiáng)度的不斷增高，圍巖變形量的減小極為有限，相當(dāng)一部

3、分圍巖變形為“給定變形”?！敖o定變形”與“給定破壞”的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證原始：每米4根長(zhǎng)2.2m、直徑20mm錨桿，2根長(zhǎng)6.5m、直徑17.8的錨索補(bǔ)強(qiáng)：不補(bǔ)強(qiáng)、4根對(duì)接長(zhǎng)錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、 3根22錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)支護(hù)強(qiáng)度：0.272MPa、0.424MPa和0.548MPa，每種巷道長(zhǎng)度100m頂板下沉與支護(hù)強(qiáng)度的關(guān)系“給定變形”與“給定破壞”3種支護(hù)巷道頂板下沉量均在2201320mm之間，與支護(hù)強(qiáng)度大小相關(guān)性不大3根22錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、4根對(duì)接長(zhǎng)錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)處于“給定變形”和“給定破壞”狀態(tài)，目前支護(hù)技術(shù)水平下很難控制不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)支護(hù)強(qiáng)度與初錨力形成剛性梁的作用頂板處于“給定破壞”狀態(tài)頂

4、板由局部變形破壞逐步擴(kuò)大完整頂板局部破碎頂板相對(duì)下沉630mm、絕對(duì)下沉960mm頂板處于“給定破壞”狀態(tài)3、困難條件巷道支護(hù)新對(duì)策（2）用對(duì)接長(zhǎng)錨桿等“柔性支護(hù)”取代錨索“剛性支護(hù)”錨索高剛性支護(hù)試圖限制變形與破壞，但限制不住在頂板下沉大于300mm的困難條件巷道，用具有高延伸量的對(duì)接長(zhǎng)錨桿適應(yīng)圍巖變形，并持續(xù)提供較高支護(hù)阻力防止松動(dòng)圍巖冒落引發(fā)冒頂。20錨桿183kN,延伸685mm；15.24錨索210kN,延伸135mm；20錨索320kN,延伸125mm；錨索破斷與頂板下沉的關(guān)系測(cè)區(qū)二號(hào)回風(fēng)順槽測(cè)區(qū)一號(hào)回風(fēng)順槽最大下沉量/mm錨索破斷統(tǒng)計(jì)最大下沉量/mm錨索破斷統(tǒng)計(jì)17.8錨索22錨

5、索17.8錨索22錨索213512.5%1109410%6052870%211000%11973280%31321025%9172665%420300%8852870%521125%5031640%1220%6123615%00%5122460%813.3%7301615%00%12013280%1016.7%8335820%00%6113075%813.3%9201615%11.7%11133075%711.7%104051435%23.3%錨索失效的主要形式與原因分析1、錨固端失效被拉出；2、錨索延伸率過(guò)低被各個(gè)擊破斷裂；3、錨索尾部局部頂板應(yīng)力過(guò)于集中造成碎裂漏頂；4、錨桿長(zhǎng)度小于松散垮

6、漏體高度，不能錨固到穩(wěn)定巖層。錨索破斷后巷道冒頂摒棄使用錨索高剛性支護(hù)限制變形的方法轉(zhuǎn)而使用具有高延伸量的對(duì)接長(zhǎng)錨桿適應(yīng)圍巖變形持續(xù)提供較高支護(hù)阻力防止松動(dòng)圍巖冒落引發(fā)冒頂400-600mm對(duì)接長(zhǎng)錨桿與錨索破斷率對(duì)比當(dāng)頂板下沉量200mm時(shí)，錨索破斷率到達(dá)10%，而長(zhǎng)錨桿破斷率僅1%，相差10倍當(dāng)頂板下沉量大于600mm時(shí)，錨索破斷率達(dá)到75%，而長(zhǎng)錨桿破斷率為3%，相差20倍多在大變形巷道中，對(duì)接長(zhǎng)錨桿能適應(yīng)圍巖大變形，克服錨索延伸率低、圍巖變形后易破斷失效的缺點(diǎn)，消除冒頂隱患。測(cè)區(qū)二號(hào)回風(fēng)順槽測(cè)區(qū)一號(hào)回風(fēng)順槽最大下沉量/mm錨索破斷統(tǒng)計(jì)最大下沉量/mm錨索破斷統(tǒng)計(jì)17.8錨索20長(zhǎng)錨桿（5

7、m）17.8錨索20長(zhǎng)錨桿（5m）5061845%00%1110325%00%5122255%11.25%12155615%00%8733075%11.25%13307615%00%6112870%00%144011640%00%12213075%33.75%15231410%11.25%對(duì)接長(zhǎng)錨桿的優(yōu)點(diǎn)錨固構(gòu)件與圍巖的作用力協(xié)調(diào)持續(xù)具有較高的強(qiáng)度，有效控制圍巖變形不產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力集中，不造成圍巖的破碎，不從鉆孔中拉出。錨固構(gòu)件與圍巖的變形協(xié)調(diào)既有高支護(hù)力，又有大延伸率，保證圍巖變形時(shí)不被破壞。錨固構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào)長(zhǎng)短協(xié)調(diào)力學(xué)性能協(xié)調(diào)錨固構(gòu)件性能與生產(chǎn)要求的協(xié)調(diào)巷道正常使用時(shí)能保證不冒頂巷道報(bào)

8、廢時(shí)不造成放頂困難4、使用對(duì)接長(zhǎng)錨桿的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用對(duì)接長(zhǎng)錨桿與錨桿都屬于柔性支護(hù)，允許頂板離層量高達(dá)300600mm，可以與頂板圍巖協(xié)調(diào)變形，而剛性錨索被與錨桿之間不協(xié)調(diào)，錨索容易被各個(gè)擊破引起冒頂。對(duì)接長(zhǎng)錨桿使巷道放頂更容易。4、對(duì)接長(zhǎng)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)（1）理論基礎(chǔ)埋深800m原巖應(yīng)力與采動(dòng)應(yīng)力原巖垂直應(yīng)力為20MPa固定支承壓力為40MPa移動(dòng)支承壓力為60-80MPa800m埋深煤層巷道圍巖變形破壞分析周?chē)鷳?yīng)力大，巷道周邊完全破壞頂板形成松動(dòng)區(qū)，彈性邊界進(jìn)一步擴(kuò)大頂板出現(xiàn)較多離層圓形巷道受不等載荷圍巖應(yīng)力及塑性區(qū)800m采深原巖應(yīng)力開(kāi)挖前原巖垂直應(yīng)力為20MPa矩形巷道變成園、橢圓

9、02a應(yīng)力集中系數(shù)31.25表面圍巖破裂，向深部發(fā)展2a（2.5m）處應(yīng)力增大25%圍巖破壞不大3a（5m）處應(yīng)力增大11%圍巖變形不大5a（10m）應(yīng)力增大4%圍巖變形幾乎不變形巷道圍巖塑性區(qū)與碎裂巖石拱高度5m圓形巷道塑性區(qū)深度最大4m左右，破碎區(qū)深度2-3m；矩形巷道頂板塑性區(qū)和碎裂巖石拱高度需增加弓形高度；錨桿長(zhǎng)度5m即可滿足要求（2）困難條件采動(dòng)巷道對(duì)接長(zhǎng)錨桿分期支護(hù)法掘進(jìn)期：頂板破壞深度1m左右，頂板變形100mm左右普通錨桿防局部冒頂，2根5m對(duì)接長(zhǎng)錨桿防大塊巖石掉頂蠕變期：頂板碎裂巖石拱高度2-3m，頂板變形100500mm3-4根對(duì)接長(zhǎng)錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在防止冒頂?shù)耐瑫r(shí)不破斷，持

10、續(xù)對(duì)頂板高強(qiáng)支護(hù)采動(dòng)期：頂板碎裂巖石拱高度超過(guò)3m，頂板變形可達(dá)1000mm頂板變形超過(guò)500mm每米補(bǔ)打1根21.6長(zhǎng)錨索防止巖石碎裂拱冒頂（2）困難條件采動(dòng)巷道對(duì)接長(zhǎng)錨桿分期支護(hù)法掘進(jìn)期：頂板破壞深度1m左右，頂板變形100mm左右普通錨桿防局部冒頂，2根5m對(duì)接長(zhǎng)錨桿防大塊巖石掉頂蠕變期：頂板碎裂巖石拱高度2-3m，頂板變形100500mm3-4根對(duì)接長(zhǎng)錨桿補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在防止冒頂?shù)耐瑫r(shí)不破斷，持續(xù)對(duì)頂板高強(qiáng)支護(hù)采動(dòng)期：頂板碎裂巖石拱高度超過(guò)3m，頂板變形可達(dá)1000mm頂板變形超過(guò)500mm每米補(bǔ)打1根21.6長(zhǎng)錨索防止巖石碎裂拱冒頂保德、趙固二礦回采巷道支護(hù)參數(shù)煤幫剛性長(zhǎng)螺紋錨桿的應(yīng)用螺

11、紋部分剛性大，不變形，很好的解決了擴(kuò)幫后錨桿螺母無(wú)法繼續(xù)擰緊，需要重新補(bǔ)打新錨桿的難題；因?yàn)榧庸さ穆菁y長(zhǎng)，有效地避免了錨桿安裝時(shí)因螺紋長(zhǎng)度不夠、難于緊固托盤(pán)導(dǎo)致的錨桿報(bào)廢。4、使用對(duì)接長(zhǎng)錨桿的支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用（3）沈煤集團(tuán)蒲河煤礦西三采區(qū)集中運(yùn)輸巷圍巖屬于典型軟巖礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，存在破碎帶，圍巖松碎，完整性差；煤體抗壓強(qiáng)度為8.58MPa，內(nèi)聚力為0.57MPa，屬于低強(qiáng)度巖體；煤層的底板普遍賦存油母頁(yè)巖等軟巖，具有較強(qiáng)流變性和膨脹性在開(kāi)挖后3天內(nèi)頂板下沉量達(dá)到300-400mm，最大達(dá)到600mm，兩幫變形量達(dá)到500mm，最大能達(dá)到1000mm巷道錨索破斷、U型鋼破壞實(shí)照巷道變形量大，

12、局部地區(qū)發(fā)生錨索破斷，不架棚的巷道錨索破斷率高達(dá)30以上，采用架棚支護(hù)的巷道U型鋼支架出現(xiàn)屈服、破壞等現(xiàn)象，對(duì)后期巷道維護(hù)以及安全生產(chǎn)有很大影響。巷道支護(hù)對(duì)比試驗(yàn)原支護(hù)（左圖）：錨桿+錨索+支架+混凝土現(xiàn)支護(hù)（右圖）：對(duì)接長(zhǎng)錨桿+混凝土對(duì)接長(zhǎng)錨桿頂板深部圍巖位移在巷道開(kāi)挖初期，變形量較大，尤其是前兩天，頂板下沉量能達(dá)到200mm左右，兩天以后頂板變形在150mm左右，且變形速度逐漸減小，總變形量在300-400mm之間；兩幫移近量在200mm左右。在開(kāi)挖20天后，變形速度趨于0，巷道得到穩(wěn)定的控制長(zhǎng)錨桿支護(hù)取代錨索支護(hù)效果可以取消錨索，取消吊梁，不需架棚，大大節(jié)省了大筆巷道掘進(jìn)的開(kāi)支（經(jīng)計(jì)算，

13、每米巷道能節(jié)省4400元左右），并且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度； 減少了巷道返修量，避免誤工誤時(shí)； 長(zhǎng)錨桿沒(méi)有發(fā)生破斷的情況，頂板得到了有效地控制，消除了冒頂隱患。 對(duì)接長(zhǎng)錨桿應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用地點(diǎn)地質(zhì)概況原支護(hù)現(xiàn)支護(hù)比較五家溝煤礦巷道頂板為煤，強(qiáng)度較弱，在回采過(guò)程中，頂板下沉量大，超過(guò)200mm，多處巷道在掘進(jìn)和回采過(guò)程中發(fā)生過(guò)漏頂事故。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)“高強(qiáng)協(xié)調(diào)支護(hù)”（1）“高強(qiáng)協(xié)調(diào)支護(hù)”取消錨索，巷道支護(hù)成本大幅度降低，每米5004400元；（2）原支護(hù)僅允許頂板圍巖變形量150mm左右，有冒頂隱患；（3）“高強(qiáng)協(xié)調(diào)支護(hù)”允許頂板圍巖變形量達(dá)到500mm左右，基本消除冒頂隱患。趙固二礦巷道埋深大，受高

14、地壓的影響，巷道在掘進(jìn)期間發(fā)生頂板下沉、兩幫收斂、底鼓、支護(hù)體失穩(wěn)等破壞現(xiàn)象，巷道變形嚴(yán)重，存在大量的錨桿破斷現(xiàn)象，在局部地區(qū)出現(xiàn)大量的錨索破斷現(xiàn)象，給巷道的維護(hù)帶來(lái)很大的困難。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)“高強(qiáng)協(xié)調(diào)支護(hù)”蒲河煤礦屬于高地壓軟巖巷道，礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道變形嚴(yán)重，局部地區(qū)存在錨索破斷、支架損壞等情況，巷道維護(hù)十分困難。錨網(wǎng)索-支架聯(lián)合支護(hù)“高強(qiáng)協(xié)調(diào)支護(hù)”保德煤礦屬于層狀碎裂結(jié)構(gòu)頂板，穩(wěn)定性差，頂板裂隙發(fā)育，頂板破碎易冒落，支護(hù)困難，受兩次采動(dòng)影響，礦壓顯現(xiàn)劇烈，回采期間頂板下沉量大，并多處發(fā)生過(guò)漏頂事故。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)“高強(qiáng)協(xié)調(diào)支護(hù)”巷道圍巖條件在時(shí)空上一般有較大的差異，但支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)往往不考慮

15、這一實(shí)際，采用“一刀切”的辦法，一條巷道、一個(gè)采區(qū)、乃至整個(gè)礦井巷道都采用相同的支護(hù)參數(shù)。一是造成大部分巷道支護(hù)過(guò)剩，支護(hù)浪費(fèi)巨大。二是巷道冒頂高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域支護(hù)不足，冒頂事故頻發(fā)。極不穩(wěn)定地段發(fā)生冒頂事故煤礦巷道頂板條件經(jīng)常發(fā)生變化 將巷道頂板按照冒頂隱患程度劃分為不同的級(jí)別是解決該問(wèn)題的有效手段！5、巷道頂板隱患分級(jí)與支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)將巷道冒頂隱患分級(jí)分為級(jí)32頂板級(jí)別冒頂控制難易程度最大冒頂高度穩(wěn)定巖層位置級(jí)容易1.5m2.0m級(jí)較困難3.5m2.04.0m級(jí)困難5.5m4.06.0m級(jí)極困難不確定6.0m將巷道頂板分為四級(jí)，其中級(jí)、級(jí)、級(jí)頂板的最大冒頂高度分別為1.5m、3.5m、5.5m，級(jí)

16、頂板最大冒頂高度不確定，冒頂隱患級(jí)別最高。對(duì)開(kāi)采煤層進(jìn)行冒頂隱患分級(jí)繪制出礦井冒頂隱患分級(jí)區(qū)劃圖，據(jù)此確定礦井整個(gè)煤層各區(qū)域巷道冒頂隱患級(jí)別及高冒頂風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。冒頂隱患分級(jí)區(qū)劃圖級(jí)、級(jí)頂板冒頂隱患較小，宜優(yōu)化常規(guī)錨桿索支護(hù)參數(shù)控制冒頂，可大幅度降低支護(hù)費(fèi)用，提高掘進(jìn)速度。級(jí)、級(jí)頂板冒頂隱患高，傳統(tǒng)控制方法留有冒頂隱患，采用適合圍巖變形的協(xié)調(diào)支護(hù)技術(shù)控制冒頂，消除冒頂隱患，保障頂板安全。對(duì)具有不同冒頂隱患分級(jí)的巷道采用支護(hù)對(duì)策2022/7/2435巷道頂板錨桿（索）支護(hù)參數(shù)巷道跨度為5m時(shí)錨桿支護(hù)參數(shù)（無(wú)錨索支護(hù)）6、主要結(jié)論（1）對(duì)變形劇烈易發(fā)生冒頂?shù)牟蓽?zhǔn)巷道，對(duì)接長(zhǎng)錨桿技術(shù)完全取消錨索，能夠適應(yīng)圍巖變形，允許圍巖變形量500mm以上，克服錨索延伸率低、圍巖變形后易破斷失效的缺點(diǎn)，消除冒頂隱患，保障頂板安全，支護(hù)成本大幅度降低；（2）對(duì)變形劇烈有冒頂隱患的錨桿索-支架聯(lián)合支護(hù)巷道，對(duì)接長(zhǎng)錨桿技術(shù)取消金屬支架、單體支柱等被動(dòng)支護(hù)，成倍降低了支護(hù)成本。（3）對(duì)變形劇烈的需翻修巷道，使用剛性長(zhǎng)螺紋錨桿，避免擴(kuò)幫時(shí)重新補(bǔ)打錨桿，可顯著減少巷道翻修工程量，巷道維護(hù)費(fèi)用可節(jié)省50%以上。（4）對(duì)煤層進(jìn)行冒頂隱患分級(jí)，可以提高巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，大幅度降低支護(hù)成本