煤礦巷道支護理論與技術(shù)及應(yīng)用(康紅普院士)課件

“實用礦山壓力理論與實踐”學(xué)術(shù)研討會煤礦巷道支護理論與技術(shù)

康紅普煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院“實用礦山壓力理論與實踐”學(xué)術(shù)研討會煤礦巷道支護理論與技術(shù)1匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道2一、前言我國煤礦90%是井工開采井工開采示意圖每年新掘巷道總長度1萬余公里年新掘巷道長度相當(dāng)于地球直徑規(guī)模巨大，世界第一煤礦巷道工程的規(guī)模1一、前言我國煤礦90%是井工開采井工開采示意圖每年新掘巷道3一、前言大巷井底車場礦井生產(chǎn)、安全通道承擔(dān)行人、通風(fēng)、運輸任務(wù)巷道不暢通，井下開采工作都無法進行煤礦巷道工程的重要性2一、前言大巷井底車場礦井生產(chǎn)、安全通道承擔(dān)行人、通風(fēng)、運輸4一、前言堵塞“血管”發(fā)生事故造成生產(chǎn)癱瘓劇烈底臌沖擊地壓頂板垮落巷道大變形原巷道斷面現(xiàn)巷道斷面頂板下沉煤幫擠出1.5m一、前言堵塞“血管”發(fā)生事故造成生產(chǎn)癱瘓劇烈底臌5一、前言3.1煤礦沉積巖層地質(zhì)特點頂板巖石鉆孔觀測圖結(jié)構(gòu)面發(fā)育，破碎強度低(煤5-20MPa，巖石10-60MPa)開采深度大(最大1500m)，地應(yīng)力高，構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜淮南煤田地質(zhì)構(gòu)造分布圖煤礦巷道工程的特點3一、前言3.1煤礦沉積巖層地質(zhì)特點頂板巖石鉆孔觀測圖結(jié)構(gòu)6一、前言回采工作面周圍應(yīng)力分布矩形巷道圍巖受力狀況矩形巷道斷面回采巷道服務(wù)時間短采動影響強烈（2-5倍原巖應(yīng)力），范圍大煤柱寬度小甚至無煤柱3.2生產(chǎn)特點一、前言回采工作面周圍應(yīng)力分布矩形巷道圍巖受力狀況矩形巷道斷7一、前言高地應(yīng)力巷道變形嚴重回采巷道受力與變形狀態(tài)支護速度與成本要求苛刻巷道支護狀態(tài)特殊：服務(wù)時間短，允許有一定變形，但必須穩(wěn)定；采后能及時垮落松軟、破碎、高應(yīng)力等復(fù)雜困難巷道比重大(60%)煤礦巷道支護的難度4一、前言高地應(yīng)力巷道變形嚴重回采巷道受力與變形狀態(tài)支護速度與8一、前言木支護砌碹支護型鋼支護錨桿支護煤礦巷道支護技術(shù)的發(fā)展過程5一、前言木支護砌碹支護型鋼支護錨桿支護煤礦巷道支護技術(shù)的發(fā)展9一、前言錨桿支護一、前言錨桿支護10一、前言錨桿類型直徑/mm拉斷載荷/kN預(yù)應(yīng)力/kN錨固方式低強度14-2050-1200-10端部錨固高強度18-22120-20010-20端錨、加長錨固高預(yù)應(yīng)力高強度20-25200-40060-120加長、全長預(yù)應(yīng)力錨固早期適用于簡單條件(5%)不能滿足困難巷道支護解決復(fù)雜巷道支護難題煤礦巷道錨桿支護發(fā)展過程6低強度錨桿高強度錨桿高預(yù)應(yīng)力強力錨桿一、前言錨桿類型直徑/mm拉斷載荷/kN預(yù)應(yīng)力/kN錨固方式11匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道12二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿支護作用的認識過程現(xiàn)有錨桿支護理論1懸吊作用（只考慮拉伸作用）錨固區(qū)內(nèi)形成結(jié)構(gòu)(梁、層、拱、殼)改善錨固圍巖力學(xué)性能與應(yīng)力狀態(tài)懸吊組合梁加固拱錨固前后應(yīng)力應(yīng)變曲線二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿支護作用的認識過程現(xiàn)有錨桿支護13二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展一次支護(簡單條件)巷道二次支護后變形破壞圖二次支護(復(fù)雜困難條件)：兩次支護，先柔后剛，先讓后抗深部高應(yīng)力、強烈動壓影響、松軟破碎圍巖巷道，二次支護后仍出現(xiàn)變形破壞，需三次、四次支護甚至多次支護二次支護圖錨桿支護過程的認識二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展一次支護(簡單條件)巷道二次支護后14二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形連續(xù)變形錨桿支護的本質(zhì)作用與關(guān)鍵參數(shù)對錨桿支護作用的新認識2錨桿預(yù)應(yīng)力及擴散起關(guān)鍵作用：大幅提高預(yù)應(yīng)力，并實現(xiàn)有效擴散，可抑制圍巖不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形圍巖變形形式：不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形；連續(xù)、整體變形。錨桿主要對前者起作用二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形連續(xù)變形錨桿支護15二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展

U型鋼金屬支架應(yīng)力場掘進工作面錨桿支護應(yīng)力場

單體支柱應(yīng)力場巷道錨桿支護應(yīng)力場支護應(yīng)力場概念：支護在圍巖及本身內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力場二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展U型鋼金屬支架應(yīng)力場掘進工作面16二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展主動支護系數(shù)：預(yù)應(yīng)力長度系數(shù)：llpkl=有效壓應(yīng)力區(qū)預(yù)應(yīng)力擴散系數(shù)：臨界支護剛度支護應(yīng)力場示意圖提出描述支護應(yīng)力場的指標(biāo)二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展主動支護系數(shù)：預(yù)應(yīng)力長度系數(shù)：ll17二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)面分布及力學(xué)參數(shù)注漿的重要作用無結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面寬度5mm結(jié)構(gòu)面對群錨的影響支護應(yīng)力場的主要影響因素二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)面分布及力學(xué)參數(shù)注漿的重要18二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展原巖、采動及支護應(yīng)力場構(gòu)成煤礦井下綜合應(yīng)力場原巖+采動+支護=綜合應(yīng)力場支護應(yīng)力場采煤工作面周圍應(yīng)力分布原巖應(yīng)力場以應(yīng)力場為主線，將原巖體、采動體及支護體有機結(jié)合在一體。巷道支護、巖層控制歸結(jié)為“三場”相互作用綜合應(yīng)力場概念二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展原巖、采動及支護應(yīng)力場構(gòu)成煤礦井下19二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展連續(xù)巖體非連續(xù)巖體設(shè)置在開挖表面的巷道支護圍巖響應(yīng)曲線錨桿支護圍巖響應(yīng)曲線3金屬支架支護P0二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展連續(xù)巖體非連續(xù)巖體設(shè)置在開挖表面20二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿包括插入煤巖體內(nèi)部分(桿體、錨固劑)，表面構(gòu)件（托板、鋼帶及網(wǎng)）。錨桿支護原理與支架有本質(zhì)區(qū)別，不能再用支架的圍巖響應(yīng)曲線。錨桿支護圍巖響應(yīng)曲線錨桿支護圍巖受力圖PP二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿包括插入煤巖體內(nèi)部分(桿體、錨21時間錨桿受力錨桿受力實測曲線二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展井下錨桿受力實測曲線—5種類型31524曲線1對應(yīng)預(yù)應(yīng)力低，被動支護，受力小，支護不明顯曲線5對應(yīng)高預(yù)應(yīng)力，錨固區(qū)位移差小，受力變化不大曲線2、3、4，雖然施加一定預(yù)應(yīng)力，但都小于臨界值，不能有效控制圍巖早期的離層時間錨桿受力錨桿受力實測曲線二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展井下錨22無支護零強度線彈性支護壓力邊界位移二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展曲線1支護作用不明顯，與無支護相差不大曲線5，高預(yù)應(yīng)力強力支護有效控制圍巖位移曲線3錨桿破斷前圍巖位移較小，破斷后圍巖位移急劇增大錨桿支護圍巖響應(yīng)曲線12453曲線2圍巖較大位移后能趨于

穩(wěn)定曲線4圍巖較大位移，不能穩(wěn)定錨桿支護響應(yīng)曲線無支護零強度線彈性支護壓力邊界位移二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展23二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不垂直，不是理想的拉伸受拉、彎、扭、剪切桿體受力極不均勻，大部分錨桿在屈服狀態(tài)下工作高強度，高延伸，高沖擊韌性井下錨桿受力狀態(tài)4二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不垂直，不是理想的拉伸受拉、彎、扭24二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展123456錨桿控制錨固區(qū)不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形，保持圍巖完整，減小強度降低錨桿預(yù)應(yīng)力及其有效擴散起決定性作用原巖、采動與支護應(yīng)力場“三場”相互作用與協(xié)調(diào)錨桿支護系統(tǒng)具有足夠延伸率和沖擊韌性，一方面使圍巖連續(xù)變形釋放，另一方面避免局部破壞圍巖破碎，不利于預(yù)應(yīng)力擴散時應(yīng)注漿困難巷道采用高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿支護，實現(xiàn)一次支護有效控制圍巖變形，盡量避免二次支護高預(yù)應(yīng)力強力支護理論5二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展123456錨桿控制錨固區(qū)不連續(xù)、25匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道26三、煤礦巷道支護成套技術(shù)基于地質(zhì)力學(xué)測試、以錨固與注漿加固為核心的煤礦巷道支護成套技術(shù)。高預(yù)力強力錨桿支護系列材料與構(gòu)件高預(yù)應(yīng)力施工機具與工巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試方法與儀器基于地質(zhì)力學(xué)測試的動態(tài)信息設(shè)計法高預(yù)應(yīng)力強力錨桿支護系列材料與構(gòu)件破碎煤巖體系列注漿材料高預(yù)應(yīng)力施工機具與工藝巷道礦壓與安全監(jiān)測儀器123456三、煤礦巷道支護成套技術(shù)基于地質(zhì)力學(xué)測試、以錨27三、煤礦巷道支護成套技術(shù)提出單孔、多參數(shù)、耦合地質(zhì)力學(xué)原位快速測試方法單孔完成地應(yīng)力、強度與結(jié)構(gòu)及相互耦合關(guān)系測試巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試方法與儀器1三、煤礦巷道支護成套技術(shù)提出單孔、多參數(shù)、耦合地質(zhì)力學(xué)原位28三、煤礦巷道支護成套技術(shù)開發(fā)出配套測試儀器(2項發(fā)明專利)巖層封隔器傳感器流量計油泵儲能器-1手動泵采集儀儲能器-2升降器注水管手動泵壓力表壓力－位移同步采集儀探針位移計升降器安裝桿巖層探頭探針SYY-56型小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測量裝置，實現(xiàn)了井下地應(yīng)力快速測量WQCZ-56型小孔徑煤巖體強度測定裝置，解決了破碎煤巖體強度測量難題三、煤礦巷道支護成套技術(shù)開發(fā)出配套測試儀器(2項發(fā)明專利)29三、煤礦巷道支護成套技術(shù)KDBC-56型數(shù)字全景鉆孔窺視儀，解決了結(jié)構(gòu)參數(shù)定量測量難題主機滑輪安裝桿信號轉(zhuǎn)換器光電編碼器升降器攝像頭巖層數(shù)字全景鉆孔窺視儀鉆孔結(jié)構(gòu)觀測圖片三、煤礦巷道支護成套技術(shù)KDBC-56型數(shù)字全景鉆孔窺視儀，30三、煤礦巷道支護成套技術(shù)地質(zhì)力學(xué)測點分布三、煤礦巷道支護成套技術(shù)地質(zhì)力學(xué)測點分布31三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤礦井下地應(yīng)力分布規(guī)律地應(yīng)力與埋深的關(guān)系側(cè)壓比與埋深的關(guān)系主應(yīng)力隨深度增加而增大，但存在明顯離散主應(yīng)力受地質(zhì)構(gòu)造、煤巖體強度與剛度等因素影響明顯三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤礦井下地應(yīng)力分布規(guī)律地應(yīng)力與32三、煤礦巷道支護成套技術(shù)估算地應(yīng)力的公式平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值隨埋深變化k-平均水平主應(yīng)力與垂直主應(yīng)力比值H-埋藏深度，m三、煤礦巷道支護成套技術(shù)估算地應(yīng)力的公式平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)33三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤巖體強度分布規(guī)律頂板抗壓強度分布-寧煤煤層抗壓強度分布-淮南三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤巖體強度分布規(guī)律頂板抗壓強度34三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護設(shè)計過程—動態(tài)信息設(shè)計確定合理的初始支護設(shè)計信息反饋與修正設(shè)計巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評估建立數(shù)值模型，多支護方案比較井下監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析基于地質(zhì)力學(xué)測試的巷道支護設(shè)計2三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護設(shè)計過程—動態(tài)信息設(shè)計確35三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護初始設(shè)計地質(zhì)力學(xué)參數(shù)建立數(shù)值模型采動應(yīng)力場計算巷道圍巖應(yīng)力變形分析確定支護方案三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護初始設(shè)計地質(zhì)力學(xué)參數(shù)建立36三、煤礦巷道支護成套技術(shù)錨桿支護材料與構(gòu)件的組成錨桿支護構(gòu)件錨桿桿體及附件錨固劑護表構(gòu)件(鋼帶、金屬網(wǎng))錨索高預(yù)應(yīng)力強力錨桿支護系列材料與構(gòu)件3三、煤礦巷道支護成套技術(shù)錨桿支護材料與構(gòu)件的組成錨桿支護構(gòu)件37三、煤礦巷道支護成套技術(shù)復(fù)雜困難巷道對支護材料的要求井下錨桿支護構(gòu)件鋼帶螺母金屬網(wǎng)托板桿體球形墊圈桿體不僅強度高，且延伸率大、沖擊韌性高有利于錨桿預(yù)應(yīng)力與工作阻力擴散的護表構(gòu)件各構(gòu)件力學(xué)性能匹配可操作性經(jīng)濟性三、煤礦巷道支護成套技術(shù)復(fù)雜困難巷道對支護材料的要求井下錨桿38三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨桿強力錨桿桿體超高強度、高延伸率、高沖擊韌性錨桿，解決了錨桿破斷難題。

牌號直徑/mm屈服強度/MPa抗拉強度/MPa伸長率/%沖擊吸收功/JB500B600B70018-2550060070067078085018-2560-160三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨桿強力錨桿桿體超高強度、高延伸39三、煤礦巷道支護成套技術(shù)樹脂藥卷樹脂錨固劑固化快，及時施加預(yù)應(yīng)力固化時間可調(diào)高粘結(jié)力、高變性模量W型鋼帶鋼帶W型鋼帶M型鋼帶鋼梁三、煤礦巷道支護成套技術(shù)樹脂藥卷樹脂錨固劑固化快，及時施加預(yù)40三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨索（發(fā)明專利）1×19結(jié)構(gòu)錨索及斷面公稱直徑/mm拉斷載荷/kN伸長率()/%18408720510722607728.690071×19結(jié)構(gòu)，斷面更加合理拉斷載荷顯著提高，最大900kN

延伸率提高1倍三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨索（發(fā)明專利）1×19結(jié)構(gòu)錨索41三、煤礦巷道支護成套技術(shù)系列化學(xué)注漿材料實驗室試塊井下加固塊體鉆孔觀測的加固效果聚氨酯加固與堵水材料聚氨酯—水玻璃復(fù)合材料脲醛樹脂加固材料不飽和聚酯加固材料配套注漿工藝系列化學(xué)注漿材料4三、煤礦巷道支護成套技術(shù)系列化學(xué)注漿材料實驗室試塊井下加固塊42三、煤礦巷道支護成套技術(shù)為滿足高預(yù)應(yīng)力錨桿施工要求，開發(fā)了系列預(yù)應(yīng)力設(shè)備大扭矩預(yù)緊扳手風(fēng)動扳手：265-880Nm液壓扳手：340-1600Nm扭矩倍增器與單體錨桿鉆機配套扭矩放大倍數(shù)6倍，最大扭矩800N.m高預(yù)應(yīng)力施工機具與工藝5三、煤礦巷道支護成套技術(shù)為滿足高預(yù)應(yīng)力錨桿施工要求，開發(fā)了系43三、煤礦巷道支護成套技術(shù)為克服大扭矩下錨桿扭轉(zhuǎn)屈服、損傷，發(fā)明了相關(guān)設(shè)備預(yù)應(yīng)力錨桿抗扭轉(zhuǎn)增矩扳手(發(fā)明專利)預(yù)應(yīng)力錨桿液壓張拉器(發(fā)明專利)設(shè)計出消除錨桿扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的扳手結(jié)構(gòu)解決錨桿扭轉(zhuǎn)屈服、高預(yù)應(yīng)力施加難題類似張拉錨索張拉錨桿獲得穩(wěn)定預(yù)緊力，150kN錨桿安裝只受拉，受力狀態(tài)最好錨桿抗扭轉(zhuǎn)增矩扳手結(jié)構(gòu)巖層W鋼帶錨桿托板螺母球墊減摩墊三、煤礦巷道支護成套技術(shù)為克服大扭矩下錨桿扭轉(zhuǎn)屈服、損傷，發(fā)44三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護實施于井下后，必須進行礦壓監(jiān)測，評價支護效果，修改設(shè)計，確保安全礦壓監(jiān)測內(nèi)容支護體應(yīng)力圍巖位移采動應(yīng)力表面位移頂板離層深部位移錨桿受力錨索受力煤柱應(yīng)力支承壓力巷道礦壓與安全監(jiān)測儀器6三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護實施于井下后，45三、煤礦巷道支護成套技術(shù)綜合礦壓監(jiān)測系統(tǒng)三、煤礦巷道支護成套技術(shù)綜合礦壓監(jiān)測系統(tǒng)46匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道47四、應(yīng)用實例與效果研究成果已推廣應(yīng)用于全國各大煤礦區(qū)解決了5類復(fù)雜困難巷道支護難題深部高地應(yīng)力巷道沿空巷道極軟巖巷道破碎圍巖巷道強烈動壓影響巷道四、應(yīng)用實例與效果研究成果已推廣應(yīng)用于全國各大煤礦區(qū)解決了548四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例1新汶超千米深井巷道巷道埋深最大水平主應(yīng)力1150m34.6MPa四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例1新汶超千米深井巷道巷道埋深最大水49四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例2淮南深井軟巖沿空留巷巷道埋深煤層強度700m12MPa頂板37MPa四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例2淮南深井軟巖沿空留巷巷道埋深煤層50四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例3平莊極軟巖巷道煤層強度9MPa頂板抗壓強度5-15MPa四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例3平莊極軟巖巷道煤層強度9MPa頂51四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例4潞安強烈動壓影響巷道與鄰近采煤工作面對掘，掘進、二次動壓影響

四、應(yīng)用實例與效果應(yīng)用實例4潞安強烈動壓影響巷道與鄰近采煤工52四、應(yīng)用實例與效果為煤礦提供了首選的、安全高效的巷道支護技術(shù)，顯著提升了圍巖控制理論與技術(shù)水平煤礦巷道錨桿支護率1990年15%，2013年75%，有些礦區(qū)90-100%為煤礦高效、安全生產(chǎn)，煤炭產(chǎn)量大幅提高提供了有力保障四、應(yīng)用實例與效果為煤礦提供了首選的、安全高效的巷道支護技術(shù)53匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道54五、展望進一步加強井下巷道地質(zhì)力學(xué)環(huán)境測試與分析進一步研究井下應(yīng)力場分布規(guī)律，地質(zhì)力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系；原巖、采動與支護應(yīng)力場的關(guān)系更深入研究困難巷道變形、破壞機理及支護理論極軟巖、極破碎圍巖、強烈底鼓、極深、沖擊地壓巷道等支護問題還沒有解決…，需繼續(xù)不斷的研究與試驗五、展望進一步加強井下巷道地質(zhì)力學(xué)環(huán)境測試與分析進一55謝謝！“實用礦山壓力理論與實踐”學(xué)術(shù)研討會謝謝！“實用礦山壓力理論與實踐”學(xué)術(shù)研討會56“實用礦山壓力理論與實踐”學(xué)術(shù)研討會煤礦巷道支護理論與技術(shù)

康紅普煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院“實用礦山壓力理論與實踐”學(xué)術(shù)研討會煤礦巷道支護理論與技術(shù)57匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道58一、前言我國煤礦90%是井工開采井工開采示意圖每年新掘巷道總長度1萬余公里年新掘巷道長度相當(dāng)于地球直徑規(guī)模巨大，世界第一煤礦巷道工程的規(guī)模1一、前言我國煤礦90%是井工開采井工開采示意圖每年新掘巷道59一、前言大巷井底車場礦井生產(chǎn)、安全通道承擔(dān)行人、通風(fēng)、運輸任務(wù)巷道不暢通，井下開采工作都無法進行煤礦巷道工程的重要性2一、前言大巷井底車場礦井生產(chǎn)、安全通道承擔(dān)行人、通風(fēng)、運輸60一、前言堵塞“血管”發(fā)生事故造成生產(chǎn)癱瘓劇烈底臌沖擊地壓頂板垮落巷道大變形原巷道斷面現(xiàn)巷道斷面頂板下沉煤幫擠出1.5m一、前言堵塞“血管”發(fā)生事故造成生產(chǎn)癱瘓劇烈底臌61一、前言3.1煤礦沉積巖層地質(zhì)特點頂板巖石鉆孔觀測圖結(jié)構(gòu)面發(fā)育，破碎強度低(煤5-20MPa，巖石10-60MPa)開采深度大(最大1500m)，地應(yīng)力高，構(gòu)造應(yīng)力復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜淮南煤田地質(zhì)構(gòu)造分布圖煤礦巷道工程的特點3一、前言3.1煤礦沉積巖層地質(zhì)特點頂板巖石鉆孔觀測圖結(jié)構(gòu)62一、前言回采工作面周圍應(yīng)力分布矩形巷道圍巖受力狀況矩形巷道斷面回采巷道服務(wù)時間短采動影響強烈（2-5倍原巖應(yīng)力），范圍大煤柱寬度小甚至無煤柱3.2生產(chǎn)特點一、前言回采工作面周圍應(yīng)力分布矩形巷道圍巖受力狀況矩形巷道斷63一、前言高地應(yīng)力巷道變形嚴重回采巷道受力與變形狀態(tài)支護速度與成本要求苛刻巷道支護狀態(tài)特殊：服務(wù)時間短，允許有一定變形，但必須穩(wěn)定；采后能及時垮落松軟、破碎、高應(yīng)力等復(fù)雜困難巷道比重大(60%)煤礦巷道支護的難度4一、前言高地應(yīng)力巷道變形嚴重回采巷道受力與變形狀態(tài)支護速度與64一、前言木支護砌碹支護型鋼支護錨桿支護煤礦巷道支護技術(shù)的發(fā)展過程5一、前言木支護砌碹支護型鋼支護錨桿支護煤礦巷道支護技術(shù)的發(fā)展65一、前言錨桿支護一、前言錨桿支護66一、前言錨桿類型直徑/mm拉斷載荷/kN預(yù)應(yīng)力/kN錨固方式低強度14-2050-1200-10端部錨固高強度18-22120-20010-20端錨、加長錨固高預(yù)應(yīng)力高強度20-25200-40060-120加長、全長預(yù)應(yīng)力錨固早期適用于簡單條件(5%)不能滿足困難巷道支護解決復(fù)雜巷道支護難題煤礦巷道錨桿支護發(fā)展過程6低強度錨桿高強度錨桿高預(yù)應(yīng)力強力錨桿一、前言錨桿類型直徑/mm拉斷載荷/kN預(yù)應(yīng)力/kN錨固方式67匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道68二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿支護作用的認識過程現(xiàn)有錨桿支護理論1懸吊作用（只考慮拉伸作用）錨固區(qū)內(nèi)形成結(jié)構(gòu)(梁、層、拱、殼)改善錨固圍巖力學(xué)性能與應(yīng)力狀態(tài)懸吊組合梁加固拱錨固前后應(yīng)力應(yīng)變曲線二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿支護作用的認識過程現(xiàn)有錨桿支護69二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展一次支護(簡單條件)巷道二次支護后變形破壞圖二次支護(復(fù)雜困難條件)：兩次支護，先柔后剛，先讓后抗深部高應(yīng)力、強烈動壓影響、松軟破碎圍巖巷道，二次支護后仍出現(xiàn)變形破壞，需三次、四次支護甚至多次支護二次支護圖錨桿支護過程的認識二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展一次支護(簡單條件)巷道二次支護后70二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形連續(xù)變形錨桿支護的本質(zhì)作用與關(guān)鍵參數(shù)對錨桿支護作用的新認識2錨桿預(yù)應(yīng)力及擴散起關(guān)鍵作用：大幅提高預(yù)應(yīng)力，并實現(xiàn)有效擴散，可抑制圍巖不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形圍巖變形形式：不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形；連續(xù)、整體變形。錨桿主要對前者起作用二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形連續(xù)變形錨桿支護71二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展

U型鋼金屬支架應(yīng)力場掘進工作面錨桿支護應(yīng)力場

單體支柱應(yīng)力場巷道錨桿支護應(yīng)力場支護應(yīng)力場概念：支護在圍巖及本身內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力場二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展U型鋼金屬支架應(yīng)力場掘進工作面72二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展主動支護系數(shù)：預(yù)應(yīng)力長度系數(shù)：llpkl=有效壓應(yīng)力區(qū)預(yù)應(yīng)力擴散系數(shù)：臨界支護剛度支護應(yīng)力場示意圖提出描述支護應(yīng)力場的指標(biāo)二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展主動支護系數(shù)：預(yù)應(yīng)力長度系數(shù)：ll73二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)面分布及力學(xué)參數(shù)注漿的重要作用無結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面寬度5mm結(jié)構(gòu)面對群錨的影響支護應(yīng)力場的主要影響因素二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展結(jié)構(gòu)面分布及力學(xué)參數(shù)注漿的重要74二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展原巖、采動及支護應(yīng)力場構(gòu)成煤礦井下綜合應(yīng)力場原巖+采動+支護=綜合應(yīng)力場支護應(yīng)力場采煤工作面周圍應(yīng)力分布原巖應(yīng)力場以應(yīng)力場為主線，將原巖體、采動體及支護體有機結(jié)合在一體。巷道支護、巖層控制歸結(jié)為“三場”相互作用綜合應(yīng)力場概念二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展原巖、采動及支護應(yīng)力場構(gòu)成煤礦井下75二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展連續(xù)巖體非連續(xù)巖體設(shè)置在開挖表面的巷道支護圍巖響應(yīng)曲線錨桿支護圍巖響應(yīng)曲線3金屬支架支護P0二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展連續(xù)巖體非連續(xù)巖體設(shè)置在開挖表面76二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿包括插入煤巖體內(nèi)部分(桿體、錨固劑)，表面構(gòu)件（托板、鋼帶及網(wǎng)）。錨桿支護原理與支架有本質(zhì)區(qū)別，不能再用支架的圍巖響應(yīng)曲線。錨桿支護圍巖響應(yīng)曲線錨桿支護圍巖受力圖PP二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展錨桿包括插入煤巖體內(nèi)部分(桿體、錨77時間錨桿受力錨桿受力實測曲線二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展井下錨桿受力實測曲線—5種類型31524曲線1對應(yīng)預(yù)應(yīng)力低，被動支護，受力小，支護不明顯曲線5對應(yīng)高預(yù)應(yīng)力，錨固區(qū)位移差小，受力變化不大曲線2、3、4，雖然施加一定預(yù)應(yīng)力，但都小于臨界值，不能有效控制圍巖早期的離層時間錨桿受力錨桿受力實測曲線二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展井下錨78無支護零強度線彈性支護壓力邊界位移二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展曲線1支護作用不明顯，與無支護相差不大曲線5，高預(yù)應(yīng)力強力支護有效控制圍巖位移曲線3錨桿破斷前圍巖位移較小，破斷后圍巖位移急劇增大錨桿支護圍巖響應(yīng)曲線12453曲線2圍巖較大位移后能趨于

穩(wěn)定曲線4圍巖較大位移，不能穩(wěn)定錨桿支護響應(yīng)曲線無支護零強度線彈性支護壓力邊界位移二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展79二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不垂直，不是理想的拉伸受拉、彎、扭、剪切桿體受力極不均勻，大部分錨桿在屈服狀態(tài)下工作高強度，高延伸，高沖擊韌性井下錨桿受力狀態(tài)4二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展不垂直，不是理想的拉伸受拉、彎、扭80二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展123456錨桿控制錨固區(qū)不連續(xù)、不協(xié)調(diào)變形，保持圍巖完整，減小強度降低錨桿預(yù)應(yīng)力及其有效擴散起決定性作用原巖、采動與支護應(yīng)力場“三場”相互作用與協(xié)調(diào)錨桿支護系統(tǒng)具有足夠延伸率和沖擊韌性，一方面使圍巖連續(xù)變形釋放，另一方面避免局部破壞圍巖破碎，不利于預(yù)應(yīng)力擴散時應(yīng)注漿困難巷道采用高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿支護，實現(xiàn)一次支護有效控制圍巖變形，盡量避免二次支護高預(yù)應(yīng)力強力支護理論5二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展123456錨桿控制錨固區(qū)不連續(xù)、81匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道支護成套技術(shù)四、應(yīng)用實例與效果五、展望匯報提綱一、前言二、煤礦巷道支護理論的發(fā)展三、煤礦巷道82三、煤礦巷道支護成套技術(shù)基于地質(zhì)力學(xué)測試、以錨固與注漿加固為核心的煤礦巷道支護成套技術(shù)。高預(yù)力強力錨桿支護系列材料與構(gòu)件高預(yù)應(yīng)力施工機具與工巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試方法與儀器基于地質(zhì)力學(xué)測試的動態(tài)信息設(shè)計法高預(yù)應(yīng)力強力錨桿支護系列材料與構(gòu)件破碎煤巖體系列注漿材料高預(yù)應(yīng)力施工機具與工藝巷道礦壓與安全監(jiān)測儀器123456三、煤礦巷道支護成套技術(shù)基于地質(zhì)力學(xué)測試、以錨83三、煤礦巷道支護成套技術(shù)提出單孔、多參數(shù)、耦合地質(zhì)力學(xué)原位快速測試方法單孔完成地應(yīng)力、強度與結(jié)構(gòu)及相互耦合關(guān)系測試巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試方法與儀器1三、煤礦巷道支護成套技術(shù)提出單孔、多參數(shù)、耦合地質(zhì)力學(xué)原位84三、煤礦巷道支護成套技術(shù)開發(fā)出配套測試儀器(2項發(fā)明專利)巖層封隔器傳感器流量計油泵儲能器-1手動泵采集儀儲能器-2升降器注水管手動泵壓力表壓力－位移同步采集儀探針位移計升降器安裝桿巖層探頭探針SYY-56型小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測量裝置，實現(xiàn)了井下地應(yīng)力快速測量WQCZ-56型小孔徑煤巖體強度測定裝置，解決了破碎煤巖體強度測量難題三、煤礦巷道支護成套技術(shù)開發(fā)出配套測試儀器(2項發(fā)明專利)85三、煤礦巷道支護成套技術(shù)KDBC-56型數(shù)字全景鉆孔窺視儀，解決了結(jié)構(gòu)參數(shù)定量測量難題主機滑輪安裝桿信號轉(zhuǎn)換器光電編碼器升降器攝像頭巖層數(shù)字全景鉆孔窺視儀鉆孔結(jié)構(gòu)觀測圖片三、煤礦巷道支護成套技術(shù)KDBC-56型數(shù)字全景鉆孔窺視儀，86三、煤礦巷道支護成套技術(shù)地質(zhì)力學(xué)測點分布三、煤礦巷道支護成套技術(shù)地質(zhì)力學(xué)測點分布87三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤礦井下地應(yīng)力分布規(guī)律地應(yīng)力與埋深的關(guān)系側(cè)壓比與埋深的關(guān)系主應(yīng)力隨深度增加而增大，但存在明顯離散主應(yīng)力受地質(zhì)構(gòu)造、煤巖體強度與剛度等因素影響明顯三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤礦井下地應(yīng)力分布規(guī)律地應(yīng)力與88三、煤礦巷道支護成套技術(shù)估算地應(yīng)力的公式平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力比值隨埋深變化k-平均水平主應(yīng)力與垂直主應(yīng)力比值H-埋藏深度，m三、煤礦巷道支護成套技術(shù)估算地應(yīng)力的公式平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)89三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤巖體強度分布規(guī)律頂板抗壓強度分布-寧煤煤層抗壓強度分布-淮南三、煤礦巷道支護成套技術(shù)得出煤巖體強度分布規(guī)律頂板抗壓強度90三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護設(shè)計過程—動態(tài)信息設(shè)計確定合理的初始支護設(shè)計信息反饋與修正設(shè)計巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)評估建立數(shù)值模型，多支護方案比較井下監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析基于地質(zhì)力學(xué)測試的巷道支護設(shè)計2三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護設(shè)計過程—動態(tài)信息設(shè)計確91三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護初始設(shè)計地質(zhì)力學(xué)參數(shù)建立數(shù)值模型采動應(yīng)力場計算巷道圍巖應(yīng)力變形分析確定支護方案三、煤礦巷道支護成套技術(shù)巷道支護初始設(shè)計地質(zhì)力學(xué)參數(shù)建立92三、煤礦巷道支護成套技術(shù)錨桿支護材料與構(gòu)件的組成錨桿支護構(gòu)件錨桿桿體及附件錨固劑護表構(gòu)件(鋼帶、金屬網(wǎng))錨索高預(yù)應(yīng)力強力錨桿支護系列材料與構(gòu)件3三、煤礦巷道支護成套技術(shù)錨桿支護材料與構(gòu)件的組成錨桿支護構(gòu)件93三、煤礦巷道支護成套技術(shù)復(fù)雜困難巷道對支護材料的要求井下錨桿支護構(gòu)件鋼帶螺母金屬網(wǎng)托板桿體球形墊圈桿體不僅強度高，且延伸率大、沖擊韌性高有利于錨桿預(yù)應(yīng)力與工作阻力擴散的護表構(gòu)件各構(gòu)件力學(xué)性能匹配可操作性經(jīng)濟性三、煤礦巷道支護成套技術(shù)復(fù)雜困難巷道對支護材料的要求井下錨桿94三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨桿強力錨桿桿體超高強度、高延伸率、高沖擊韌性錨桿，解決了錨桿破斷難題。

牌號直徑/mm屈服強度/MPa抗拉強度/MPa伸長率/%沖擊吸收功/JB500B600B70018-2550060070067078085018-2560-160三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨桿強力錨桿桿體超高強度、高延伸95三、煤礦巷道支護成套技術(shù)樹脂藥卷樹脂錨固劑固化快，及時施加預(yù)應(yīng)力固化時間可調(diào)高粘結(jié)力、高變性模量W型鋼帶鋼帶W型鋼帶M型鋼帶鋼梁三、煤礦巷道支護成套技術(shù)樹脂藥卷樹脂錨固劑固化快，及時施加預(yù)96三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨索（發(fā)明專利）1×19結(jié)構(gòu)錨索及斷面公稱直徑/mm拉斷載荷/kN伸長率()/%18408720510722607728.690071×19結(jié)構(gòu)，斷面更加合理拉斷載荷顯著提高，最大900kN

延伸率提高1倍三、煤礦巷道支護成套技術(shù)強力錨索（發(fā)明專利）1×19結(jié)構(gòu)錨索97三、煤礦巷道支護成套技術(shù)系列化學(xué)注漿材料實驗室試塊井下加固塊體鉆孔觀測的加固效果聚氨酯加固與堵水材料聚氨酯—水玻璃復(fù)合材料脲醛樹脂加固材料不飽和聚酯加固材料配套注漿工藝系列化學(xué)注漿材料4三、煤礦巷道支護成套技術(shù)系列化學(xué)注漿材料實驗室試塊井下加固塊98三、煤礦巷道支護成套技術(shù)為滿足高預(yù)應(yīng)力錨桿施工要求，開發(fā)了系列預(yù)應(yīng)力設(shè)備大扭矩預(yù)緊扳手風(fēng)動扳手：265-880Nm液壓扳手：340-1600Nm扭矩倍增器與單體錨桿鉆機配套扭矩放大倍數(shù)6倍，最大扭矩800N.m高預(yù)應(yīng)力施工機具與工藝5三、煤礦巷道支護成套技術(shù)為滿足高預(yù)應(yīng)力錨桿施工要求，開發(fā)了系99三、煤礦巷道支護