张农-煤矿巷道支护的几个技术问题2

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1、煤矿巷道支护的几个技术问题（第二部分）煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学采矿工程学院张农副院长/博士/博导2007年11月6/30/20211谢桥煤矿12228区段煤巷支护工业性试验6/30/20212谢桥矿1212(3)综放工作面煤巷桁架支护工业性试验1212(3)综放面典型柱状图6/30/20213锚带网、锚索和预拉力桁架“三位一体”支护6/30/202146/30/202156/30/20216顶板预拉力锚梁网索组合支护6/30/20217顶板预拉力锚带网索组合支护6/30/20218淮北袁庄煤矿大倾角复合顶板支护技术6

2、/30/202196/30/2021106/30/2021116/30/2021121.引言深部高应力巷道是个相对性概念，传统的架棚支护、锚杆支护方式不能满足支护要求的一类巷道，底鼓普遍而且强烈，常常在掘进时就需要多次卧底、返修。围岩显著破坏的区域增加了，参与变形的围岩范围大大拓展了；时间效应强烈,变形速度快，衰减速度慢，不易长期维护人工有效支护的范围没有根本扩大，锚固区整体移动的现象增多了6/30/202113深井围岩控制技术应力场的调整1)区域应力场的调整2)微观应力场的改善支护手段的创新1)支护强度的进一步提高2)加固范围的进一步加

3、大3)支护结构的进一步创新围岩条件的改善注浆、锚固综合治理技术喷锚注动态分步加固技术6/30/202114应力场的调整---优先考虑，提前布置区域应力场的调整深部巷道布置、开采部署和最终形成的开采边界条件对巷道稳定性影响很大，由此产生的巷道变形差异很大。上行开采大范围转移围岩应力的思路深部大范围地下采矿活动也使得水平应力的传递变得不再连续。掌握大范围开采过程中应力场的变化规律，特别是有效阻断水平应力的应力调整规律，可以大大改善巷道的维护状况。6/30/202115解放层开采解放了巷道压力6/30/202116合理规划近距离煤层开采顺序和巷

4、道位置缓解了支护难度6/30/202117双巷布置保护了主要巷道6/30/202118微观应力场的改善卸压技术是将巷道上方及周围岩体的高应力区及高应力值降低，并将其高应力区及高应力值向煤体深部转移，使巷道上方及周围岩体的应力增高区变为应力降低区的一种高新技术。卸压技术的设计思想是：通过钻孔等方法在巷道围岩深部形成一个弱化区和弱化带，为围岩在应力释放过程中产生的膨胀变形提供一个补偿空间。6/30/202119高应力软岩巷道高性能强化支护锚杆承载能力的强化巷道围岩强度的强化关键承载部位的强化支护效能进一步提高加固范围进一步加大支护结构进一步创

5、新德国：“大断面预留断面---可缩性（封闭型）支架---壁后充填”支护我国：“个性化”支护“应力场测定—围岩状态量化描述—数值计算(物理模拟)—支护设计(包括锚索的作用)—现场检测—修改设计”6/30/2021201.锚杆承载性能的强化锚固技术取得突破锚杆支护材料强度迅速提高锚杆载荷实测曲线锚杆的精细化加工增大托盘提高预紧力矩增加锚固长度6/30/202121巷道开挖支护加固三向应力状态稳定围岩恢复三向应力状态改善围岩完整性二向应力状态提高围岩强度只有锚杆支护能同时实现以上三种功能锚杆类支护替代U型钢支护是目前技术阶段的必然选择，是技术追

6、求的方向1.锚杆承载性能的强化6/30/202122巷道开挖支护加固三向应力状态稳定围岩恢复三向应力状态改善围岩完整性二向应力状态提高围岩强度只有锚杆支护能同时实现以上三种功能锚杆类支护替代U型钢支护是目前技术阶段的必然选择，是技术追求的方向1.锚杆承载性能的强化6/30/2021232.巷道围岩强度的强化锚固体的力学性能改善注浆加固体的力学性能改善侯朝炯教授提出围岩强度强化理论6/30/202124破裂岩石的注浆固结性能6/30/2021256/30/202126松散煤岩体的粘结实验6/30/202127锚固体力学性能锚杆密度/根×(4

7、00cm2)-1弹性模量E/MPa软化模量M/MPa锚固体破坏前锚固体破坏后C/MPaφ/(°)C*φ*/MPa/°0280.832.00.3531.50.01731.52282.632.60.3631.50.01831.53284.735.20.3633.50.01833.54288.239.30.3735.60.01835.65294.041.90.3737.10.01937.16299.743.20.3838.80.01938.88310.046.30.3940.40.02140.46/30/202128锚固体强化系数锚杆密度/根*

8、（400cm2）-1单向加载平面应变加载极限强度/MPa残余强度/MPaKjKc极限强度/MPa残余强度/MPaKjKc01.2380.0601.001.001.650.5251.001.00