张农-煤矿巷道支护的几个技术问题1

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1、煤矿巷道支护的几个技术问题（第一部分）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6/29/20211汇报提纲煤巷锚杆支护中层状顶板的安全控制技术及实践煤巷高性能锚杆支护技术及应用高应力软岩巷道强化控制技术及实践动压巷道的施工过程控制技术及实践水患泥岩巷道的治理技术及实践6/29/20212围岩赋存不均质：巷道必须布置在煤层中，两帮为煤体，顶底板为软弱的层状岩体；围岩条件变化频繁：同一煤层不同块段、同一块段不同位置顶板赋存条件往往都有区别；地质构造出现频度大，尚难以高精度预测；围岩强度低:围岩松软破碎，单轴抗

2、压强度小于20MPa；原岩应力大:埋藏深，原岩应力大；地质构造产生的附加水平应力强烈；动压影响强烈：受强烈的采动影响，应力提高3~5倍；存在大量特殊的安全技术问题:瓦斯、煤尘、煤体自燃发火、地下水、构造等灾害严重。煤矿巷道顶板控制及支护先天更困难（与其它岩土工程相比）6/29/202132005、2006年全国煤矿死亡事故按事故性质统计顶板事故占34.66~34%，巷道顶板事故占有相当的比例事故起数，顶板50%、运输21%、瓦斯9％；死亡人数，顶板34％、瓦斯33％、运输13％；事故严重性，瓦斯最为严重，平均每起6.2人；水害次之，平均每起4.5人。6/29/

3、20214锚杆支护技术进步显著，安全可靠性问题仍很突出锚固区外的弱面离层是锚杆支护技术面临的一大挑战被动的棚式支护造成巷道顶板安全状况差，顶板事故频繁发生；采用煤巷锚杆技术后，但顶板安全状况仍未得到根本保证，冒顶事故时有发生；冒顶率：3~5m/万m；事故率：1人/3~5万m近几年，制约煤巷锚杆技术进一步推广的最突出因素是顶板的安全保障。6/29/20215顶板结构复杂，松散破碎层一般超过6~8m；结构稳定性差，空顶自稳时间十几分钟，随掘随冒；采深大，水平构造应力对岩层弱面的破坏作用显著，层间错动和离层矿压显现强烈；地下水和瓦斯赋存进一步消弱围岩强度和稳定性；采

4、用U型钢可缩支架支护时有效断面最小只有1.0m2。极易离层破碎型顶板典型综合柱状图示例：淮南矿区典型的复合顶板（Ⅳ、Ⅴ类）采用锚杆支护的难度很大，可靠性要求很高6/29/20216两种典型的垮冒型式松脱型垮冒：垮冒范围一般在0.5~1.5m内，负荷15~25kN/m2。松脱型垮冒2.顶板的失稳规律6/29/20217挤压型垮冒：在水平应力和自重应力双重作用下，薄层状岩体发生弯曲变形，导致弱面离层，变形持续发展，渐次向上垮冒。挤压型垮冒2.顶板的失稳规律6/29/20218锚固区内离层：松脱型垮冒得不到控制，锚固区产生裂隙，锚固强度衰减，进而导致锚固区整体稳定性

5、的削弱或破坏；锚固区外离层：锚固区的完整性较好，但不能阻止外层岩体的渐进破坏，导致外层弱面离层。锚固区外离层的持续发展将导致锚固区整体垮冒。对应的两种锚杆支护失稳形式锚固区整体垮冒6/29/202193.顶板安全的控制原理提高支护效能，及时主动有效加固顶板，消除松脱型冒顶增大锚固范围，消弱层状顶板沿弱面的渐次离层和垮冒建立“楔形”的强化承载结构，防止锚固区外离层和挤压型冒顶Ⅳ、Ⅴ类巷道顶板离层控制原理图6/29/202110示例：三河尖矿综放煤巷顶板控制技术6/29/202111迎回采面留小煤柱沿空掘巷的平面布置6/29/202112经受采动过程中6/29/2

6、02113迎工作面对掘留小煤柱巷道6/29/202114迎回采工作面留小煤柱留顶煤时的顶板控制情况6/29/202115留小煤柱稳定沿空掘巷段锚带网与锚索组合支护6/29/202116实体段锚带网支护6/29/202117传统的机械式点锚固锚杆←→高强树脂锚杆1945～1950：机械式锚杆的研究与应用。1950～1960：采矿业广泛采用机械式锚杆，开始对锚杆进行系统研究。50～60年代，机械点锚固锚杆使用局限使锚杆支护出现徘徊；1960～1970：发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革命，树脂锚杆在矿山得到应用。随后树脂全长锚固锚杆的发明应用使它成为80年代以后

7、的主要支护形式。1970～1980：发明管缝式锚杆、水力账管式锚杆并应用，研究锚杆新的设计方法，长锚索产生。1980～1990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆及各种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进。6/29/2021183.煤巷锚杆支护技术的发展方向安全可靠性问题锚固区外的弱面离层是高强锚杆支护技术面临的一大挑战，必须围绕确保大大减缓顶板离层或根本消除离层这一中心开展控制理论和技术研究，才可能取得突破。50—60年代，机械点锚固锚杆使用局限使锚杆支护出现徘徊，随后树脂全长锚固锚杆的发明应用使它成为80年代以后的主要支护形式。传统的机械式点锚固锚杆←→高

8、强树脂锚杆←→？如何实现锚杆的高承载性