张农-煤矿巷道支护的几个技术问题1.ppt
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1、2019/6/21,1,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,2019/6/21,2,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,2019/6/21,3,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
2、度低: 围岩松软破碎,单轴抗压强度小于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35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),2019/6/21,4,2005、2006年全国煤矿死亡事故按事故性质统计顶板事故占34.6634%,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。
3、,2019/6/21,5,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:35m/万m; 事故率:1人/35万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。,2019/6/21,6,顶板结构复杂,松散破碎层一般超过68m; 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;
4、采用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(、类)采用锚杆支护的难度很大,可靠性要求很高,两种典型的垮冒型式 松脱型垮冒:垮冒范围一般在0.51.5m内,负荷1525 kN/m2 。,松脱型垮冒,2.顶板的失稳规律,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,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
5、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,3. 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,、类巷道顶板离层控制原理图,2019/6/21,11,示例:三河尖矿综放煤巷顶板控制技术,2019/6/21,12,迎回采面留小煤柱沿空掘巷的平面布置,2019/6/21,13,经受采动过程中,2019/6/21,14,迎工作面对掘留小煤柱巷道,2019/6/21,15,迎回采工作面留小煤柱留顶煤
6、时的顶板控制情况,2019/6/21,16,留小煤柱稳定沿空掘巷段锚带网与锚索组合支护,2019/6/21,17,实体段锚带网支护,2019/6/21,18,传统的机械式点锚固锚杆 高强树脂锚杆 19451950:机械式锚杆的研究与应用。 19501960:采矿业广泛采用机械式锚杆,开始对锚杆进行系统研究。 5060年代,机械点锚固锚杆使用局限使锚杆支护出现徘徊; 19601970: 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年代以后的主要支护形式。 19701980: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
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- 煤矿 巷道 支护 几个 技术 问题
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