神东矿区锚杆支护标准培训与研讨课件

1、1神东矿区锚杆支护标准培训与研讨主要内容巷道围岩变形破坏机理与规律巷道围岩分类方法锚杆支护设计方法神东矿区锚杆支护标准问题探讨神东矿区巷道支护主要建议1、大多数矿井支护参数设计基本合理，可暂不做调整2、部分矿井巷道支护参数设计不合理，成本高，有较大冒顶隐患，需优化设计3、部分巷道锚索用量过多，造成放顶困难，需优化设计4、部分切眼需要注意顶板离层监测，消除安全隐患5、部分巷道使用的锚杆（索）锚固力不够，顶板安全可靠性低，需要进行三径匹配6、部分二次使用巷道超前工作面顶板持续发生变形，锚索有破断情况，需要补强支护1、大多数矿井支护参数设计基本合理，可暂不做调整哈拉沟、上湾、大柳塔矿锚杆、锚索的用量

2、不大，支护成本较低，安全可靠性较高。这类巷道支护成本可下降的空间不大，往往每米巷道仅可减少几十元人民币。因此，该类巷道支护参数优化是重点是二次采动巷道交叉点和局部地质构造带的顶板安全，加强支护，关注掘进速度的提高。2、部分矿井巷道支护参数设计不合理，成本高，有较大冒顶隐患，需优化设计补连塔、保德、寸草塔一矿部分、类巷道顶板变形大，很多锚索因自身性能不适应而失效，导致顶板有较大的冒顶隐患。同时，由于巷道翻修和重新补打锚杆工程量大，造成巷道支护成本过高。榆家梁矿部分类巷道顶板锚杆（索）锚固性不可靠，顶板有冒顶隐患。因此，建议在这类巷道进行长锚杆替代锚索试验，以增加巷道的安全可靠性，大幅度降低巷道支

3、护成本（初步估算类顶板条件每米可节约2000多元）。2022/7/256保德长锚杆和锚索补强支护技术经济对比保德煤矿顶板深部窥视冒落拱高度测量通过矿用钻孔电子窥视仪可以直观的反映顶板上方深部区域的岩层岩性、厚度以及离层裂隙的发育情况。保德煤矿顶板深部窥视冒落拱高度测量在保德煤矿81305一号回风顺槽选取一个断面进行顶板深部窥视，得到巷道的冒落拱基本形状。图中洋红色线条代表变形后巷道的轮廓，红色线条为冒落拱的大体轮廓。从图中可以看出，发生在巷道顶板上方的离层最深达到了4.3m。3、部分巷道锚索用量过多，造成放顶困难，需优化设计寸草塔一矿、补连塔、大柳塔等部分巷道锚索使用过多，在采空区后方留有难冒

4、落的三角区，形成安全隐患。为了解决这一问题，建议进行锚杆替代锚索的试验。4、部分切眼需要注意顶板离层监测，消除安全隐患部分切眼因宽度较大，存在一定的安全隐患，需要采取顶板离层监测、支设信号柱等措施。5、部分巷道使用的锚杆（索）锚固力不够，顶板安全可靠性低，需要进行三径匹配榆家梁矿部分巷道做过锚固力拉拔试验，得出现用锚杆（索）锚固力小，顶板存在安全隐患，建议其他矿也做相关的锚固力拉拔试验，选用锚固力可靠的锚杆替代现用锚杆（索）进行工程试验。榆家梁锚固力试验试验一（树脂卷200mm）组别12345平均值备注201800螺锚杆10.8t10.6t：路途丢失181800螺锚杆6.5t6.7t10.4t

5、0.50.5约5t0.5：未能锚固161800圆锚杆7t2.6t5.4t0.53.75t0.5：未能锚固15.241800锚索2.5t1.8t2.0t2.1t无破断试验二（树脂卷400mm）螺纹钢锚杆组别12平均值备注204950锚杆10.310.0：超过锚杆张拉机具试验值204500锚杆10.210.3同上204000锚杆10.4：钻杆过深，安装锚杆失败203500锚杆10.4同上203000锚杆10.310.0试验三（树脂卷400mm）锚索组别12平均值备注15.24950锚索11t11t：超过锚索张拉泵试验值15.24500锚索8t7t7.5t15.24000锚索3t11t：超过锚索张拉

6、泵试验值15.23500锚索6t6t6t15.23000锚索7t7t7t云驾岭矿锚固力试验锚杆（索）组别1 (400mm)2 (400mm)3 (400mm)4 (600mm)备注202400螺纹钢锚杆未能拔出未能拔出0.27 t共试验4根（两帮）17.84300锚索2.8t3.2 t0.2t4 t共试验4根（两帮）17.86000锚索0.8t0.2t0.2t6.6 t共试验4根（两帮）227000 锚索9.5t共试验1根（顶板）6、部分二次使用巷道超前工作面顶板持续发生变形，锚索有破断情况，需要补强支护保德矿81305一号回风顺槽20-21连巷之间超前工作面部分顶板下沉达到400-500mm

7、，许多锚索破断，有冒顶隐患，安全风险大。建议加强安全管理，做好相应的补强措施。1、巷道围岩变形破坏机理与规律影响巷道变形破坏三要素围岩应力围岩强度支护作用原岩应力不受任何人为工程影响，自然存在于原岩中的应力原岩垂直应力等于0.025乘以采深，水平应力为11.5倍垂直应力埋深200m，原岩垂直应力为5MPa，相当于每平方米500t圆形巷道围岩应力分布巷道半径a，塑性区半径Rp塑性区厚度+5a处为原岩应力5m园巷道，周边10m以外为原岩应力弹性区厚度至少610m破坏深度一般不大塑性区深度是关键圆形巷道受不等载荷围岩应力及塑性区受等载荷，巷道周边应力集中系数为2（一般情况）受不等载荷，应力集中系数最

8、大为3（极限情况），顶板有时会出现拉应力。巷道周边应力超过围岩强度，出现塑性区，其深度一般不大于0.5a5m园巷道，塑性区深度2.5m圆形巷道受不等载荷围岩应力及塑性区受等载荷，巷道周边应力集中系数为2（一般情况）受不等载荷，应力集中系数最大为3（极限情况），顶板有时会出现拉应力。巷道周边应力超过围岩强度，出现塑性区，其深度一般不大于0.5a5m园巷道，塑性区深度2.5m椭圆巷道周边应力及巷道最终稳定形状巷道最终稳定形状为椭圆形两轴比等于水平应力系数掘进时矩形巷道较有利二次采动将为立椭圆煤层巷道围岩弹性应力巷道围岩为层状，巷道开挖后周围作用原岩应力5m宽度巷道，周边10m以外围岩不变形100m

9、埋深煤层巷道围岩变形破坏分析巷道开挖后，周围应力最大5-7.5MPa一次采动后，周围应力最大15-22MPa巷道仅有表皮破坏浅埋巷道围岩变形破坏特征巷道围岩应力与围岩强度比值小于1原岩应力等于0.025乘以采深，埋深100m，为2.5MPa巷道周边应力集中系数为2左右二次采动巷道围岩应力集中系数为24F=2的煤，强度为20MPa巷道变形破坏不大主要为表皮脱落巷道冒顶风险较小400m埋深煤层巷道围岩变形破坏分析巷道开挖后，周围应力最大20-50MPa，大于f=2的中硬煤的强度巷道有塑性区出现，弹性边界有所增加，围岩表面有破坏400m埋深煤层巷道围岩变形破坏分析二次采动后，周围应力最大60-90M

10、Pa，巷道周边完全破坏顶板形成松动区，弹性边界进一步扩大顶板出现较多离层二次采动后顶板松动区在巨大地应力和采动应力作用下，巷道顶板出现剧烈破坏和离层，产生顶板边界为拱形、椭圆形、梯形和多边折线形等类松散垮漏体；锚杆（索）支护失效，丧失对这种顶板类松散垮漏体的控制，导致顶板冒落。大埋深巷道围岩变形特征巷道顶板下沉（离层）大于200mm，底鼓量大两帮相对移近大于1500mm工作面后方550m处巷道高度最小值为1.214m，顶底相对变形量高达3.086m，巷道两帮相对变形量也达到了1.23m大埋深巷巷道破坏特征巷道顶底板破坏剧烈巷帮破坏鼓出严重顶板台阶下沉大埋深巷围岩破坏特征最浅部围岩严重离层、破坏

11、，为破裂散落体更深部围岩为极限平衡区，围岩处于塑性状态，可以自稳最深部围岩处于弹性状态，变形很小。巷道冒顶高度是有限的，巷帮破坏深度也不会很大。支护体破坏与锚杆支护巷道冒顶机理锚索失效原因：当巷道顶板离层总量大于锚索允许延伸值后，锚索与顶板围岩变形失调，出现锚索破断或因锚固失效被拉出。锚索失效形式主要有锚索与围岩的锚固失效被拉出、锚索延伸率过低被各个击破断裂、锚索尾部局部顶板应力过于集中造成碎裂漏顶等三种破坏形式。锚杆失效原因：锚杆长度小于板类松散垮漏体高度，不能锚固到稳定岩层。1、锚索与围岩的锚固失效被拉出；2、锚索延伸率过低被各个击破断裂；3、锚索尾部局部顶板应力过于集中造成碎裂漏顶大变形

12、巷道“高强协调支护”原理锚固构件与围岩的作用力协调锚固构件需持续具有较高的强度，既能控制围岩的过分变形，又不产生过大应力集中导致围岩的破碎。锚固构件与围岩的变形协调锚固构件具有较大的延伸率，保证围岩变形时不被破坏。锚固构件之间的相互协调锚固构件之间的使用配合需要协调，包括长短协调和性能协调，保证每个单体构件都能发挥出最大性能。锚固构件性能与生产要求的协调锚固构件需要适应采煤生产的特定需求，例如巷道正常使用时能保证不冒顶，而巷道报废时不造成放顶困难。（1）顶板使用可接长锚杆防治巷道冒顶可接长锚杆与锚杆都属于柔性支护，允许顶板离层量高达300600mm，可以与顶板围岩协调变形，而刚性锚索被与锚杆之

13、间不协调，锚索容易被各各击破引起冒顶。可接长锚杆使巷道放顶更容易。大变形巷道高强协调支护对策2、煤帮使用刚性长螺纹锚杆螺纹部分刚性大，不变形，很好的解决了扩帮后锚杆螺母无法继续拧紧，需要重新补打新锚杆的难题；因为加工的螺纹长，有效地避免了锚杆安装时因螺纹长度不够、难于紧固托盘导致的锚杆报废。2、煤帮使用刚性长螺纹锚杆螺纹部分刚性大，不变形，很好的解决了扩帮后锚杆螺母无法继续拧紧，需要重新补打新锚杆的难题；因为加工的螺纹长，有效地避免了锚杆安装时因螺纹长度不够、难于紧固托盘导致的锚杆报废。2、煤帮使用刚性长螺纹锚杆允许煤帮有较大变形2、煤帮使用刚性长螺纹锚杆扩帮后锚杆螺母不破坏2、煤帮使用刚性长

14、螺纹锚杆螺母继续拧紧，不需要重新补打新锚杆2022/7/2546矿区巷道锚杆（索）支护技术标准 附录B、巷道顶板稳定性分级方法 煤层巷道顶板稳定性分类原理巷道顶板压力主要由稳定的“关键承压岩梁”承担，并通过直接顶中的“压力传递拱”继续向下传递给巷道两帮的煤体直至底板。“压力传递拱”下岩石可视为锚杆支护的载荷体，“关键承压岩梁”距离巷道顶板越近，巷道破坏高度越小，顶板越稳定。2022/7/2548 顶板稳定性是对顶板稳定的综合评价，以现场提供的地质钻孔柱状图为主要依据，综合考虑了岩层厚度、岩层强度、岩层完整性、采动影响、巷道埋深等影响因素制定。顶板岩梁简支力学模型煤层巷道顶板稳定性分类模型分类指

15、标： 稳定岩层距顶板的距离s 稳定岩层的稳定跨距L 首层岩层的稳定跨距L1 巷道跨度B 采动影响 顶板岩层性质 地应力或松动圈 埋深 将顶板分为、类进行研究 分类意义： 对未掘进巷道进行支护参数设计； 对已掘进巷道、已采工作面进行支护效果评价煤层巷道顶板稳定性分类指标体系煤层巷道顶板稳定性分类准则以岩层稳定稳定跨距和距巷道顶板距离为判断准则进行分类。岩层稳定稳定跨距按以下公式进行计算：式中：Rt 岩石抗拉强度 f强强度系数 f采采动影响系数 f埋埋深影响系数 f地应力地应力影响系数 (qn ) 1 上覆岩层附加载荷稳定跨距计算其中：2022/7/2552巷道顶板围岩稳定性分类结果巷道支护初始设

16、计应采用顶板稳定性分类法，巷道围岩稳定性分为稳定、中等稳定、不稳定、极不稳定四类：类：稳定，距巷道顶板2.0m范围内有稳定岩层，且安全系数（计 算出的跨距与实际宽度的比值）大于2；类：中等稳定，有两种情况：a.距巷道顶板2.04.0m范围内有稳 定岩层，且安全系数大于2； b.距巷道顶板2.0m范围内有稳 定岩层，且安全系数为1.52；类：不稳定，有两种情况：a.距巷道顶板4.06.0m范围内有稳定 岩层，且安全系数大于2；b. 距巷道顶板2.04.0m范围内有 稳定岩层，且安全系数为1.52；类：极不稳定，距巷道顶板6.0m范围内没有稳定岩层。特殊条件下巷道顶板稳定性分类巷道在掘进过程中，如

17、遇到断层、褶曲、冲刷带等地质构造，巷道顶板稳定类型应降低12个级别。当巷道埋深超过160m，并且受二次采动影响的巷道，应结合现场具体情况将巷道顶板稳定性类别降低。高管培训班54巷道顶板稳定性分类实例2022/7/2555矿区巷道锚杆（索）支护技术标准 附件C：锚杆（索）支护参数设计方法 锚杆（索）支护的作用与目的防止巷道冒顶，避免人员伤亡普通锚杆控制局部坍塌、漏顶长锚杆控制全断面冒顶控制巷道变形，尽量避免影响生产巷道变形主要是给定变形，即变形可控量很小锚索适应巷道变形量为120mm左右5m长锚杆适应巷道变形量高达500mm以上2022/7/2557、 类顶板支护参数设计类巷道的稳定岩层距巷道顶

18、板的距离在2m范围内，顶板为板状结构，应采用悬吊理论进行巷道支护参数设计。2022/7/2558锚杆长度按下式计算：式中：l2 锚杆有效长度；锚杆的有效长度应该大于等于被悬吊岩层的厚度 l1 锚杆锚杆外露长度，取决于锚杆托盘厚度、螺母厚度； l3 锚杆锚固长度，一般取0.51.0m，应由拉拔试验确定； 、 类顶板锚杆长度设计2022/7/2559应根据每根锚杆悬吊载荷大小确定锚杆间距a和排距b，即锚杆悬吊岩石的载荷G小于等于锚杆的承载力Q，则考虑安全系数K的情况下有：式中：a锚杆间距； b锚杆排距； 悬吊岩石容重；G悬吊岩石的载荷；Q锚杆的承载力；K锚杆安全系数，一般取 、 类顶板锚杆间排距设

19、计2022/7/2560类、III类、IV类顶板支护参数设计类、III类、IV类巷道的稳定岩层距巷道顶板的距离在2m范围以外，顶板成冒落拱结构，应采用冒落拱理论进行巷道支护参数设计。2022/7/2561类、III类、IV类巷道支护参数设计1 类、III类、IV类巷道支护参数设计类、 III类、IV类巷道的稳定岩层距巷道顶板的距离在4m范围以外，应采用冒落拱理论进行巷道支护参数设计。在计算过程中，考虑安全系数m，则高度计算公式为：普氏从松散、破裂岩石出发，导得天然拱的高度： 顶板岩层普氏系数；隧硐半宽或当须考虑侧压力时为滑动楔形上顶之半宽。 式中：m 安全系数；2022/7/2562式中：l2

20、 锚杆有效长度； l3 锚杆锚杆外露长度，取决于锚杆托盘厚度、螺母厚度； l1 锚杆锚固长度，一般取0.51.0m，应由拉拔试验确定；冒落拱类、 III类、IV类巷道锚杆长度设计锚杆长度按下式计算：2022/7/2563 2）锚杆间排距其中： 锚杆悬吊的载荷 ； k 安全系数； 锚杆的承载力； c 锚杆排距.每排需要的锚杆根数为： 类、 III类、IV类巷道锚杆间排距设计2022/7/2564 可分别采用类和III类、IV类巷道锚杆支护参数设计方法，并采用偏于安全的支护参数。类巷道锚杆间排距设计2022/7/2565巷道顶板锚杆（索）支护参数巷道跨度为5m时锚杆（索）支护参数（普通锚杆+锚索支

21、护）2022/7/2566巷道顶板锚杆（索）支护参数巷道跨度为5m时锚杆支护参数（无锚索支护）锚杆支护参数设计要点锚杆（索）支护参数设计要点（1）锚杆（索）支护作用与目的锚杆支护对控制巷道变形的作用比较有限，而确能够很好的起到防止巷道冒顶的作用，所以使用锚杆支护的目的主要应该是防止巷道冒顶。试图应用高强锚杆（索）支护减小巷道变形成本的做法需要付出很高的代价。（2）锚杆支护参数设计的理论基础悬吊理论同时考虑了层状顶板断裂破坏和拱式破坏的冒顶机理，应用该理论进行锚杆支护参数设计实用、可靠（3）锚杆支护设计主要参数设计参数主要包括锚杆（索）长度、间距和排距，其余参数主要通过技术经济对比分析获得。锚杆（索）支护参数设计要点（4）锚杆支护巷道应实行初次支护和二次支护巷道初次锚杆支护的目的是防止掘进工作面附近冒顶，二次支护的目的是防止采煤工作面前方巷道冒顶。实施二次支护可以有效提高巷道掘进速度。（5）巷道顶板宜采用适应大变形的可接长锚杆使用锚索支护，顶板允许下沉量为150mm；