深井高地应力巷道锚杆支护成套技术

深井高地应力巷道锚杆支护成套技术

目录

一、国内深部开采现状二、深部巷道支护研究现状

三、深井巷道锚杆支护成套技术内容四、应用与效果五、经济与社会效益六、主要结论与建议一、国内深部开采现状我国煤矿开采深度以8-12m/年的速度增加，东部矿井10-25m/年。国有重点煤矿，开采深度达1000m深矿井有数十处，最大采深超过1300m。主要分布在新汶、淄博、开滦、北票、沈阳、徐州、淮南、长广等矿区。1980年平均开采深度288m，1995年428.83m，2000年以后超过了500m。一、国内深部开采现状随着煤炭科学技术进步，矿山现代化促进了生产的高产高效，进一步加速矿井深度的增加。浅矿井数目大为减少，中深矿井数目明显增加，深矿井将成倍增加，并将出现更多的特深矿井。预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000-1500m的开采深度。一、国内深部开采现状高地应力：垂直应力明显增大；深部岩体形成历史久远，构造应力场复杂，应力高。高地温：地温梯度30-50°C/km。热胀冷缩，温度变化1°产生0.4-0.5MPa应力变化。高岩溶水压：地应力与地温升高，岩溶水压升高，矿井突水严重。开采扰动：高地应力下，采动影响强烈，地压大，破坏严重。一、国内深部开采现状深部岩体的脆弱-塑性转化在不同围压下岩石表现出不同的特性。在较低围压下脆性，在高围压下转化为塑性。深部岩体的流变特性在深部高应力作用下，岩石具有较强的时间效应，表现为明显的流变或蠕变。深部岩体的扩容特性在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致岩石体积增大，扩容膨胀。矿山工程垮落、冒顶发生频率增加矿井深度增大，围岩应力高于围岩强度，增大围岩的失稳性和支护难度。极易导致顶板垮落，出现事故。冲击地压与煤岩突出灾害明显加剧随着矿井深度增大，煤岩体应力加大，冲击地压发生的频率、强度和规模随之增加。矿压显现强烈，巷道变形量明显增大，给矿山生产系统安全运行带来严重问题一、国内深部开采现状巷道围岩变形的时间效应。围岩变形量大，有明显的时间性。初期来压快、变形显著，不采取有效支护措施，极易发生冒顶、片帮。即使围岩变形稳定后，围岩还以一定速度长期处于流变状态。巷道围岩变形的空间效应。巷道来压方向多表现为四周来压。不仅顶板、两帮发生显著变形和破坏，底板也出现强烈变形和破坏，如不对底板采取有效控制措施，则强烈底臌会加剧两帮和顶板的变形和破坏。煤炭科学研究总院ChinaCoalResearchInstitute二、深部巷道支护研究现状

（一）深部巷道变形特点

巷道围岩变形的易受扰动性。围岩变形对应力的变化非常敏感，受震动、邻近巷道掘进或回采工作面采动影响后，围岩变形和破坏均有明显增加。围岩的稳定性与巷道断面形状、施工工艺等因素都有关系。巷道围岩变形的冲击性。在有冲击倾向的巷道中，围岩变形有时并不是连续的、逐渐变化的，而是突然剧烈增加，导致断面迅速缩小，具有强烈的冲击性。煤炭科学研究总院ChinaCoalResearchInstitute二、深部巷道支护研究现状

（一）深部巷道变形特点

新奥法支护理论煤炭行业结合自身特点，完善和发展了新奥法：采用光面爆破；早强喷射混凝土及时封闭巷道周边，实施密贴支护；采用锚喷支护，主动加固围岩，提高其自承能力，在围岩内形成承载圈；实施二次支护；对破碎围岩实施注浆加固；实施动态设计和动态施工等。联合支护理论煤炭科学研究总院ChinaCoalResearchInstitute二、深井巷道支护研究现状

（二）深部巷道支护理论

对深部巷道，只只提高支护刚度度难以有效控制制围岩变形，要要先柔后刚，先先让后抗，柔让让适度，稳定支支护。但随着巷巷道条件变差，，该理论受到挑挑战，有些巷道道采用联合支护护并不有效，多多次维修，围岩岩变形一直不能能稳定。二次支护理论对深部大变形巷巷道，应实施二二次支护。一次次支护在保证围围岩稳定的条件件下允许有一定定变形，释放压压力；在合适的的时间进行二次次支护，保持巷巷道的长期稳定定。二、深井巷道支护研研究现状（二）深部巷道支护理论煤炭科学研究总总院ChinaCoalResearchInstitute锚杆锚喷支护锚杆锚喷支护性性能优越，比较较适合深部巷道道支护。但必须须选择合理的支支护形式与参数数，才能取得较较好效果。U型钢可缩性支架架U型钢具有较好的的断面形状和几几何参数，型钢钢搭接后易于收收缩，支架设计计合理，使用正正确，能获得较较好的力学性能能。支架结构分分不封闭和封闭闭。但U型钢支架毕竟是是一种被动支护护形式，而且支支护费用高，施施工比较困难。。煤炭科学研究总总院ChinaCoalResearchInstitute二、深井巷道支护研研究现状（三）深部巷道支护技术注浆加固注浆将破碎岩体固固结，改善围岩结结构，提高围岩强强度，增加自身承承载能力。水泥──水玻璃、高分子子材料。注浆加固固适于破碎围岩，，且与其它支护方方法联合使用。联合支护两种或两种以上支支护方式联合支护护。如能充分发挥挥每种支护方式性性能，优势互补，，有更好支护效果果和更广的适用范范围。锚喷+注浆浆，锚喷+U型钢支架，U型钢支架+注浆，，锚喷+注浆+U型钢支架。适用范范围广，但费用高高，支护形式选择择不匹配时，往往往造成各个击破。。煤炭科学研究总院院ChinaCoalResearchInstitute二、深井巷道支护研究究现状（三）深部巷道支护技术卸压技术将巷道布置在应力力降低区，或采取取人工卸压措施，，使巷道周边的高高应力向深部转移移，是深部巷道围围岩变形控制的另另一个途径。在应力降低区布置置巷道是首选方法法，人工卸压法（（切缝、钻孔、爆爆破、掘卸压巷等等），由于种种原原因，目前还没有有推广，仅作为一一种辅助方法局部部采用。高强度锚杆、锚索索支护已得到大面面积应用,成为我我国煤矿巷道首选选的、主要的支护护方式。煤炭科学研究总院院ChinaCoalResearchInstitute二、深井巷道支护研究究现状（三）深部巷道支护技术二、深井巷道支护研究究现状（四）新汶深部部巷道支护状况新汶平均采深1000m，我国采深最大矿矿区之一，集中采采深大、构造复杂杂、灾害性多重条条件，支护极困难难。不断开发应用支护护新技术、新设备备、新材料，大力力推广锚杆支护，，完成了多项支护护重大科研项目，，推动新汶矿区锚锚杆支护技术发展展。目前，锚杆杆支护率达达到97.15％，其中煤煤巷96.7％，岩巷98.3％。二、深井巷道支支护研究现现状（四）新新汶深部巷道支护状状况随着开采深深度的增加加，出现以以下问题：：深部巷道围围岩破坏机机理没能得得到很好的的解决，特特定条件下下围岩运动动规律还需需进一步研研究。研究形成的的锚网喷二二次支护理理论受到了了挑战，深深部动压影影响区、构构造压力带带、软岩破破碎带，采采用二次支支护后仍出出现变形破破坏等问题题。深部岩石巷巷道底鼓，，采动影响响煤巷支护护，冲击地地压煤层顺顺槽支护没没有得到很很好解决。。二、深井巷道支支护研究现现状（四）新新汶深部巷道支护状状况没有形成一一套锚杆支支护计算机机辅助动态态设计系统统。采用工工程类比法法，巷道支支护形式及及参数不能能根据现场场的条件变变化科学的的进行支护护设计。支护材料及及机具不能能适应深部部困难条件件，现在普普遍采用的的全螺纹锚锚杆，螺距距大，预紧紧力低。未形成巷道道支护合理理性评价系系统，不能能适时评价价合理支护护的方式及及参数，达达到支护效效果最佳、、成本最低低化程度，，不能适应应煤炭生产产降低成本本提高安全全、经济效效益的要求求。二、深井巷道支支护研究现现状（四）新新汶深部巷道支护状状况针对新汶千千米深井高高地应力巷巷道支护难难题，全面面系统研究究试验，形形成深部巷巷道支护理理论与成套套技术。提出深部巷巷道围岩控控制理论、、设计方法法，开发设设计软件，，解决支护护设计难题题；开发新型支支护材料与与机具，保保证支护质质量与速度度提出巷道围围岩变形(离层)安安全评价指指标，保证证安全有效解决矿矿区深部、、高地应力力与复杂地地质条件巷巷道支护问题，，为采煤工工作面快速速推进创造造有利条件件。三、深井巷巷道锚杆支支护成套技技术内容巷道围岩地地质力学测测试与评估估深井高地应应力巷道锚锚杆支护理理论深部巷道锚锚杆支护设设计方法与与软件高预应力强强力锚杆支支护材料深部巷道井井下试验研研究巷道围岩离离层安全评评价方法三、深井巷巷道锚杆支支护成套技技术内容（一）深深部巷道围岩岩地质力力学测试试巷道围岩岩特性三三要素；；地质力学学测试的的重要性性和必要要性；测试内容容地应力测测量井下巷道道围岩强强度测试试围岩结构构观察三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（一）深部巷道围岩岩地质力力学测试试地应力测测量：SYY-56型小孔径径水压致致裂地应应力测量量装置小直径，，56mm无需钻取取岩芯测量工序序简单速度快，，大面积积测量；；测量深度度大（30m）三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（一）深部巷道围岩岩地质力力学测试试围岩强度度测试：小小孔径巷巷道围岩强度度测试装装置原位测量量，钻孔孔直径56mm，深度30m；强度值更更接近岩岩体；可测软弱弱破碎岩岩层强度度；简单、快快速、方方便。三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（一）深部巷道围岩岩地质力力学测试试围岩结构构观察：：FS7520光导纤维钻孔孔窥视仪窥视钻孔最小小直径25mm；窥视钻孔长度度6m；窥视仪光源矿矿灯；便携式、快速速。三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（一）深部巷道围岩地质质力学测试华丰矿-1100大巷地应力测测量曲线三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（一）深部巷道围岩地质质力学测试序号巷道名称埋深/m垂直应力/MPa最大水平主应力/MPa最小水平主应力/MPa最大水平主应力方向1协庄1202西回风巷79020.9432.3916.56N33.5°E2协庄1202东运输巷115030.4834.617.89N12.5°E3协庄-850二采区轨道下山107128.3839.7720.64N39.7°E4华丰-1100大巷122032.3342.122.8N3°E5华丰-1010水平大巷113029.9533.1519.1N31.5°E6华丰-920水平煤仓石门104027.6631.3516.2N23.5°W7潘西7192主巷1号机窝96425.5525.6512.23N32.3°E8潘西7192主巷3号机窝96725.6321.4210.87N43.5°E9潘西435运巷临时变电所96125.4720.0610.12N25.9°E三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（一）深部巷道围岩地质质力学测试深部两种地应应力场：σH>σV>σh，7个测站，协庄庄3个、华丰3个测站，潘西西1个测站。σH/σV=1.004-1.55σV>σH>σh，2个测站，潘西西矿，σV/σH=1.20-1.27新汶深部地地应力在协协庄、华丰丰主要以水水平应力为为主，潘西西垂直应力力为主。最最大水平主主应力方向向集中N3EN43.5W潘西矿采深深浅，地应应力最小；；协庄和华华丰矿地应应力较大，，最大水平平主应力达达42.1MPa（华丰矿-1100大巷）。三、深井巷巷道锚杆支支护成套技技术内容（一）深部巷道围岩地地质力学测测试协庄矿1202W回风巷顶板板围岩强度度华丰矿-1100大巷顶板岩岩层强度潘西矿7192主巷1号机窝顶板岩层层强度三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（一）深部巷道围岩地质力力学测试煤层：协庄矿抗抗压强度11.2~18.2MPa；华丰矿10.8~13.4MPa，最小4.5MPa，最大15.8MPa；潘西矿抗压强强度8.2~10.5MPa，最小6.5MPa，最大12.6MPa。煤的强度煤帮帮较小，随帮孔孔深度增加，强强度增加。煤层层强度对比，潘潘西矿煤层强度度相对较低，华华丰煤矿中等，，协庄煤矿较高高，总的强度属属中等偏低。直接顶：各矿相相差较大。强度度最大潘西矿，，60MPa以上；其次华丰丰矿，50MPa以上，个别30MPa；较差协庄矿，，强度一般在35MPa左右。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（一）深部巷道围岩地质力力学测试华丰矿-1100大巷顶板钻孔窥窥视结果协庄矿1202W回风巷顶板钻孔孔窥视结果顶板内节理裂隙隙比较发育，岩岩层间都有不同同程度的离层现现象发生，而且且离层和破坏有有向深部发展的的趋势以锚杆锚索为基基本支护的巷道道支护方式已得得到大面积应用用,成为首选的的支护方式（60%）；超千米深部巷道道仍选锚杆支护；传统二次支护理理论（先柔后刚刚、先让后抗））的背景现有锚杆支护存存在的问题能否实现超千米深部巷道道一次支护怎样才能实现一一次支护，关键键因素是什么。。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论锚杆可减小锚固固区煤岩体的强强度、弹性模量量、凝聚力和内内摩擦角等力学学参数的降低。。高强度锚杆提供围围压0.25-0.40MPa，因围压增加的煤岩岩体强度为1-2MPa。锚杆支护在岩石破破坏前对其强度影影响不大。锚杆主要作用是改改善发生塑性变形形和破坏的煤岩体体力学性质，减小小其屈服后强度的的降低，改变屈服服后煤岩变形特性性，使破坏变得比比较平缓。三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（二）高预应力强力锚杆杆一次支护理论锚杆对节理、层理理、裂隙不连续面面本质作用：通过过锚杆提供轴向力力与切向力，减小小不连续面抗剪强强度的降低，阻止止离层与滑动。尽尽量保持节理煤岩岩体的原有强度、、完整性。锚杆给围岩施加压压应力，改善围岩岩应力状态。对于于受拉区域，可抵抵消部分拉应力，，提高围岩抗拉能能力；对于受剪区区域，通过压应力力产生的摩擦力，，提高围岩的抗剪剪能力。三、深井巷巷道锚杆支支护成套技技术内容（二）高预应力强强力锚杆一一次支护理理论三、深井巷巷道锚杆支支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论新汶多种锚杆,巷道支护效果差差，锚杆作用没没充分发挥：锚杆预应力小，，仍属被动支护护，不能控制围围岩早期离层，，围岩强度和整整体性明显降低低，出现较大变变形；右旋螺纹钢锚杆杆，锚固剂充填填不密实，影响响锚固效果。锚杆被拉断或剪剪断，锚杆强度度偏低；右旋螺纹钢锚杆杆螺母为铸造件件，出现“退帽”现象；锚杆托梁、托盘盘强度不够。构构件被剪断、拉拉穿；护表构件（钢带带、金属网等））力学性能与锚锚杆强度匹配性性差，锚杆、锚锚索之间的围岩岩鼓出、变形大大。支护效果差，二二次与多次支护护的主要原因是是支护系统的刚刚度低，被动支支护。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论理论分析、数值值模拟与井下试试验得出，提高高锚杆支护系统统的刚度非常重重要。提高支护刚度的的途径主要有两两方面：一是给给锚杆施加较大大的预应力，并并通过托板、钢钢带等构件实现现预应力扩散；；二是采用加长长锚固或全长锚锚固，使杆体对对围岩离层、错错动非常敏感，，能及时抑制离离层与错动的产产生。特别是锚杆预应应力支护系统中中起关键性作用用。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论巷道开掘后，受受掘进面支撑，，变形很小。安安装锚杆控制浅浅部离层滑动。。安装越及时，，预应力越大，，锚固范围内岩岩层整体刚度越越高，岩层处于于压缩状态，不不发生离层和弯弯曲等有害变形形，完整性和整整体强度得到保保持。没有预应力，只只有当岩层产生生一定变形时锚锚杆才有载荷，，显然不能控制制在这以前顶板板岩层的离层和和错动，导致顶顶板从浅部向深深部逐渐离层、、破坏，失去完完整性与稳定性性。通过大幅度提高高锚杆支护系统统刚度与强度，，特别是预应力力，可以有效抑抑制围岩结构面面离层和弯曲变变形，实现一次次有效支护。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论预紧力20kN预紧力100kN三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论不同锚杆间距的的应力分布三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论无钢带有钢带三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论锚索周围应力分分布三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论锚索周围应力分分布三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（二）高预应力强力锚锚杆一次支护理理论新汶深部巷道高高预应力、强力力锚杆支护理论论：锚杆作用控制制锚固区围岩岩离层、滑动动、裂隙张开开、新裂纹产产生等扩容变变形与破坏，，尽量使围岩岩处于受压状状态，抑制围围岩弯曲变形形、拉伸与剪剪切破坏，最最大限度地保保持锚固区围围岩完整性，，减小锚固区区围岩整体强强度的降低。。在锚固区形成成刚度大的次次生承载结构构，阻止锚固固区外岩层产产生离层，同同时改善围岩岩深部的应力力分布状态。。三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（二）高预应力强力力锚杆一次支支护理论锚杆支护刚度度十分重要，，预应力起决决定性作用。。根据巷道条条件确定合理理预应力是支支护设计的关关键。较高预预应力要求锚锚杆具有较高高强度。锚杆预应力扩扩散同样重要要。单根锚杆杆预应力作用用范围有限，，必须通过托托板、钢带和和金属网等构构件将预应力力扩散到离锚锚杆更远围岩岩中。钢带、金属网网等构件在预预应力支护系系统中发挥极极其重要的作作用。三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（二）高预应力强力力锚杆一次支支护理论锚索作用：一将锚锚杆形成的次生承承载结构与深部围围岩相连，二是挤挤紧和压密岩层层层理节理，增加不不连续面抗剪力，，提高围岩的整体体强度。新汶深部巷道采用用高预应力强力锚锚杆支护，尽量实实现一次支护有效效控制围岩变形，，避免二次支护。。三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法确定支护形式与参参数的原则一次支护原则高预应力与预应力力扩散原则“三高一低”原则：高强度、高高刚度、高可靠性性，低密度。临界支护刚度和强强度原则，不能低低于临界值；相互匹配原则；可操作性原则；经济合理原则三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法动态信息设计法地质力学评估；初始设计；井下监测和信息反反馈；修正初始设计；日常监测（顶板离离层锚杆受力）三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法初始设计采用大型数值计算算软件FLAC、UDEC多方案比较，得最最优初始设计合理性，合理反映映围岩支护关系全面性，更多地考考虑影响因素快速性，进行多方方案快速比较可视性，结果以优优越图形显示三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法强力锚杆支护普普通通锚杆支护（岩巷巷）三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法强力锚杆支护普普通通锚杆支护（煤巷巷）三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法5m煤柱15m煤柱（煤巷）三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法预应力-锚杆关键参数，对对支护效果起决定定性作用。很多矿区没有认识识到预应力重要性性，且施工机具不不能提供较大预应应力，预应力普遍遍低，一般预紧力力矩为100-150N.m，预应力为15-20kN，被动支护。预应力设计原则是是控制围岩不发生生明显的离层和滑滑动。如果选择合合理的预应力值，，能够实现。根据我国巷道条件件，确定锚杆预应应力为杆体屈服载载荷的30-50%。对于HRB600、直径25mm的强力锚杆，预应应力的取值范围为为90-150kN。锚杆直径、长度越越大，杆体材质强强度越高，要求的的预应力越高。三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（三）深部巷道支支护设计方法预紧力与螺母安装装扭矩之间的关系系P0=kM预紧力与螺母扭矩矩成正比，同时取取决于系数k。影响k值的关键因素：：螺母与螺纹段间间摩擦系数，越越大，k值越小；螺母、垫圈端面面间摩擦系数，，越小，k值越大；锚杆直径，锚杆杆越粗，k值越小。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（三）深部巷道道支护设计方法法提高预应力途径径：提高螺母扭扭矩M；提高转换系数数k。提高螺母安装扭扭矩M螺母安装扭矩由由锚杆机具输出出扭矩决定，影影响预紧力关键键因素。美国等采采用锚杆杆台车、、掘锚机机组。钻钻机扭矩矩大，400-500N·m，保证锚锚杆高预预紧力。。国内采用用单体锚锚杆钻机机，输出出扭矩100-150N.m，顶推力力10kN，无法实实现锚杆杆高预紧紧力。采用专门门高扭矩矩螺母拧拧紧设备备，但增增加一道道工序；；引进、、开发锚锚杆台车车和掘锚锚联合机机组。三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（三）深深部巷道道支护设设计方法法提高预紧紧力与螺螺母扭矩矩的转换换系数k降低螺母母与锚杆杆螺纹段段间摩擦擦系数；；提高螺纹纹加工精精度等级级，减少少摩擦阻阻力和摩摩擦扭矩矩；采用用油脂对对螺纹部部进行润润滑，减减少摩擦擦阻力。。减小螺母母、垫圈圈端面间间摩擦系系数。采用高效效减摩副副，减少少螺母、、垫圈和和托盘之之间的摩摩擦阻力力和摩擦擦扭矩。。在螺母母与托板板之间加加金属垫垫圈和塑塑料垫圈圈，可减减少摩擦擦阻力，，而且塑塑料减摩摩垫圈的的材质起起着关键键作用。。三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（四）强强力锚杆杆支护材材料锚杆支护护构件图图强力锚杆杆支护材材料。锚杆杆体体树脂锚固固剂W型钢带小孔径树树脂锚索索三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（四）强强力锚杆杆支护材材料针对深井井高应力力条件，，专门开开发强力力锚杆专专用钢材材－左旋旋无纵筋筋螺纹钢钢。从炼钢开开始，设设计专用用锚杆钢钢材的配配方，钢钢的牌号号为BHRB600，保证杆体体延伸率率，强度度大幅提提高。φ25mmBHRB600锚杆－强强力锚杆杆；破断断力400kN。三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（四）强强力锚杆杆支护材材料牌号公称直径mm屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率()%不小于BHRB6002562082018三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（四）强强力锚杆杆支护材材料锚杆附件件高强度拱拱形托板板，可调调心垫圈圈。托板板尺寸150mm×150mm×12mm，力学性性能与强强力锚杆杆相匹配配。高效减摩摩垫圈1010尼龙三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（四）强强力锚杆杆支护材材料高强度、、高粘接接力、低低粘度、、快速固固化树脂脂锚固剂剂高聚合度度树脂锚锚固剂专专用树脂脂；高粘接力力，保证证锚固效效果；低粘度，，满足全全长锚固固要求；；高强度，，抗压强强度60MPa；；超快固化化，快速速施工。三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（四）强强力锚杆杆支护材材料高强度、、高刚度度组合构构件－W型钢带原W钢带强度度低，易易撕裂；；厚5mm、宽250-280mm钢带强度度刚度大大幅度提提高；护顶面积大，，与强力锚杆杆匹配，组合效效果好。三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（四）强力锚锚杆支护材料料强力锚杆研发发和试验过程程中存在的问问题及解决方方案强力锚杆开发发成功后，首首先在新汶进进行试验。巷巷道围岩变形形大大减小。。但在实验中中出现部分强强力锚杆在杆杆体尾部螺纹纹破断，破断断没有明显““颈缩”。国家钢铁材料料测试中心对对锚杆进行对对比分析和化化验。锚杆杆体力学学性能符合要要求，杆尾部部分性能强度度指标与杆体体相近，但断断后伸长率明明显低于杆体体部分，锚杆杆钢具有较大大的缺口敏感感性。发生断断裂的锚杆杆杆尾的冲击韧韧性-吸收功很低，，仅为5.1J。三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（四）强力锚锚杆支护材料料三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（四）强力锚锚杆支护材料料锚杆在螺纹处处发生断裂是是螺纹表面受受较高弯曲力力矩而瞬间脆脆性断裂；锚杆钢硅酸盐盐夹杂很多，，晶粒较粗，，冲击韧性值值低，是发生生脆性断裂的的材质内在因因素。找出杆尾螺纹纹发生脆性断断裂原因。在在生产工艺和和过程中大量量改进，新轧轧制钢材冲击击韧性指标有有明显提高。。出现的问题，，首次将冲击击吸收功列入入锚杆力学检检测参数中（（20J）。三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（五）深部困困难巷道支护护技术协庄矿1202E运输巷支护布布置图原支护前掘后后修Φ25mm、、2.4m强力锚杆高预紧力(100kN)破断力(400kN)280、5mm钢带排距增大到1m三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（五）深部困困难巷道支护护技术矿压监测数据据：顶底板移近量量是原来的30.5%两帮移近量是是原来的22.2%三、深井巷道道锚杆支护成成套技术内容容（五）深部困困难巷道支护护技术三种锚杆支护护顶板离层变变化趋势和表表面位移规律律一致。等强锚杆支护顶板板离层量最大，最最大离层值127mm，最小56mm，平均80mm；淮北高强锚杆支护护最大离层量86mm，最小39mm，平均57mm，是原支护离层量量71.3%；强力锚杆支护离层层量最小，最大为为11mm，最小为2mm，平均4mm，是原支护离层量量5%。三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（五）深部困难巷巷道支护技术强力锚杆顶板完整整下沉小全螺纹锚杆顶板破破碎下沉大三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（五）深部困难巷巷道支护技术潘西矿-740后六轨道上山第一种支护Φ20-2200全螺纹锚杆，锚杆杆间排距1.2×1.2m，第二层锚杆与第第一层五花布置。。锚网喷永久支护护。第二种支护强力锚锚杆配合喷射混凝凝土。Φ22-2400mm强力锚杆，W型钢护板护顶、护护帮，φ5.5mm钢筋网，锚杆间排排距0.8×0.8m。三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（五）深部困难巷巷道支护技术支护效果全螺纹钢锚杆支护护，两帮移近量273mm，顶板下沉量187mm，底臌量485mm；强力锚杆配钢筋网网支护，两帮移近近量102mm，顶板下沉量13.5mm，底臌量177mm，分别为普通锚杆杆支护的37.4%、7.2%、36.5%。提高巷道锚杆支护护强度、预紧力、、钢带厚度等方法法控制深部煤岩巷巷道围岩变形行之之有效，通过控制制顶帮，还可以有有效地控制巷道底底臌。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（五）深部困难难巷道支护技术术华丰矿-1100西岩巷-1100m水平西大巷埋深深1200m，穿层掘进，层层理发育，稳定定性差。巷道断面直墙半半圆拱形。宽度度3.7m，高度3.85m，断面积12.04m2。树脂加长锚固强强力锚杆支护配配喷射混凝土。。锚杆25#左旋无纵筋锚杆杆螺纹钢，长度度2.4m，W型钢护板、钢筋筋网护顶护帮。。锚杆间排距800mm。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（五）深部困难难巷道支护技术术支护效果一测区φ25×2400mm强力锚杆，进入入稳定段，变形形减弱。顶底移移近以底鼓为主主，两帮移近逐逐渐变小。顶板板下沉、两帮移移近较小。二测区φ22×2400mm强力锚杆，围岩岩变形不稳定，，顶板移近、两两帮移近速度变变化较缓，顶板板移近、两帮移移近比一测区大大。浅部范围离层占占总离层2/3，巷道主要在浅浅部（2m范围内）产生离离层。φ25mm强力锚杆比φ22mm变形小。支护效效果明显好于二二测区。类似条条件应使用φ25mm强力锚杆。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（六）锚杆支护护设计软件为使支护设计适适合工程技术人人员，简单、方方便，又不降低低科学性，针对对一个矿区，在在大量示范巷道道数值计算、井井下实践经验和和监测数据基础础上，进行提炼炼与简化，编制制设计软件是一一条可行的途径径。在围岩地质力学学测试与评估，，研究深部锚杆杆支护机理基础础上，借助数值值计算及大量现现场观测研究的的成果，提出适适合新汶矿区深深部煤巷的锚杆杆支护设计方法法，并编制支护护设计软件，提提高锚杆支护设设计可靠性、合合理性和科学性性，提高工程技技术人员对锚杆杆支护设计的掌掌握程度和设计计速度。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（六）锚杆支护护设计软件设计软件组成(1)煤巷数据库系统统(2)设计系统统煤巷数据据库系统统添加、查查看、修修改和删删除煤巷巷锚杆支支护设计计所涉及及的各种种参数。。绘制岩岩层柱状状图。三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（六）锚锚杆支护护设计软软件地应力参参数巷道围岩岩岩层分分布、强强度与结结构参数数煤巷使用用特征煤巷类型型巷道断面面尺寸与与方位护巷煤柱柱类型巷道掘进进方式三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（六）锚锚杆支护护设计软软件设计系统统根据数据据库原始始资料，，确定合合理锚杆杆支护初初始设计计，以表表格和图图形两种种方式提提供设计计结果：：表格提供供的设计计结果包包括：锚杆支护护形式,支护参数数,支护材料料消耗表表图形提供供的设计计结果包包括：锚杆支护护断面图图；锚杆支护护俯视图图；锚杆支护护侧视图图；锚杆支护护材料简简要名单单三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（六）锚锚杆支护护设计软软件三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（六）锚锚杆支护护设计软软件三、深井井巷道锚锚杆支护护成套技技术内容容（六）锚杆支护设设计软件三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（六）锚杆支护设设计软件锚杆支护矿压监测测方法与信息反馈馈新汶矿区煤巷锚杆杆支护巷道监测方方法综合监测日常监测信息反馈和修正初初始设计监测数据反馈指标标选择反馈信息指标数值值的确定判断支护设计合理理性与修改设计准准则三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（六）锚杆支护设设计软件岩性/离层值巷道埋深(m)锚固区内离层(mm)锚固区外离层(mm)备注煤层(10-20MPa)≤60035251、煤岩体强度过小或过大，可根据具体情况作适当调整；2、受临近动压影响的巷道，可根据动压影响程度作一定调整。600～8003827800-10004330＞10004834软岩层(20-40MPa)≤6003021600～8003222800-10003424＞10003626中硬岩层(40-70MPa)≤6002719600～8002820800-10003021＞10003223硬岩层(70Mpa以上)≤6002518600～8002518800-10002719＞10002719三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（六）锚杆支护设设计软件预应力优先修改原原则决定参数。首先判判断初始设计锚杆杆预应力是否合理理。1)顶板出现弯曲，锚锚固区内外离层值值超出指标值；2)两帮破坏范围大，，相对移近量大；；3)锚杆受力不大，但但与围岩一起向巷巷道内移动；4)锚杆间围岩破碎、、鼓出；最有效方法合理提提高锚杆预应力,优化托板、钢带护护表构件尺寸与参参数，实现预应力力有效扩散。初步确定预应力范范围为杆体屈服强强度30～50%。设计预应力越大大，要求杆体强度度越高、直径越大大。只有杆体强度和直直径不能满足预应应力要求，才考虑虑减小锚杆间排距距，增加密度，以以及改变其它支护护参数。其它参数修改原则则三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（六）锚杆支护设设计软件煤巷锚杆支护监测测与信息反馈软件件矿压监测数据库输入、存贮、修改改、删除、处理矿矿压监测数据，绘绘制各种矿压监测测曲线。信息反馈与修改初初始设计系统对监测数据处理分分析，判断现有支支护设计是否满足足工程，是否需要要修改。根据支护护初始设计判断和和修改准则，给出出修改设计的建议议。三、深井巷道锚杆杆支护成套技术内内容（七）基于锚杆支支护允许变形的离离层确定方法顶板离层指巷道服服务期内顶板岩层层中一点与其正上上方一定深度岩层层中某点的相对位位移量。包含弹塑塑性变形、扩容变变形、结构面变形形等。顶板离层界限指指锚杆支护巷道道在正常使用情情况下所允许的的顶板离层范围围。超过这一范范围意味着顶板板处于非稳定状状态，应该密切切注意顶板动态态，及时采取相相应措施。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（七）基于锚杆杆支护允许变形形的离层确定方方法新汶巷道变形与与顶板离层实测测数据巷道变形与顶板板离层随埋深增增加而增大。煤岩体强度对巷巷道变形与顶板板离层影响很大大。支护形式与参数数对围岩变形与与顶板离层控制制作用差别很大大。锚固区内离层最最大300mm，最小几乎0。其中10mm及以下占13%，10～50mm占56%，50～100mm占11%，100mm以上占20%。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（七）基于锚杆杆支护允许变形形的离层确定方方法锚固区内离层10～50mm居多，大部分处处于15-35mm；锚固区外离层最最大177.5mm，最小几乎0。10mm及以下占43%，10～50mm占41%；50～100mm占11%；100mm以上占5%。锚固区外离层层值以0～50mm居多，大部分处处于5-30mm之间。锚固区内离层值值大于锚固区外外离层值占89%，锚固区内离层层值小于锚固区区外离层值的仅仅占11%。锚固区外离层值值大于锚固区内内离层值一半占占39%，小于锚固区内内离层值一半的的占61%。顶板离层以锚锚固区内离层值值大于锚固区外外离层值占大多多数，且锚固区区外离层值小于于锚固区内离层层值一半居多。。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（七）基于锚杆杆支护允许变形形的离层确定方方法锚杆支护对岩石石弹性变形、峰峰值强度之前塑塑性变形控制作作用不明显；锚杆支护可有效效控制岩石峰值值强度后由于新新裂纹形成与张张开引起的扩容容变形与岩石碎碎胀；锚杆支护可有效效控制围岩内结结构面变形，包包括结构面滑动动、张开和离层层，阻止节理化化煤岩体的变形形与松散。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（七）基于锚杆杆支护允许变形形的离层确定方方法确定巷道顶板离离层界限值的原原则：离层界限应考虑虑煤岩强度和地地应力弹塑性变变形影响；顶板离层界限确确定必须与支护护形式参数密切切联系；顶板离层界限确确定必须密切考考虑锚杆支护系系统本身允许变变形量，应作为为确定顶板离层层界限的重要依依据；顶板离层界限确确定应根据不同同围岩类型与地地应力条件确定定，不能统一确确定为一个固定定值。基于已有理论研研究、井下实测测成果，据确定定顶板离层界限限原则，提出新新汶不同围岩类类型与地应力顶顶板离层界限的的参考值，三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（七）基于锚杆杆支护允许变形形的离层确定方方法将实测离层与离离层界限值比较较，分析顶板安安全性实测值小于界限限值，支护设计计合理，支护系系统处于允许变变形范围，顶板板处于安全状态态；实测值达到或超超过界限值，支支护系统已达到到或超过允许变变形量，支护系系统可靠性降低低，围岩变形与与顶板离层较大大，巷道顶板存存在安全隐患；；实测值达到或超超过界限值并不不意味顶板立即即会冒落，但顶顶板破坏、失稳稳、垮落可能性性增大；实测值达到或超超过界限值，应应及时分析超限限原因，修改支支护设计，采取取补强加固措施施，确保巷道安安全。三、深井巷道锚锚杆支护成套技技术内容（七）基于锚杆杆支护允许变形形的离层确定方方法岩性/离层值巷道埋深(m)锚固区内离层(mm)锚固区外离层(mm)备注煤层(10-20MPa)≤60035251、煤岩体强度过小或过大，可根据具体情况作适当调整；2、受临近动压影响的巷道，可根据动压影响程度作一定调整。600～8003827800-10004330＞10004834软岩层(20-40MPa)≤6003021600～8003222800-10003424＞10003626中硬岩层(40-70MPa)≤6002719600～8002820800-10003021＞10003223硬岩层(70Mpa以上)≤6002518600～8002518800-10002719＞10002719四、应用与效果果通过集中攻关研研究，使新汶矿矿区深部巷道，，特别是超千米米高地应力巷道道围岩变形与破破坏得到有效控控制，巷道支护护状况得到明显显改善，围岩稳稳定性与安全程程度得到显著提提高。新矿集团2005年以来，重点点加大高预应应力、高强度度锚杆支护推推广力度。公公司文件规定定在Ⅳ、Ⅴ类围岩巷道和和埋深超过800m、服务年限超超过5年开拓准备巷巷道必须推广广使用高预应应力、高强度度螺纹钢锚杆杆支护技术。。四、应用与效效果2006年二季度来，，在孙村、良良庄、华丰、、协庄、潘西西、翟镇、华华恒公司、华华泰公司及鄂鄂庄等矿共试试验推广应用用高预应力、、高强度锚杆杆支护巷道44409余米，计501845余套。逐渐消灭前掘掘后修现象，，特别在深部部应力集中区区和围岩松软软区支护效果果显著。新矿集团锚杆杆支护技术上上了一个新台台阶。五、技术经济与社会效效益锚杆支护理念念有较大突破破。从低强度度、低刚度被被动锚杆支护护转变为高预预应力、高强强度刚度主动动锚杆支护。。高预应力、强强力锚杆支护护成功进行超超千米深井高高应力巷道一一次支护，对对原有二次支支护理论提出出挑战，丰富富深井软岩巷巷道支护理论论，为我国深深部高应力软软岩巷道支护护提供重要参参考。高预应力强力力锚杆支护成成本虽然比原原支护有所提提高，但解决决了新汶深部部巷道前掘后后修，使巷道道掘进和维修修综合成本降降低，取得显显著经济效益益。解放大量用于于巷修人力物物力，用于掘掘进回采，矿矿区人工效率率大幅度提高高。五、技术经济与社会效益回采巷道支护直接接经济效益协庄矿1202E运输巷，原锚杆材材料消耗1217元/m，强力锚杆消耗1929.3元/m，强力锚杆多712.3元/m。2005年煤巷平均支护材材料费用1505元／m，煤巷进尺19150m，修复量50%，每米修复支护费费用为1217.0元，每米修复用工工12个，41.66元/工。2006年采用新支护体系系节约费用：279.93万元综合支护与修复费费用，高预应力锚锚杆比原支护每米米可节约费用146.18元/m。五、技术经济与社会会效益岩巷支护直直接经济效效益潘西矿后六六轨道上山山。高预应应力锚杆支支护段比原原支护巷道道每米材料料费多投入入593.44元。采用原支护护，巷道前前后共维修修三