张农-煤矿巷道支护的几个技术问题2

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
谢桥煤矿12228
区段煤巷支护工业性试验
谢桥矿1212(3)综放工作面煤巷桁架支护工业性试验   层厚
细沙岩
砂质泥岩
细沙岩岩性柱状
锚带网、锚索和预拉力桁架“三位一体”支护
5
顶板预拉力锚梁网索组合支护
顶板预拉力锚带网索组合支护
1.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
底鼓普遍而且强烈，常常在的一类巷道，底鼓普遍而且强烈，
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
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
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。

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。

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”
锚杆的精细化加工
050100150200250300
两帮移近量/mm
锚杆载荷实测曲线
2. 巷道围岩强度的强化
侯朝炯教授提出围岩强度强化理论●锚固体的力学性能改善
●注浆加固体的力学性能改善
4．2 1.8:1 1.0
3.关键承载部位的强化
●关键破坏区域是客观存在的
▪由于围岩的赋存不均匀性，有软弱区域
▪由于围岩应力场的非对称性，有不同的破
坏特征
浅埋巷道治理的中心是顶板，建立了梁式、拱式等非封闭式承载结构
●深井高应力软岩巷道是全方位大范围变形破坏，必须形成封闭式环形对称或非对称承载结构
关键部位的强化
很多软岩支护失败的原因是支护的重点仍然集
中在顶部，帮、底支护强化措施没有跟上
施工过程控制技术
应力场的调整
–1)区域应力场的调整
–2)
微观应力场的改善
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
目前任何一种单一的支护方式都不能满足围岩变形的要求，客观上要求通过综合治理联合支护来维持
软岩稳定。

支护技术已发展到必须充分利用和调动巷道围岩强
度和自身承载能力的围岩控制阶段。

巷道围岩与支护的相互作用是一个非线性动态响应过程
–不同应力路径下岩体强度特性的研究揭示出岩体的变形破坏与其内在结构和所处的应力环境密切相关，由于应力路径不同，导致的岩体变形破坏过程也不同。

–开挖与支护方式、支护时机的不同组合导致的围岩变形和破坏应该是不同的。

2.分阶段动态加固原理
2.分阶段动态加固原理
●随巷道开挖围岩的赋存状态是动态变化的，是围岩强度不断降低的平衡过程；在这个过程中巷道围岩总能保持一定的自稳能力，但随其内部结构和外部约束的变化而消长；●巷道围岩变形和破坏表现为明显的阶段性特征，各阶段的力学性能和强度变化规律各不相同，动态监测巷道围岩的变形和强度弱化过程，针对性地采取加固补强措施，才可能最经济地维护软岩巷道的稳定。

2.分阶段动态加固原理
●不同支护技术的组合，同一支护的不同加固时机对巷道围岩的变形和稳定有不同的影响，应当优化选择；
●支护选型应以充分利用和维持围岩自稳能力，强化围岩支撑结构为标准，优先选择主动加固方式的支护技术，包括混凝土喷层、锚杆支护、围岩注浆加固等技术。

软岩巷道注浆加固主要采用两种方式
⏹在其它支护的基础上，单独钻孔注浆加固。

⏹将注浆和锚杆统一起来的锚注支护技术。

通俗地说，较深部围岩适宜作锚固位置，且应按围岩稳定性的要求及时安装；浅部围岩适宜注浆加固，但应在围岩经历一定程度的变形破坏后，裂隙比较发育时实施 。

一项新技术：新型锚注技术薄壁管式锚杆和水泥
浆为基础的锚注技术
锚杆强度低
注浆加固效果差
充填注浆、灌注
新型高强螺纹管式锚
注一体化技术
杆体强度高、锚固性
能好
化学注浆渗透性强
裂隙加固
二、控制技术
–高强预应力（锚杆）支护
●高性能锚杆
●预拉力钢绞线桁架
●M型钢带
–滞后注浆加固技术
–组合支护的分步实施
●软岩喷锚注分步加固技术
●煤巷组合支护的分步实施
–破碎煤岩体的加固技术
●注浆锚索
●钻锚注一体化技术；
●自固式锚杆
–玻璃钢锚杆等新型支护材料–大孔径锚索、组合锚索
2.2巷道围岩的滞后注浆加固技术
●及时喷；
–体现“让压”、“护顶”
●适时锚；
–形成有效的支护结构和支护强度；
–采用新型的高强预应力锚杆；
●滞后注浆；
–把握注浆时机；
–注浆材料
●锚注一体化技术的利弊；
示例：朱仙庄二水平巷道治理。