掘进专业新知识培训课件

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大量的井下实测数据表明,结构面滑动、张开、 离层,以及新裂纹的产生是顶板离层的主要部 分,是巷道支护控制围岩变形的关键所在。
四、高预应力、强力一次支护理论
(煤科院)
锚杆预应力在巷道支护中的作用分析
控制围岩强度的降低
消除锚杆构件的初始滑移量 在围岩中产生附加锚固应力,改变开挖边界的约束
性质 当围压在0~1MPa范围内变化时,残余强度表现
出对围压很强的敏感性,即围压稍微增大,残余强 度增长很快。
能够改善围岩的应力状态并提高围岩承载能力 能够改善围岩体的变形性能
四、高预应力、强力一次支护理论
(煤科院)
提高锚杆预紧力的技术措施
(1) 提高螺母预紧力矩M
采用专门的高扭矩螺母拧紧设备 引进、开发锚杆台车和掘锚联合机组
(2) 减小预紧力与预紧力矩的转换系数k
2、截马公司的让压锚杆让压环强度如何确定: 让压环的强度一般为锚杆实际屈服强度的70~85%,
φ20mm的 KMG 500 型锚杆让压环强度为16±1 吨, φ22mm的为18±1吨。
六、新汶矿区锚杆支护发展
2004年,开始与科研院校合作,对深部巷道支护进行研究, 开展了《深部巷道支护成套技术研究》、《锚杆支护性能监测技术 研究》等项目的攻关,对深部高应力巷道的破坏机理,支护对策、 支护监测技术等方面进行研究,在采用高强锚杆、让压锚杆解决深 部高应力、动压影响下的煤巷、岩巷锚杆支护、设计等难题方面取 得了一定成绩,为快速掘进提供了支护保证。
庄39.8 MPa,潘西25.63 MPa。
一、新汶矿区深部巷道类型
2、破碎蠕变围岩巷道
节理、层理、裂隙等结构面发育,围岩破碎、流变性强、稳定性差, 支护困难。
3、受强烈动压影响巷道
与采煤工作面对穿巷道。上一工作面回采同时,紧邻掘进下一工作面ห้องสมุดไป่ตู้ 槽。巷道受到超前支承压力动压影响。
二次动压影响巷道。经受超前、采后动压影响全过程;下一工作面回采, 又经历一次采动影响。
锚杆支护类别
原有锚杆支护 强力锚杆支护
降低值
两帮移近量 /mm 779 173 77.8%
顶底板移近量 /mm 930 281 69.8%
顶板下沉量 /mm 195 40 79.5%
顶板离层 /mm 80 4 95%
七、应用实例:协庄矿1202E运输巷
原锚杆顶板破碎下沉大 强力锚杆顶板完整下沉小
七、应用实例:孙村矿-1100二采回风石门穿层掘进
为了能快速地给锚杆施加高预紧力,紧固螺母采用3800N.m型及 4000N.m以上气动扳机,锚杆安装扭矩达到600N.m以上,预紧力达到 80kN以上,真正实现了高预应力与高刚度。
七、应用实例:协庄矿1202E运输巷
埋深1200m, 原支护前掘后修。 新支护参数:
1. Φ25mm、2.4m强力锚杆 2. 高预紧力(80-100kN)、 破断力
深部及复杂困难巷道应采用高预应力强力锚杆支护,实现一次支护有 效控制围岩变形,避免二次支护。
四、高预应力、强力一次支护理论
(煤科院)

确定支护形式与参数的原则

•高预应力与预应力扩散原则;
支 护
• “三高一低”原则:高强度、

高刚度、高可靠性,低密度 • 临界支护刚度原则;
件 图
• 相互匹配原则;
弹性变形主要发生在巷道掘进过程中,在变形总量中所 占的比例不大。塑性变形由巷道的围岩应力水平与岩体 强度相对关系决定。
三、深部与复杂困难巷道围岩变形形式
(2)岩层扩容引起的围岩变形
岩石的扩容性与其性质及所受的应力偏量有很 大关系。随着应力偏量增加,应力偏量—体积 应变关系由线性过渡为非线性。当应力偏量超 过一定极限时,岩石就发生扩容现象。应力偏 量继续增加,则扩容也随之加大。当岩石发生 破坏之后,应力虽然降低,但体积变形一直在 增大,直至残余强度。
(400kN) 3. 280、5mm强力钢带 4. 取消锚索 5. 排距0.8m增大到1m
强力锚杆 (φ25mm,2.4m)
煤(2.4m) 3700
七、应用实例:协庄矿1202E运输巷
巷道变形大幅度降低。顶底板、两帮移近量、顶板下沉量降低70%、 79%、80%;顶板离层为原支护5%。
巷道支护状况发生本质改变,围岩完整、稳定。 一次支护有效控制超千米巷道变形,基本消除巷修。
七、应用实例:华丰矿-1100西岩巷
支护效果分析
(1) 一测区采用φ25×2400mm的强力锚杆支护,巷道进入稳定阶段后,围岩变形趋
于减弱。顶底移近量主要是以底鼓为主,两帮移近量也逐渐变小。
(2) 二测区采用φ22×2400mm的强力锚杆支护,巷道进入稳定阶段后,围岩变
形不稳定,顶板移近量、两帮移近量变形速度变化较缓,顶板移近量、两帮移近量相比
-1100m水平西大巷埋深为1200m,穿层掘进,揭露岩性为煤7(1) 至煤9之间的煤岩层。层理发育,夹细砂层条带,泥质胶结,稳定性差。 直墙半圆拱断面,宽3.7m,高3.85m,墙高2.0m。
试验支护段1: 经过数值模拟分析,确定-1100西岩巷采用树脂加长锚固强力锚杆支护系统配合喷
射混凝土支护。 锚杆:选用左旋无纵筋锚杆螺纹钢筋,规格为φ25×2400mm,杆尾螺纹为M27;采
降低螺母与锚杆螺纹段间的摩擦系数 (提高螺纹加工精度) 减小螺母、垫圈端面间的摩擦系数 (采用高效减摩副)
四、高预应力、强力一次支护理论
(煤科院)
锚杆预应力的影响
四、高预应力、强力一次支护理论
(煤科院)
理论基础:
锚杆作用控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容 变形与破坏,使围岩处于受压状态,抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切 破坏,保持锚固区围岩完整性,减小强度降低。
• 可操作性原则;
• 经济合理原则。
金属网
树脂锚固剂 钢带
托板 螺纹钢锚杆
减摩垫片 扭矩螺母
五、捷玛让压锚杆(美国)
载荷(吨)
24
y = -2E-05x6 + 0.0014x5 - 0.0482x4 + 0.8327x3 -
7.9113x2 + 39.374x - 63.569
R2 = 0.9765 22
三、深部与复杂困难巷道围岩变形形式
(1)弹塑性变形
由于受到原始应力的作用,巷道开掘前围岩处于弹性压 缩状态,开挖后原始应力平衡遭到破坏,一部分弹性能 得以释放,围岩就会产生向开挖空间移进的弹性变形。
巷道开挖后径向应力得到释放,切向应力产生应力集中, 周边围岩应力往往会超过屈服极限,围岩将逐步发生塑 性变形。
巷道地质条件:该巷道埋深为1275.6m,位于煤4顶板至煤6 顶板砂岩内,上覆2221工作面、2421工作面已结束。该巷道 位于煤4顶板砂岩至煤6顶板砂岩中,层厚平均73m。
永久支护及质量要求:采用锚网喷一次支护作为永久支护,支 护材料为高强度螺纹钢锚杆(规格Ф22×2200mm),两支 树脂药卷(Ф28×350mm、Ф28×600mm各一支)锚固, 锚杆间排距为800m。Ф6 mm钢筋网,网格100×100 mm, 沿巷道周长方向布置,用双股10#铁丝每200 mm连网一次。 喷射混凝土:喷层厚度150mm,混凝土强度不小于C20。
一测区较大。
(3) 二测区巷道在深部地压下,围岩属高应力软岩,受重力影响,承受较大压力,
锚杆虽然实现了加长与全长锚固,但只有锚杆自由段能够施加 预应力,不能实现全长预应力锚固,影响支护效果。
对组合构件(钢筋托梁、钢带)在锚杆支护系统中的重要作用 认识不足。组合构件的强度、刚度、护表面积不够。在巷道变 形量大的地段经常出现组合构件被剪断、压穿等现象,支护效 果受到严重影响。
由于锚杆、锚索强度和刚度偏低,不得不增加锚杆支护密度, 严重影响巷道掘进速度,采掘接续紧张。
在锚固区形成刚度大的次生承载结构,阻止锚固区外岩层产生离层, 改善围岩深部应力分布。
锚杆预应力起决定性作用,确定合理预应力是支护设计关键。高预应 力要求锚杆具有高强度。
预应力扩散更为重要。单根锚杆预应力作用范围有限,必须通过托板、 钢带等构件将预应力扩散到离锚杆更远围岩中。钢带、金属网等构件 在预应力支护系统中发挥极其重要的作用。
支护效果:经开挖后65天表面位移观测,累计顶底板移进量 为100mm、两帮累计移近量为60mm。从表面位移观测数据 及巷道宏观状况总体来看,巷道表面位移不大,巷道无明显的 变形特征,锚杆受力稳定,无明显起伏不定,说明对围岩的控 制是有效的,其支护形式能够满足围岩控制要求。
七、应用实例:华丰矿-1100西岩巷
依靠科技进步,不断提高 掘进技术管理水平
(掘进专业工程技术人员培训班)
2012年5月
主要内容:
第一部分 深部巷道支护技术发展 第二部分 煤(半)巷综掘机机械化作业线 第三部分 大断面岩巷机械化快速掘进 第四部分 2012年掘进技术规范修改
第一部分 深部巷道支护技术发展
一、新汶矿区深部巷道类型
1、深部高地应力巷道
采深度以50m/年左右的速度增加,5对矿井开采深度达到千米以 下,最大采深1300m。
孙村、华丰、协庄、潘西、华恒公司等。 高地应力、高地温、开采扰动。 巷道压力大、围岩变形大、破坏严重,前掘后修、多次翻修,
甚至冒顶片帮。 据煤科院测算,孙村最大主应力达到34MPa,华丰42.1MPa,协
2005年,重点加大了高预应力、高强度锚杆支护的推广力度。在Ⅳ、 Ⅴ类围岩巷道和埋深超过800m、服务年限超过5年的开拓准备巷道推 广使用高预应力、高强度螺纹钢锚杆支护成套技术。
同时,配套使用了高强度、高刚度W型钢带,不仅显著扩大了锚杆预 应力的作用范围,而且提高了锚杆支护的整体作用。高预应力、高强 度、高刚度支护系统大幅度提高了巷道支护效果。
20
18
让压点
16
14
12 D
10
8
6
4
2 最大让压距离
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 变形(MM)
五、捷玛让压锚杆(美国)
1、高强高预应力可变性让压锚杆的特点: 强度高,预应力大;系统具有可变形让压功能;安 装简单,速度快,安全可靠;组合粱效果好;适合 于大采深,大变形,动压,沿空巷道小煤柱护巷支 护。
受二次、多次强烈采动影响,变形剧烈,传统支护无能为力,多次维修 翻修,安全得不到保证。
一、新汶矿区深部巷道类型
4、特大断面巷道
巷道断面越来越大,特大断面。煤层大巷跨度6m (20m2);顺槽 5-6m(15~20m2)(新巨龙) 。
5、沿空掘巷
煤柱小、围岩破碎,受到动压影响,煤柱、煤体变形很大。沿 未稳定采空区掘巷,支护困难。
在高应力作用下,岩层扩容是引起巷道围岩变 形的一个重要原因。
三、深部与复杂困难巷道围岩变形形式
(3) 结构面变形与离层
在煤系地层中结构面是天然的力学弱面,巷道 变形失稳首先从这些弱面开始,微观表现为弱 面间的滑动和张开,宏观上就表现为围岩的离 层与位移。特别对于顶板岩层,当底面发生张 开破坏、下沉后,各层之间逐渐失去力学联系, 在岩层自重和水平力的挤压作用,离层将进一 步扩大,导致顶板岩层失稳、垮落。
用高强螺母M27×3,配合高强托板、调心球垫和尼龙垫圈;托板规格为 150×150×12mm,承载能力不低于400kN。 锚固剂:每根锚杆均用两支树脂药卷进行加长锚固:规格分别为K2835和Z2860。 护板:采用W型钢护板护顶、护帮。护板规格:厚度5mm,宽280mm,长度300mm。 网:巷道全断面铺设冷拔黑铁丝经纬网,底板不铺网。铁丝为10#,其规格为长×宽 =5000×1000mm,网孔规格为80×80mm。网与网之间要有100mm搭茬,每 200mm采用双股铁丝扭结。两帮必须有不少于100mm的基础。 顶、帮锚杆间排距为800×800mm。底板锚杆三根,间距1000mm,排距800mm 试验支护段2: 原有支护不变,强力锚杆变为:杆体为22#左旋无纵筋锚杆专用螺纹钢筋,锚杆规格为 φ22×2400mm,杆尾螺纹为M24。
6、沿空留巷与采空区留巷
沿空留巷、采空区留巷经历强烈采动影响,支护十分困难。
二、新汶矿区深部巷道支护存在的问题
锚杆预应力小,支护刚度低,锚杆主动支护作用不能发挥,不 能有效控制围岩早期离层与破坏,围岩强度与完整性丧失过大, 导致顶板下沉、两帮鼓出。
在深部复杂困难巷道,均出现不同程度的锚杆被拉断、剪断和 弯曲断裂的现象,锚杆强度偏低,锚杆受力状态不佳,锚杆材 质和结构有待进一步改进。
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