煤矿巷道现代化支护技术

二、巷道围岩地质力学测试技术
地质力学测试的重要性
n 煤岩体地质力学参数：应力（ 原岩应力与采动应力），煤岩 体强度，结构。
n 地质力学参数是巷道布置与支 护设计的必要基础。
n 随着开采深度增加，井下地质 环境发生显著变化，地质力学 测试越显重要。
煤层结构(大同塔山)
二、巷道围岩地质力学测试技术
提出单孔、多参数、耦合地质力学原位快速测试方法
二、巷道围岩地质力学测试技术
开发出配套测试仪器-地应力测量
n 水压致裂法； n 煤矿井下SYY-56型小孔径水压致裂地应力测量装置。
小孔径水压致裂地应力测量原理
小孔径水压致裂地应力测量装置
二、巷道围岩地质力学测试技术
开发出配套测试仪器-煤岩体强度测试
n 钻孔触探法； n WQCZ-56型小孔径煤岩体强度测定装置。
，规模巨大，世界第一。
工作面 工作面
副 井
主副 井井 主
井
巷道
井工煤矿开采示意图
一、前言
地质条件复杂、煤层松软、埋深大、采动影响强烈
n 最大埋深： ；
n 煤层强度： 岩石的 ； 采动应 力影响, 原岩应力;
n 巷道变形
山东新汶深部巷道大变形状况-金属支架
一、前言
巷道开挖形成4种效应：
n 巷道围岩产生位移与破坏； n 无支护开挖边界为主应力
ü 北部、东部一致性好。 ü 西北部存在差异。 ü 中部构造应力规律性不强。 ü 东南部大多NE方向。 ü 实测与震源机制解基本趋
势一致，但局部差异较大。
二、巷道围岩地质力学测试技术
n 煤矿井下地应力分布影响因素 ü 主应力随深度增加而增大，但存在明显离散； ü 主应力受地质构造、煤岩体强度与刚度等因素影响明显。
二、巷道围岩地质力学测试技术
煤岩体结构分布特征
方向主体趋向NE。东部与西
部偏向NW；东南部多变。
大同市
大同矿区
朔州市 忻州市
轩岗焦家寨煤矿
吕梁市
太原市
阳泉市
晋中市
阳泉矿区
汾西矿区 潞安整合煤矿
临wk.baidu.com市
长治市 晋城市
潞安矿区 晋城矿区
运城市
山西省地应力分布图
二、巷道围岩地质力学测试技术
n 地应力方向分布-与震源机制解比较
ü 山西总体受NNE-NEE区 域主压应力控制。
型 钢 支 架
喷 射 混 凝 土
砌 碹
锚 杆
锚 索
注 浆
开 采 方 法
巷 道 布 置
人 工 卸 压
锚 喷 与 注 浆
锚 杆 与 支 架
…
一、前言
煤矿巷道支护发展历程
木支护
砌碹支护
型钢支护
锚杆支护
一、前言
目前煤矿巷道围岩控制主要形式
n 锚杆、锚索、锚喷支护。大面积推广应用，总体70%，有 些矿区90-100%。
煤矿巷道现代化支护技术
提纲
一、前言 二、巷道围岩地质力学测试技术 三、锚杆支护成套技术 四、破碎煤岩体注浆加固技术 五、坚硬顶板水力压裂技术 六、展望
一、前言
巷道支护是保障井工煤矿安全、高效生产的关键技术
n 巷道是井工煤矿开采的必要通道。煤矿安全、高效生产取
决于巷道畅通与稳定；
n 煤矿新掘巷道长度
1.5-2.5 1.0-2.0 0.5-1.5
二、巷道围岩地质力学测试技术
n 估算地应力的公式
k 117 0.622 H
平均水平应力与垂直应力比值随埋深变化
k-平均水平主应力与垂直
主应力比值
H-埋藏深度，m
二、巷道围岩地质力学测试技术
煤岩体强度分布规律
顶板抗压强度分布-宁煤
煤层抗压强度分布-淮南
潞安常村矿煤层上山锚杆支护
新汶协庄矿顺槽锚杆支护
一、前言
n 金属支架：工字钢、U型钢支架，钢管混凝土支架等。
(a) 梯形
(b) 拱形
(c) 马蹄形
(d) 环形
金属支架类型
新汶华丰矿大巷金属支架支护
一、前言
n 注浆加固：水泥─水玻璃；高分子材料，复合注浆材料。
浆液 锚杆 封孔器
出浆口 破碎岩体
锚杆与注浆加固示意图
σ1
P1
σ1
围岩变形；
n 改善围岩力学性能，发挥自
承能力；
σ2
n 降低或转移围岩应力。
巷道支护原理示意图
一、前言
提出多种巷道围岩控制技术
煤矿巷道围岩控制技术
支护法 支护力作用在 巷道围岩表面
的方法
加固法 深入围岩内部 保持围岩自承 能力的方法
应力控制法 减小或转移巷 道周围高应力
的方法
联合法 两种或多种巷 道围岩控制方 法联合使用
煤岩体强度测定原理
煤岩体强度测定装置
二、巷道围岩地质力学测试技术
开发出配套测试仪器-围岩结构观测
n 钻孔孔壁观察法； n KDBC-56型数字全景钻孔窥视仪，实现结构参数定量测量。
数字全景钻孔窥视仪结构
KDBC-56型数字全景钻孔窥视仪
二、巷道围岩地质力学测试技术
完成36个矿区测试
n 采用该测试技 术，完成36 个矿区测试。
n 最浅69m， 最深1342m, 涵盖了我国煤 矿绝大部分地 质条件。
二、巷道围岩地质力学测试技术
地应力测量
n 地应力方向分布-山西
朔州矿区
ü 北部方向NE。 潞宁矿区
ü 西部大多NW。
ü 中部两个趋向：NE和NW； 华晋沙曲矿
东部：NW。
汾西离柳矿区
ü 东南部：NE和NW。
ü 从北到南，最大水平主应力
面，对原岩应力场扰动； n 开挖边界围岩水压、气压
降低为大气压； n 开挖边界围岩温度、湿度
变化及风化作用，围岩力 学性质变化。
巷道开挖引起的物理力学效应
一、前言
巷道支护目的
n 控制围岩变形，保证断面满足要求；
n 保持围岩稳定，避免垮落，保证安全。
σ2
巷道支护原理
E，C，μ，
n 开挖边界施加约束力，控制
一、前言
n 复合支护：锚喷+注浆，锚喷+型钢支架，锚喷+混凝土砌 碹，锚杆+注浆+型钢支架。
义马耿村矿金属支架与锚杆联合支护
一、前言
n 卸压技术：高应力、冲击地压巷道，钻孔、切缝、爆破等。
巷道人工卸压法类型
一、前言
了解原岩 体特性 井下煤岩体地质力学参数测试与评估； 了解采动 体特性 巷道围岩变形、破坏特征与规律； 采动体支 护体关系 巷道支护与围岩相互作用关系，支护理论； 围岩控制 方法参数 提出合理的围岩控制方法与参数； 井下应用 信息反馈 井下施工，矿压监测，信息反馈与评价。
地应力与埋深的关系
侧压比与埋深的关系
二、巷道围岩地质力学测试技术
n 井下地应力场分布规律：浅部以水平应力为主，深部 垂直应力占优势，侧压系数在0.5-2.5之间。
煤矿井下地应力场分布特征
应力场类型
埋深H
侧压系数
σH>σh > σv σH>σv>σh σv>σH>σh
<250m 250-600m
>600m