煤巷高性能锚杆支护技术讲解

煤巷高性能锚杆支护技术及实践
目录
引言 国内外煤巷锚杆支护技术发展概状及比较 煤巷锚杆支护理论 高性能预拉力锚杆支护 顶板离层控制技术 工程应用示例
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1 引言
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1.1煤巷的重要性
我国煤矿年掘进量超过2000万m，其中煤 巷通常占矿井年新掘巷道的80%以上，占 保有巷道的80%；
是矿井运输、通风、排水、行人和保障安 全的必备和主要通道。
1.2 煤巷的主要特点
支护的对象是破裂煤岩体：围岩松软、破碎， 节理、层理发育；两帮煤体既松软又性脆；围 岩锚固性能差；
工程条件复杂多变：受地质构造影响，在同一 条巷道内围岩结构及物理力学性质变化大；构 造应力也有很大差别；围岩分类可能相差1～2 类，需要采取不同的支护方式和参数；
1.2 煤巷的主要特点
高于自重应力数倍的强烈采动高应力作用， 绝对变形量达到500～1500mm以上，一般为岩 巷的几倍到几十倍；
巷道工程量大，服务时间短；
要求支护结构安全可靠，又要简单实用。
1.3 煤巷支护落后的严重后果
煤巷安全没有根本保障 被迫开掘大量费用高、环节多的岩巷； 巷道支护成本高，占到吨煤成本的1/3； 严重制约回采面的推进，单产低，矿井
综合效益差。
很多煤巷现有支护难以适应，损坏严重，巷道维护十 分困难，影响矿井高产高效、安全和经济效益的提高。
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2 国内外煤巷锚杆支护 技术发展概状及比较
2.1 国外锚杆支护的发展概状
40年代在国外得到了迅速发展，主要历程： 1945～1950：机械式锚杆的研究与应用 1950～1960：采矿业广泛采用机械式锚杆，开始对 锚杆进行系统研究 1960～1970： 发明了树脂药卷，引发锚杆技术的一次革 命，树脂锚杆在矿山得到应用 1970～1980：发明管缝式锚杆、水力账管式锚杆并应用 ，研究锚杆新的设计方法，长锚索产生 1980～1990：混合锚头锚杆、组合锚杆、桁架锚杆及各 种特种锚杆得到应用，树脂锚固材料得到改进
美国
世界上最早使用锚杆并以锚杆作为唯一的煤矿顶板支护方式的国家
美国最早开创性地使用锚杆可以追溯到本世纪30年代初。直到1943年才 比较有计划有系统地使用锚杆。
1947年在原美国矿务局研究中心旨在减少顶板事故的努力下锚杆受到普 遍欢迎。在不到2年的时间内，锚杆在采矿工业中得到普及。
到了50年代初，美国发明了世界上第一个涨壳式锚头，由此而来带来了 美国采矿工业的一场革命。
60年代末由于树脂锚固剂的发明，锚杆使用的相当一部分比例都是以树 脂锚固剂全长胶结的形式。
在70年代末，美国首次将涨壳式锚头与树脂锚固剂联合使用，使得锚杆 具有很高的预拉力成为可能，锚杆的高预拉力可以达到杆体本身强度的 50%～75%。
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美国的成功经验
产业化 作为一门技术，而非材料消耗、废品利用
多样化、多系列，以适应各种不同的条件 锚杆设计、制造、服务一体化 高新技术用于锚杆设计
美国锚杆技术精髓 ---- “两高一大”
高强度 高预拉力 大排间距
澳大利亚: 主要推广全长树脂锚固锚杆、玻璃钢锚杆；
澳大利亚的51座井工矿中，有34座至少拥有1个长壁工作 面。长壁工作面采用双巷掘进系统。长壁工作面采区煤巷掘 进速度滞后是影响澳大利亚煤炭工业发展的一个主要因素。 每掘进1m煤巷，安装6根顶板锚杆和2根煤壁锚杆，每班安 装锚杆100～120根。根据不同地质条件，安装锚杆的根数也 会变化。目前一些煤矿采用了安设有锚杆机的连续采煤机， 但由于锚杆安装速度跟不上工作面回采速度，一些煤矿逐渐 采用了位置变换开采法。澳大利亚主要推广全长树脂锚固锚 杆，强调锚杆强度要高。澳大利亚锚杆支护率１００％．
英国
1952年大规模使用机械式锚杆，但最终证明英 国较软弱的煤系地层不适宜用机械式锚杆。
到60年代中期，英国逐渐开始不使用锚杆支护 技术。
1987年，由于煤矿亏损，煤矿私有化。英国煤 炭公司参观澳大利亚煤矿，引进澳大利亚锚杆 技术，在全行业重新推广锚杆支护，煤矿开始 盈利。
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南非 一般地讲，南非大部分井工矿煤层是硬砂岩顶板，开采条
件良好。南非57个井工矿均采用了不同的顶板锚杆安装形式， 由于地质条件良好，锚杆安装作业并不构成采煤作业的“瓶颈 ”。为了阻止顶板岩层的局部冒落，一些煤矿安装了严格的顶 板岩层监控系统。大部分煤矿采用了房柱式开采方式，长壁工 作面所占的比重不足10%。
德国 自1932年发明Ｕ型钢支架以来，主要采用Ｕ型钢支架支
护巷道，支护比重达到90%以上；自80年代以来，由于采深加 大，Ｕ型钢支架支护费用高，巷道维护日益困难，开始使用锚 杆支护；80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区试验成功。
俄罗斯
俄罗斯煤炭工业正在发生重大改革和重组，一 些亏损的煤矿被迫关闭。俄罗斯目前约有200座井工矿 ，全部采用单巷长壁开采系统。西伯利亚库兹巴斯矿 区的一些煤矿采用顶板锚杆（点固锚杆或点固树脂锚 杆）支护形式，锚杆长度1.6～1.8m，承载能力6～8t。 随着经验的积累，这种支护系统将不断得到完善。但 由于缺乏资金，对现代化锚杆支护设备的维护和改进 工作进展非常缓慢。
波兰
尽管波兰是世界第4大井工矿煤炭生产国（年产量约 120Mt，位居中国、美国和俄罗斯之后），但是波兰没有 一个煤矿将锚杆支护用作永久顶板支护技术。所有井工 矿采用被动受力的钢型（U型钢）支架。随着高产高效长 壁工作面的采用，工作面端头的U型钢支架的缓慢拆除速 度和缓慢、昂贵的采区煤巷掘进速度严重阻碍了工作面 的回采速度。
由于缺乏操作经验、作业标准和地质条件差（尽管 其它国家在相同地质条件下取得了锚杆支护作业的成功 ），波兰向锚杆支护技术的转变过程最缓慢。为了获得 最大的煤炭回采率，采区巷道需要重复使用，这导致了 顶板支护条件恶劣，不利于巷道快速掘进和工作面快速 回采。
印度
印度井工矿年产煤炭80Mt，其中90%来自非机械 化和半机械化（钻眼、爆破和采用侧卸式装载机装载 ）房柱式开采工作面。大多数井工矿采用锚杆支护方 式，采用点固锚杆或承载能力为6～8t的水泥锚杆。近 几年一些井工矿对连续采煤机和全部机械化房柱式开 采系统很感兴趣，同时全脂锚杆也将得到使用。