冲击地压巷道锚杆支护技术(精品课件)
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支承压力
回采工作面周围应力分布
矩形巷道围岩受力状况
8
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
3 煤矿巷道支护的难度
巷道支护状态特殊：服务时间 短，允许有一定变形，但必须 稳定；采后能及时垮落
松软、破碎、高应力等复杂困 难巷道比重大(60%)
回采巷道受力与变形状态
支护速度与成本要求苛刻
高地应力巷道变形严重
冲击地压巷道锚杆支护技术
天地科技开采设计事业部发展历程
煤炭科学研究总院北京开采所
1957
煤炭科学研究总院 天地科技股份有限公司开采设计事业部
1999
中国煤炭科工集团（煤炭科学研究总院） 天地科技股份有限公司开采设计事业部
（煤炭科学研究总院开采设计分院）
现在
天地科技开采设计事业部组织机构
天地科技股份有限公司开采设计事业部
低强度
高强度 高预应力 高强度
14-20 18-22 20-25
50-120 120-200 200-400
预应力 /kN
0-10 10-20
60-120
锚固方式
端部锚固 端锚、加长锚固 加长、全长预应力锚固
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
6 煤矿锚杆支护取得的成果 理论：深化了对锚杆支护作用机理的认识，特别是锚
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
4 煤矿巷道支护技术的发展过程
锚杆支护
砌碹支护
型钢支护
木支护
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
5 煤矿巷道锚杆支护发展过程
低强度锚杆
早期适用于简 单条件(5%)
高强度锚杆
不能满足困难 巷道支护
高预应力强力锚杆
解决复杂巷道支 护难题
锚杆类型 直径/mm 拉断载荷/kN
锚固前后应力应变曲线
悬吊
组合梁
加固拱
13
1.2、锚杆支护理论的发展
我国提出的锚杆支护理论
1、新奥法的引进与改进 2、围岩松动圈支护理论 3、联合支护理论 4、围岩强度强化理论 5、软岩工程力学理论 6、预应力支护理论
1.2、锚杆支护理论的发展
2 对锚杆支护作用的认识
锚杆支护的本质作用与关键参数
围岩变形形式：不连续 、不协调变形；连续、 整体变形。
后勤部 文印中心
煤炭工业矿山压力信息 中心站冲击矿压分站
《煤矿开采》杂志编辑部
汇报提纲
1、煤巷锚杆支护技术的发展 2、锚杆支护对冲击地压的适应性 3、冲击地压巷道锚杆支护作用原理 4、 “抗冲击锚杆支护系统”的概念 5、冲击地压巷道支护能量校合设计法
4
1、煤巷锚杆支护技术的发展
• 1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程 • 1.2、煤矿巷道支护理论发展 • 1.3、锚杆支护技术的发展
-5000
支护应力场
原岩+采动+支护=综合应力场
1.2、锚杆支护理论的发展
2 井下锚杆受力状态
不垂直，不是理想的拉伸
受拉、弯、扭、剪切
i
4Pt
d2
32M
d3
2
768
Mt
d3
2
杆体受力极不均匀，大部分锚 杆在屈服状态下工作
高强度，高延伸，高冲击韧性
1.2、锚杆支护理论的发展
5 预应力支护理论
Z
综合应力场概念
0
Y
0 0
原岩、采动及支护应力场构成煤矿井下综合应力场
以应力场为主线，将原岩体、采动体及支护体有机结合在一 体。巷道支护、岩层控制归结为“三场”相互作用与协调
0
0
σv
σH
σH
σv
原岩应力场
采煤工作面周围应力分布
-5000
-10000
-10000
-20000 -40000
0
0
-40-04000000 -20000
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
1 煤矿巷道工程的规模
年新掘巷道长度相当 于地球直径
井工开采示意图
我国煤矿85%是井工开采 每年新掘巷道总长度1.万公里
规模巨大，世界第一
6
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
2 煤矿巷道工程的特点
2.1 煤矿沉积岩层地质特点
顶 板 岩 石 钻 孔 观 测 图
5000 5000 -5000
5000 0 10000
-500-050000 0
5000
-10000 0
-20000
-20000 -40000
-5000
-5000
5000 -60000
-20000 -40000 -60000
-80000
-70000
-20000
-5000
-60000
-10000
-50-05000
Te学x术t in委h员er会e
天地科技股份有限公司设计研究院 开采装备技术研究所 特殊采煤与矿区环境治理研究所
中国煤炭学会岩石力学 与支护专业委员会
中国煤炭学会煤矿开采 损害技术鉴定委员会
巷道矿压与支护技术研究所
煤炭工业开采信息中心站
采矿技术研究所 示范工程部 安全生产部 综合办公室
经营部
煤炭工业矿山压力信息 中心站综采矿压分站
-1010000-000060000 -20000
-6000-070000
-60000 -120000
-60000 -80000
-70000 -12 -080000000
-80000
-40000 -7000-1020000
-80000 -60000
-80000
0 -60000
-40000
-280000
锚杆预应力及扩散起关键作用 ：大幅提高预应力，并实现有 效扩散，可抑制围岩变形，减 小围岩强度损失。
不连续、不协调变形
连续变形
1.2、锚杆支护理论的发展
支护应力场概念：支护在围岩及本身内部产生的应力场
掘进工作面锚杆支护应力
1.2、锚杆支护理论的发展 Frame 001 28 Nov2006 FLAC3D toTecplot10
杆预应力及其扩散的重要作用。 技术：形成了以地质力学测试、以高强度锚杆与锚索
为核心的成套支护技术。 应用：得到大面积推广应用，一些矿区达到90%，甚
至100%，很多矿区达到70%。实现安全、高效生产 必不可少的关键技术。
1.2、煤矿巷道支护理论发展
1 锚杆支护理论概论
传统锚杆支护理论
悬吊作用（只考虑拉伸作用） 锚固区内形成结构(梁、层、拱、壳) 改善锚固围岩力学性能与应力状态
强度低(煤5-20MPa，
岩石10-60MPa)
结构面发育，破碎
淮南煤田地质构造分布图
地质构造复杂
开采深度大(最大1500m)，地应力
高，构造应力复杂
7
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
2.2 生产特点
采动影响强烈（2-5倍原岩应力 ），范围大
煤柱宽度小甚至无煤柱
矩形巷道断面 回采巷道服务时间短
回采工作面周围应力分布
矩形巷道围岩受力状况
8
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
3 煤矿巷道支护的难度
巷道支护状态特殊：服务时间 短，允许有一定变形，但必须 稳定；采后能及时垮落
松软、破碎、高应力等复杂困 难巷道比重大(60%)
回采巷道受力与变形状态
支护速度与成本要求苛刻
高地应力巷道变形严重
冲击地压巷道锚杆支护技术
天地科技开采设计事业部发展历程
煤炭科学研究总院北京开采所
1957
煤炭科学研究总院 天地科技股份有限公司开采设计事业部
1999
中国煤炭科工集团（煤炭科学研究总院） 天地科技股份有限公司开采设计事业部
（煤炭科学研究总院开采设计分院）
现在
天地科技开采设计事业部组织机构
天地科技股份有限公司开采设计事业部
低强度
高强度 高预应力 高强度
14-20 18-22 20-25
50-120 120-200 200-400
预应力 /kN
0-10 10-20
60-120
锚固方式
端部锚固 端锚、加长锚固 加长、全长预应力锚固
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
6 煤矿锚杆支护取得的成果 理论：深化了对锚杆支护作用机理的认识，特别是锚
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
4 煤矿巷道支护技术的发展过程
锚杆支护
砌碹支护
型钢支护
木支护
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
5 煤矿巷道锚杆支护发展过程
低强度锚杆
早期适用于简 单条件(5%)
高强度锚杆
不能满足困难 巷道支护
高预应力强力锚杆
解决复杂巷道支 护难题
锚杆类型 直径/mm 拉断载荷/kN
锚固前后应力应变曲线
悬吊
组合梁
加固拱
13
1.2、锚杆支护理论的发展
我国提出的锚杆支护理论
1、新奥法的引进与改进 2、围岩松动圈支护理论 3、联合支护理论 4、围岩强度强化理论 5、软岩工程力学理论 6、预应力支护理论
1.2、锚杆支护理论的发展
2 对锚杆支护作用的认识
锚杆支护的本质作用与关键参数
围岩变形形式：不连续 、不协调变形；连续、 整体变形。
后勤部 文印中心
煤炭工业矿山压力信息 中心站冲击矿压分站
《煤矿开采》杂志编辑部
汇报提纲
1、煤巷锚杆支护技术的发展 2、锚杆支护对冲击地压的适应性 3、冲击地压巷道锚杆支护作用原理 4、 “抗冲击锚杆支护系统”的概念 5、冲击地压巷道支护能量校合设计法
4
1、煤巷锚杆支护技术的发展
• 1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程 • 1.2、煤矿巷道支护理论发展 • 1.3、锚杆支护技术的发展
-5000
支护应力场
原岩+采动+支护=综合应力场
1.2、锚杆支护理论的发展
2 井下锚杆受力状态
不垂直，不是理想的拉伸
受拉、弯、扭、剪切
i
4Pt
d2
32M
d3
2
768
Mt
d3
2
杆体受力极不均匀，大部分锚 杆在屈服状态下工作
高强度，高延伸，高冲击韧性
1.2、锚杆支护理论的发展
5 预应力支护理论
Z
综合应力场概念
0
Y
0 0
原岩、采动及支护应力场构成煤矿井下综合应力场
以应力场为主线，将原岩体、采动体及支护体有机结合在一 体。巷道支护、岩层控制归结为“三场”相互作用与协调
0
0
σv
σH
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σv
原岩应力场
采煤工作面周围应力分布
-5000
-10000
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-20000 -40000
0
0
-40-04000000 -20000
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
1 煤矿巷道工程的规模
年新掘巷道长度相当 于地球直径
井工开采示意图
我国煤矿85%是井工开采 每年新掘巷道总长度1.万公里
规模巨大，世界第一
6
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
2 煤矿巷道工程的特点
2.1 煤矿沉积岩层地质特点
顶 板 岩 石 钻 孔 观 测 图
5000 5000 -5000
5000 0 10000
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-10000 0
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-20000 -40000
-5000
-5000
5000 -60000
-20000 -40000 -60000
-80000
-70000
-20000
-5000
-60000
-10000
-50-05000
Te学x术t in委h员er会e
天地科技股份有限公司设计研究院 开采装备技术研究所 特殊采煤与矿区环境治理研究所
中国煤炭学会岩石力学 与支护专业委员会
中国煤炭学会煤矿开采 损害技术鉴定委员会
巷道矿压与支护技术研究所
煤炭工业开采信息中心站
采矿技术研究所 示范工程部 安全生产部 综合办公室
经营部
煤炭工业矿山压力信息 中心站综采矿压分站
-1010000-000060000 -20000
-6000-070000
-60000 -120000
-60000 -80000
-70000 -12 -080000000
-80000
-40000 -7000-1020000
-80000 -60000
-80000
0 -60000
-40000
-280000
锚杆预应力及扩散起关键作用 ：大幅提高预应力，并实现有 效扩散，可抑制围岩变形，减 小围岩强度损失。
不连续、不协调变形
连续变形
1.2、锚杆支护理论的发展
支护应力场概念：支护在围岩及本身内部产生的应力场
掘进工作面锚杆支护应力
1.2、锚杆支护理论的发展 Frame 001 28 Nov2006 FLAC3D toTecplot10
杆预应力及其扩散的重要作用。 技术：形成了以地质力学测试、以高强度锚杆与锚索
为核心的成套支护技术。 应用：得到大面积推广应用，一些矿区达到90%，甚
至100%，很多矿区达到70%。实现安全、高效生产 必不可少的关键技术。
1.2、煤矿巷道支护理论发展
1 锚杆支护理论概论
传统锚杆支护理论
悬吊作用（只考虑拉伸作用） 锚固区内形成结构(梁、层、拱、壳) 改善锚固围岩力学性能与应力状态
强度低(煤5-20MPa，
岩石10-60MPa)
结构面发育，破碎
淮南煤田地质构造分布图
地质构造复杂
开采深度大(最大1500m)，地应力
高，构造应力复杂
7
1.1、煤巷支护技术的特点及发展历程
2.2 生产特点
采动影响强烈（2-5倍原岩应力 ），范围大
煤柱宽度小甚至无煤柱
矩形巷道断面 回采巷道服务时间短