深井高地应力巷道锚杆支护成套技术

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1、深井高地应力巷道深井高地应力巷道锚杆支护成套技术锚杆支护成套技术煤炭科学研究总院开采研究分院煤炭科学研究总院开采研究分院20072007年年3 3月月目目 录录 一一、国内深部开采现状、国内深部开采现状 二、二、深部深部巷道支护研究现状巷道支护研究现状 三、深井巷道锚杆支护成套技术内容三、深井巷道锚杆支护成套技术内容 四、应用与效果四、应用与效果 五、五、经济与社会效益经济与社会效益 六、主要结论与建议六、主要结论与建议一一、国内深部开采现状、国内深部开采现状q 我国煤矿开采深度以我国煤矿开采深度以8-12m/年的速度增加，东年的速度增加，东部矿井部矿井10-25m/年。年。q 国有重点煤矿，

2、开采深度达国有重点煤矿，开采深度达10001000m m深矿井有数深矿井有数十处，最大采深超过十处，最大采深超过1 1300m300m。q 主要分布在新汶、淄博、开滦、北票、沈阳、主要分布在新汶、淄博、开滦、北票、沈阳、徐州、淮南、长广等矿区。徐州、淮南、长广等矿区。q 19801980年平均开采深度年平均开采深度288288m m，19951995年年428.83428.83m m，20002000年以后超过了年以后超过了500500m m。一一、国内深部开采现状、国内深部开采现状q 随着煤炭科学技术进步，矿山现代化促进了生随着煤炭科学技术进步，矿山现代化促进了生产的高产高效，进一步加速矿井

3、深度的增加。产的高产高效，进一步加速矿井深度的增加。q 浅矿井数目大为减少，中深矿井数目明显增加，浅矿井数目大为减少，中深矿井数目明显增加，深矿井将成倍增加，并将出现更多的特深矿井。深矿井将成倍增加，并将出现更多的特深矿井。q 预计在未来预计在未来2020年我国很多煤矿将进入到年我国很多煤矿将进入到1000-1000-15001500m m的开采深度。的开采深度。一一、国内深部开采现状、国内深部开采现状q 高地应力：垂直应力明显增大；深部岩体形高地应力：垂直应力明显增大；深部岩体形成历史久远，构造应力场复杂，应力高。成历史久远，构造应力场复杂，应力高。q 高地温：地温梯度高地温：地温梯度30-

4、50C/km。热胀冷缩，热胀冷缩，温度变化温度变化1 产生产生0.4-0.5 MPa应力变化。应力变化。q 高岩溶水压：地应力与地温升高，岩溶水压高岩溶水压：地应力与地温升高，岩溶水压升高，矿井突水严重。升高，矿井突水严重。q 开采扰动：高地应力下，采动影响强烈，地开采扰动：高地应力下，采动影响强烈，地压大，破坏严重。压大，破坏严重。一一、国内深部开采现状、国内深部开采现状q 深部岩体的脆弱深部岩体的脆弱- -塑性转化塑性转化 在不同围压下岩石表现出不同的特性。在较在不同围压下岩石表现出不同的特性。在较 低围压低围压 下脆性，在高围压下转化为塑性。下脆性，在高围压下转化为塑性。 q 深部岩体的

5、流变特性深部岩体的流变特性 在深部高应力作用下，岩石具有较强的时间效应，表在深部高应力作用下，岩石具有较强的时间效应，表现为明显的流变或蠕变。现为明显的流变或蠕变。q 深部岩体的扩容特性深部岩体的扩容特性 在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开，出现在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致岩石体积增大，扩容膨胀。新裂纹导致岩石体积增大，扩容膨胀。q 矿山工程垮落、冒顶发生频率增加矿山工程垮落、冒顶发生频率增加 矿井深度增大，围岩应力高于围岩强度，增大围岩的矿井深度增大，围岩应力高于围岩强度，增大围岩的失稳性和支护难度。极易导致顶板垮落，出现事故。失稳性和支护难度。极易导致顶板

6、垮落，出现事故。q 冲击地压与煤岩突出灾害明显加剧冲击地压与煤岩突出灾害明显加剧 随着矿井深度增大，煤岩体应力加大，冲击地压发生随着矿井深度增大，煤岩体应力加大，冲击地压发生的频率、强度和规模随之增加。的频率、强度和规模随之增加。q 矿压显现强烈，巷道变形量明显增大，给矿山生产系矿压显现强烈，巷道变形量明显增大，给矿山生产系统安全运行带来严重问题统安全运行带来严重问题一一、国内深部开采现状、国内深部开采现状q 巷道围岩变形的时间效应。围岩变形量大，有明显的巷道围岩变形的时间效应。围岩变形量大，有明显的时间性。初期来压快、变形显著，不采取有效支护措施，时间性。初期来压快、变形显著，不采取有效支护

7、措施，极易发生冒顶、片帮。即使围岩变形稳定后，围岩还以极易发生冒顶、片帮。即使围岩变形稳定后，围岩还以一定速度长期处于流变状态。一定速度长期处于流变状态。q 巷道围岩变形的空间效应。巷道来压方向多表现为四巷道围岩变形的空间效应。巷道来压方向多表现为四周来压。不仅顶板、两帮发生显著变形和破坏，底板也周来压。不仅顶板、两帮发生显著变形和破坏，底板也出现强烈变形和破坏，如不对底板采取有效控制措施，出现强烈变形和破坏，如不对底板采取有效控制措施，则强烈底臌会加剧两帮和顶板的变形和破坏。则强烈底臌会加剧两帮和顶板的变形和破坏。煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院China Coal Research Ins

8、titute二、深部二、深部巷道支护研究现状巷道支护研究现状 （一）（一） 深部深部巷道变形特点巷道变形特点 q 巷道围岩变形的易受扰动性。围岩变形对应力的变化巷道围岩变形的易受扰动性。围岩变形对应力的变化非常敏感，受震动、邻近巷道掘进或回采工作面采动影非常敏感，受震动、邻近巷道掘进或回采工作面采动影响后，围岩变形和破坏均有明显增加。围岩的稳定性与响后，围岩变形和破坏均有明显增加。围岩的稳定性与巷道断面形状、施工工艺等因素都有关系。巷道断面形状、施工工艺等因素都有关系。q 巷道围岩变形的冲击性。在有冲击倾向的巷道中，围巷道围岩变形的冲击性。在有冲击倾向的巷道中，围岩变形有时并不是连续的、逐渐变

9、化的，而是突然剧烈岩变形有时并不是连续的、逐渐变化的，而是突然剧烈增加，导致断面迅速缩小，具有强烈的冲击性。增加，导致断面迅速缩小，具有强烈的冲击性。煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院China Coal Research Institute二、深部二、深部巷道支护研究现状巷道支护研究现状 （一）（一） 深部深部巷道变形特点巷道变形特点 q新奥法支护理论新奥法支护理论煤炭行业结合自身特点，完善和发展了新奥法：采用煤炭行业结合自身特点，完善和发展了新奥法：采用光面爆破；早强喷射混凝土及时封闭巷道周边，实施密光面爆破；早强喷射混凝土及时封闭巷道周边，实施密贴支护；采用锚喷支护，主动加固围岩，提高其自

10、承能贴支护；采用锚喷支护，主动加固围岩，提高其自承能力，在围岩内形成承载圈；实施二次支护；对破碎围岩力，在围岩内形成承载圈；实施二次支护；对破碎围岩实施注浆加固；实施动态设计和动态施工等。实施注浆加固；实施动态设计和动态施工等。q联合支护理论联合支护理论煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院China Coal Research Institute二、二、深井巷道支护研究现状深井巷道支护研究现状 （二）（二） 深部深部巷道支护理论巷道支护理论 对深部巷道，只提高支护刚度难以有效控制围岩变形，对深部巷道，只提高支护刚度难以有效控制围岩变形，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。但随着要先柔后刚，先

11、让后抗，柔让适度，稳定支护。但随着巷道条件变差，该理论受到挑战，有些巷道采用联合支巷道条件变差，该理论受到挑战，有些巷道采用联合支护并不有效，多次维修，围岩变形一直不能稳定。护并不有效，多次维修，围岩变形一直不能稳定。q 二次支护理论二次支护理论 对深部大变形巷道，应实施二次支护。一次支护在保对深部大变形巷道，应实施二次支护。一次支护在保证围岩稳定的条件下允许有一定变形，释放压力；在合证围岩稳定的条件下允许有一定变形，释放压力；在合适的时间进行二次支护，保持巷道的长期稳定。适的时间进行二次支护，保持巷道的长期稳定。二、二、深井巷道支护研究现状深井巷道支护研究现状 （二）（二） 深部深部巷道支护