煤巷锚网支护培训.pptx

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1、1 1 煤巷锚杆支护发展与现煤巷锚杆支护发展与现状状1.1 1995年起步（1）锚杆支护比重 我国15.15%美国、澳大利亚接近100%，英国80%（2）棚式支架 承载能力低，被动支护 很多煤巷不适用，巷道严重变形、支架损坏严重第1页/共62页拱型可缩性支架破坏木支架严重损坏支架破坏实况巷道变形和支架损坏情况第2页/共62页（3）普通锚杆支护r由Q235圆钢制造，承载能力40 70 kN/根，水泥药卷端锚r理论、设计、监测不完善r用于、类及部分类煤巷第3页/共62页（4）棚式支架支护严重后果r 事故多：冒顶、瓦斯超限、漏风 r 吨煤成本高r 煤巷难维护r 难以实现矿井高产高效 巷道变形、损坏、

2、不通畅，回采工作面推进慢第4页/共62页1.2 2007年达到的成效（1）锚杆支护比重 约10%（2）巷道面貌根本改观 新型锚杆支护巷道第5页/共62页（3）扩大使用范围 、类全面推广，、类试验成功表1 国内外使用情况对比（4）原因：理论、设计方法、工艺技术取得了突破 序名 称国 内国 外123沿空掘巷（煤柱尺寸）全煤巷道（顶煤）软弱、破碎煤巷（煤体强度）3 4 m打锚杆1.5 2.0 MPa采深的1/10以上无煤体强度较高第6页/共62页1.3 1.3 发展方向发展方向加快巷道掘进速度减少巷道支护成本提高锚杆支护的可靠性方向：高性能的锚杆支护技术第7页/共62页2.1 悬吊理论悬吊理论锚杆长

3、度和受力可确定跨度较大和软弱破碎岩层无法悬吊2 锚杆支护机理第8页/共62页2.2 组合梁理论组合梁理论实质：通过锚杆将几个薄岩层锁在一起据材料力学计算，解释了层状岩体锚杆支护组合梁的承载能力很难确定，岩层破碎形不成梁第9页/共62页2.3 压缩拱理论压缩拱理论理论认为：安装锚杆后可形成一个承压拱承压拱厚度和强度？第10页/共62页2.4 最大水平应力理论最大水平应力理论巷道受地应力影响第11页/共62页锚杆的作用是约束围岩的径向膨胀和横向剪切第12页/共62页2.5 2.5 围岩强度强化理论围岩强度强化理论实质是锚杆与围岩相互作用，组成锚固体锚杆可改善锚固体力学参数，提高锚固体的强度，使岩体

4、强度，特别是峰后强度和残余强度得到强化形成共同承载结构，充分发挥围岩自承能力第13页/共62页锚固体C、C*、*随锚杆支护强度t的增加而提高表表6 6 不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的不同锚杆支护强度下锚固体破坏前的C C、值值 锚杆支护强度锚杆支护强度 t /MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力C/MPa0.34660.35680.36260.36770.38280.37730.3869等效内摩擦角等效内摩擦角 /31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4第14页/共62页 表表7 7 不同锚杆支护强度下锚固体破坏后的不同锚杆支

5、护强度下锚固体破坏后的C*C*、*值值 锚杆支护强度锚杆支护强度t/MPa00.060.080.110.140.170.22等效内聚力等效内聚力C*/MPa0.01680.01820.01830.01840.01860.01940.021等效内摩擦角等效内摩擦角 */31.5131.5333.5135.5737.1438.840.4第15页/共62页图4 锚固体应力应变曲线图注：曲线上数字为锚杆支护强度t（MPa）锚固体强度的强化锚固体强度随锚杆支护强度t 的提高而得到强 化，达 到 一 定 程 度 就可保持围岩稳定。第16页/共62页3 煤巷锚杆支护设计3.1锚杆、锚索综合支护系统第17页/

6、共62页(1)(1)锚杆的种类锚杆的种类第18页/共62页(2)(2)锚杆支护的关键技术锚杆支护的关键技术锚杆合理的初锚力：由钻机性能、风压、施工质量决定。锚杆足够的支护强度：由锚杆材质、性能、直径、加工质量及支护密度决定。及时锚固第19页/共62页锚杆初锚力与支护强度提高初锚力与支护强度，控制锚固区内围岩变形，防止冒顶。提高初锚力与支护强度，控制锚固区内围岩变形，防止冒顶。综放沿空掘巷锚杆初锚力与支护强度矿名初锚力（kN）支护强度（MPa）兴隆庄煤矿20300.20.3王庄煤矿15250.150.25第20页/共62页高预拉力锚杆支护高预拉力锚杆支护r成套使用r部件强度相匹配r螺纹段采用低强

7、度损失、无强度损失或增强加工r容易实现高初锚力r满足钻机连续一体化安装r金属网、钢带及钢筋梯配套第21页/共62页锚杆支护的快速推广，为煤矿带来巨大经济效益；同时，锚杆支护巷道安全不锚杆支护的快速推广，为煤矿带来巨大经济效益；同时，锚杆支护巷道安全不锚杆支护的快速推广，为煤矿带来巨大经济效益；同时，锚杆支护巷道安全不锚杆支护的快速推广，为煤矿带来巨大经济效益；同时，锚杆支护巷道安全不容乐观。容乐观。容乐观。容乐观。重新思考锚杆支护机理这一古老命题的必要性。重新思考锚杆支护机理这一古老命题的必要性。重新思考锚杆支护机理这一古老命题的必要性。重新思考锚杆支护机理这一古老命题的必要性。(传统的悬吊、

8、组合、传统的悬吊、组合、传统的悬吊、组合、传统的悬吊、组合、能量、加固拱、经验公式等。）能量、加固拱、经验公式等。）能量、加固拱、经验公式等。）能量、加固拱、经验公式等。）如何进行科学的锚杆支护设计。如何进行科学的锚杆支护设计。如何进行科学的锚杆支护设计。如何进行科学的锚杆支护设计。有关规范的不足、锚杆支护设计的三要素、设计方法有关规范的不足、锚杆支护设计的三要素、设计方法有关规范的不足、锚杆支护设计的三要素、设计方法有关规范的不足、锚杆支护设计的三要素、设计方法.3.2 锚杆支护设计方法第22页/共62页应力环境应力环境应力环境应力环境 诊断技术诊断技术诊断技术诊断技术 （1）锚杆支护设计的

9、基本要素表1 采动应力影响集中系数第23页/共62页 对围岩稳定性影响分析对围岩稳定性影响分析对围岩稳定性影响分析对围岩稳定性影响分析构造应力与自重应力的差异构造应力与自重应力的差异 (a)破坏区 (b)位移 图1 未受采动自重应力作用围岩变形与破坏第24页/共62页(a)破坏区 (b)位移 图2 构造应力作用围岩变形与破坏第25页/共62页采动应力的影响采动应力的影响 (a)破坏区 (b)位移 图3 受采动作用围岩变形与破坏第26页/共62页围岩结构围岩结构围岩结构围岩结构 层状围岩结构对巷道稳定性的影响层状围岩结构对巷道稳定性的影响层状围岩结构对巷道稳定性的影响层状围岩结构对巷道稳定性的影

10、响图4 受采动作用围岩变形与破坏第27页/共62页图5 不同围岩结构变形特点第28页/共62页图6 不同围岩结构巷道收缩率第29页/共62页图7 不同围岩结构巷道收缩率第30页/共62页节理发育对巷道稳定性的影响节理发育对巷道稳定性的影响节理发育对巷道稳定性的影响节理发育对巷道稳定性的影响图9 不加锚巷道塌落过程第31页/共62页图10 不同加锚时刻节理巷道围岩稳定性开挖后立即打锚杆开挖后下部开始离层时打锚杆开挖后下部开始离层时打锚杆开挖后下部开始冒落时打锚杆第32页/共62页工程要求工程要求工程要求工程要求允许变形及破坏的程度（不同巷道类别将要求不一样）允许变形及破坏的程度（不同巷道类别将要

11、求不一样）服务的时间（由流变引起的长时强度的降低）服务的时间（由流变引起的长时强度的降低）应力环境应力环境+围岩结构围岩结构+工程要求工程要求 是进行巷道支护决策的基础。是进行巷道支护决策的基础。第33页/共62页 足够的锚杆支护强度和初锚力，适当加大锚杆长度，及时锚固，特别应加强帮、角的控制。支护强度：（1）改善材质。发展合格的高强、超高强锚杆 中国矿业大学研制的TRIP硅锰系列钢，其s1000 MPa；b1400 MPa；s1517%。（2）加大锚杆直径初锚力：在现有风动条件下，改善结构，完善施工工艺，实现1520 kN锚杆长度：加长后控制大塑性区和破碎区，可考虑发展可伸长的柔性锚杆及时锚

12、固：除注意顶板外，还应注意两帮4、深部煤巷锚杆支护与监测问题第34页/共62页r防止巷道顶板的漏冒和两帮煤体的片帮r通过托板将其所承担的载荷有效地传递到锚杆上，并能协调锚杆的受力，发挥锚杆的整体支护作用r有效的提高锚杆锚固范围内围岩的连续性，这对提高锚杆支护体系的整体支护强度是十分有益的。配套的金属网、钢带及钢筋梯第35页/共62页W型钢带的特点型钢带的特点第36页/共62页M型钢带的特点型钢带的特点不对称抗弯性能，容易与围岩密贴刚度大，强度高，不容易撕裂断面利用率高、节省钢材、价格低廉第37页/共62页型钢带在井下的使用第38页/共62页钢筋梯子梁钢筋梯子梁第39页/共62页第40页/共62

13、页4.1 4.1 小孔径预应力锚索小孔径预应力锚索孔 径：国 外 大（50-55mm），我 们 使 用28mm钻机：国外为锚索钻机，我们用锚杆钻机锚固方式和承载时间：国外用水泥浆，24小时后承载。我们用树脂锚固，5-10分钟承载专用设备施加预拉力，预紧力大小随意可调国内外锚索的差别第41页/共62页锚索材料及性能第42页/共62页单根锚索作用原理第43页/共62页双根锚索作用原理第44页/共62页 锚索存在的缺陷锚索存在的缺陷和20mm的20MnSi螺纹钢锚杆强度区别不明显；锚索常出现破断、抽冒现象锚索和锚杆承载不同步，易超前锚杆集中受力外端头受力不良，与围岩点接触，顶板强化效果不明显内锚固端

14、的三径匹配不合理，锚固性能不可靠锚索难以从根本上控制顶板的离层第45页/共62页 和国外（美、澳、英）锚杆支护技术相比 比较项目中国美、澳、英锚杆材料强度（MPa）235（Q235）340（20MnSi）450600锚杆直径（mm）18222224锚杆间排距（m）0.70.91.01.2锚杆长度（m）1.82.42.22.6锚杆初锚力（kN）10204050锚索直径（mm）15.2423.4或鸟笼式锚索轴向拉力（kN）200240550600锚索延伸率（）3.517第46页/共62页4.2 锚杆支护工艺锚杆支护工艺掘进、临时支护、出矸掘进、临时支护、出矸&掘进落煤&对巷道进行简单清理，然后铺金

15、属网（简单连接）、挂上钢筋梯子梁，利用具有一定初撑力的钢梁进行临时支护&出矸第47页/共62页顶板锚杆施工工艺顶板锚杆施工工艺（1）打顶板锚杆孔采用单体锚杆钻机按设计钻孔孔位由巷道中间向两边打锚杆眼。采用B19六方钻杆、27mm钻头打眼。第48页/共62页（2）送树脂药卷之前：当出现因掘进或打孔造成的锚杆孔附近岩面不平整的现象时，必需刷平岩面，保证锚杆托板紧贴岩面。防止因此而导致的锚杆失效问题的发生。同时：组装锚杆、准备搅拌工具第49页/共62页（3）搅拌药卷用组装好搅拌工具、锚杆螺母的锚杆慢慢将树脂药卷推入孔底。然后开动钻机边搅拌边推进，搅拌20s后停机。（4）紧固锚杆30s后再次启动钻机，

16、将锚杆螺母上紧，托盘压紧顶部岩面，使锚杆具有较大的预紧力。第50页/共62页两帮锚杆施工工艺两帮锚杆施工工艺（1）打帮锚杆孔（2）送树脂药卷（3）搅拌树脂（4）上紧螺母第51页/共62页紧固螺母紧固螺母在巷道整个断面的锚杆均安装完毕后，利用风动扳手再次上紧螺母，保证每根锚杆均具有20kN左右的预紧力。重新连网重新连网用铁钩将金属网重新连紧要求：200mm一扣不能出现：网兜和松扣现象第52页/共62页4.3 锚杆支护的施工要点锚杆支护的施工要点严格控制锚杆钻孔深度，误差不超过30mm。要求在打孔过程中不准移动钻机，保证钻孔平、直，不出现台阶。钻孔用水清干净，确保树脂药卷充分发挥其作用，使锚杆具有

17、足够的初锚力。第53页/共62页锚杆钻孔应垂直于巷道岩面，不允许出现钻孔向巷道轴向倾斜的问题。当出现因掘进或打孔造成的锚杆孔附近岩面不平整现象时，必需刷平岩面，保证锚杆托板紧贴岩面。防止因此而导致的锚杆失效问题的发生。锚杆外露长度大于20mm、小于70mm。第54页/共62页锚杆间排距误差不超过50mm。锚杆安装后的预紧力在1020kN之间。金属网搭接长度为100mm，必需连紧。连网间距为200mm。不能出现网兜和松扣现象。巷道超高300mm，补打一根帮锚杆；巷道超宽300mm，顶板补打一根顶锚杆。第55页/共62页当巷道顶部出现局部冒落，或帮部出现片帮时，必需补打单根锚杆。k当巷道顶部因围岩

18、性质差而出现较大范围的围岩冒落时，锚杆应按冒落线轮廓施工。l当遇到地质破坏带时，应加密锚杆，严重时考虑“锚杆支架”的支护方式。m巷道顶部锚杆的控顶距离不超过2排锚杆。情况允许时，帮锚杆施工可滞后顶锚杆1排。第56页/共62页4.4 4.4 监测的意监测的意义义地应力测试根据反馈信息修改、完善设计现场施工及监测计算机初始设计地质力学评估第57页/共62页 提高了安全程度，改善了作业环境，大幅度减少 了冒顶、瓦斯、火灾事故；显著减轻了工人的劳动强度；大量减少了坑木消耗，有利于生态环境的保护；减少了煤炭资源的丢失，延长了矿井寿命。4.4 社会效益第58页/共62页序单位名称3年锚杆支护数量（m）3年

19、增收节支总额（万元）123456789101112131415河北省邢台矿业集团公司河北省开滦矿务局河北省峰峰矿务局河北省邯郸矿务局河北省煤炭四处山东省兖州矿业集团公司山东省新汶矿业集团公司山东省淄博矿务局山西省大同矿务局河南平顶山矿业集团公司安徽省淮北矿业集团公司江苏省徐州矿务集团公司重庆市永荣矿务局四川省芙蓉矿务局贵州省盘江煤电集团公司8576254676350992738635005510028076413000258580165300460003092918750183201760025615.003643.921549.811258.811955.002755.003680.5791

20、0.0012308.417342.54540.002009.00836.871540.351150.00 6.3 推广应用情况表6 1998年 2000年经济效益汇总表第59页/共62页序单位名称3年锚杆支护数量（m）3年增收节支总额（万元）161718192021222324252627282930河北省中达集团西庞煤矿山西省晋城矿务局凤凰山矿辽宁省阜新矿务局八道壕矿江苏省连云港市白集煤矿江西省丰城矿务局建新煤矿河南省焦作金科尔集团安徽淮南矿业（集团）公司山东省枣庄集团蒋庄煤矿山东省新汶集团翟镇煤矿河南省郑州煤炭工业集团告成煤矿河北省下花园宣东二号矿山西省汾西矿业集团公司山西省西山煤电集团公司山西省阳泉矿务局三矿山西省晋城矿务局王台铺矿合 计73791201856144010503450010105202841289599001950001162925468.56117.56483.0861.3442.00190.002515.00535.571531.44210.030.01113.83900.015.074544.03第60页/共62页 推广应用省区第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页