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1、煤巷锚网支护培训煤巷锚网支护培训孟凡刚孟凡刚目录目录1 1、煤巷锚杆支护发展与现状分析、煤巷锚杆支护发展与现状分析2 2、锚杆支护机理、锚杆支护机理3 3、锚杆支护设计、锚杆支护设计4 4、深部煤巷巷锚杆支护与监测问题、深部煤巷巷锚杆支护与监测问题1 1 煤巷锚杆支护发展与现状煤巷锚杆支护发展与现状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（3）普通锚杆支护r由Q235圆钢制造，承载能力40 70
2、 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（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、不通畅，回采工作面推进慢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（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1.
3、3 1.3 发展方向发展方向l加快巷道掘进速度l减少巷道支护成本l提高锚杆支护的可靠性l方向：高性能的锚杆支护技术2.1 悬吊理论悬吊理论l锚杆长度和受力可确定l跨度较大和软弱破碎岩层无法悬吊2 锚杆支护机理2.2 组合梁理论组合梁理论l实质：通过锚杆将几个薄岩层锁在一起l据材料力学计算，解释了层状岩体锚杆支护l组合梁的承载能力很难确定，岩层破碎形不成梁2.3 压缩拱理论压缩拱理论l理论认为：安装锚杆后可形成一个承压拱l承压拱厚度和强度？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锚杆的作用是约束围岩的径向膨胀和横向剪切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
4、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 表表7 7 不同锚
5、杆支护强度下锚固体破坏后的不同锚杆支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。3 煤巷锚杆支护设计3.1锚杆、锚索综合支护系统(1)(1)锚杆的种类锚
6、杆的种类(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，防提高初锚力与支护强度，控制锚固区内围岩变形，防止冒顶。止冒顶。综放沿空掘巷锚杆初锚力与支护强度矿名矿名初锚力（初锚力（kN）支护强度（支护强度（MPa）兴隆庄煤矿兴隆庄煤矿20300.20.3王庄煤矿王庄煤矿15250.150.25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螺纹段采用低强度损失、无强度损失或增强加工r容易实现高初锚力
7、r满足钻机连续一体化安装r金属网、钢带及钢筋梯配套锚杆支护的快速推广，为煤矿带来巨大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经济效益；同时，锚杆支护巷道安全不容乐观。观。重新思考锚杆支护机理这一古老命题的重新思考锚杆支护机理这一古老命题的必要性。必要性。(传统的悬吊、组合、能量、加固拱、经验公式传统的悬吊、组合、能量、加固拱、经验公式传统的悬吊、组合、能量、加固拱、经验公式传统的悬吊、组合、能量、加固拱、经验公式等。）等。）等。）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。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
8、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 锚杆支护设计方法锚杆支护设计方法应力环境应力环境 诊断技术诊断技术诊断技术诊断技术 （1）锚杆支护设计的基本要素）锚杆支护设计的基本要素表表1 采动应力影响集中系数采动应力影响集中系数 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)破坏区破坏区 (b)位移位移 图图1 未受采动自重应力作用围岩变形与破坏未受采动自重应力作用围岩变形与破坏(
9、a)破坏区破坏区 (b)位移位移 图图2 构造应力作用围岩变形与破坏构造应力作用围岩变形与破坏采动应力的影响采动应力的影响采动应力的影响采动应力的影响 (a)破坏区破坏区 (b)位移位移 图图3 受采动作用围岩变形与破坏受采动作用围岩变形与破坏围岩结构围岩结构 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响图图4 受采动作用围岩变形与破坏受采动作用围岩变形与破坏图图5 不同围岩结构变形特点不同围岩结构变形特点图图6 不同围岩结构巷道收缩率不同围岩结构巷道收缩率图图7 不同围岩结构巷道收缩率不同围岩结构巷道收缩率节理发育对
10、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图9 不加锚巷道塌落过程不加锚巷道塌落过程图图10 不同加锚时刻节理巷道围岩稳定性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（不同巷道类别将要求不一样）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
11、降低）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）应力环境应力环境应力环境应力环境+围岩结构围岩结构围岩结构围岩结构+工程要求工程要求工程要求工程要求 是进行巷道支是进行巷道支是进行巷道支是进行巷道支护决策的基础。护决策的基础。护决策的基础。护决策的基础。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
12、 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、深部煤巷锚杆支护与监测问题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W型钢带的特点型钢带的特点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、价格低廉型钢带在井下的使用钢筋梯子梁钢筋梯子梁4.1 4.1 小孔
13、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锚索材料及性能单根锚索作用原理双根锚索作用原理 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 和国外（美、澳、英）锚杆支护技术相比和国外
14、（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（）3.5174.2 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&出矸顶板锚杆施工工艺顶板锚杆施工工
15、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。（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（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，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。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）上紧螺母紧固螺母紧
16、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，使锚杆具有足够的初锚力。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
17、于20mm、小于70mm。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。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。4.4 4.4 监测的意义监测的意义地应力测试根据反馈信息修改
18、、完善设计现场施工及监测计算机初始设计地质力学评估 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 社会效益序单位名称3年锚杆支护数量（m）3年增收节支总额（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
19、州省盘江煤电集团公司8576254676350992738635005510028076413000258580165300460003092918750183201760025615.003643.921549.811258.811955.002755.003680.57910.0012308.417342.54540.002009.00836.871540.351150.00 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
20、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 推广应用省区