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1、王卫军 湖南科技大学 2013.11,复杂条件下巷道围岩控制技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,一、南方煤矿巷道支护概况 二、复杂条件煤巷支护技术 三、大断面斜井穿越采空区支护技术,汇 报 提 纲,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,南方煤矿巷道支护概况,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,南方煤矿地质条件的主要特点 地质构造复杂，断层、褶曲多，产状变化大。 煤层薄，厚度不稳定。 高瓦斯或瓦斯突出煤层多，湖南、贵州两省的突出矿井占全国50%以上。 “三软”煤层多，如湖南涟邵、江西丰城、广西百色、贵州毕节矿区。,南方煤矿巷道支护概况,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,巷道
2、维护状况 岩巷锚网喷支护全面推广； 煤巷锚网支护发展较快，主要在贵州、江西、四川、广西等省区； 中小煤矿煤巷仍普遍采用棚式支护，尤其在湖南各矿区； 煤巷变形大，顶板事故较多； 软岩支护已成为制约矿井发展的瓶颈。,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,南方煤矿巷道支护概况,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,复杂条件煤巷支护技术, 煤层赋存及巷道支护情况 江西曲江矿采深超过900m，煤层厚度平均2.8m，突出煤层，平均倾角12 工作面两巷锚网支护，锚索每排3根，排距为1.7m，间距0.85m，长度为10.8m。 前掘后修，维护总成本超过8000元/m。,2013全国煤
3、矿顶板管理与技术交流会议, 巷道围岩变形情况 煤层破碎、巷道两 帮鼓出严重； 顶板锚固区外离层 、煤线离层； 锚索与顶板同步下 沉。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,(a)实体煤巷变形曲线(1),(b)实体煤巷变形曲线(2),实体煤巷道两帮和顶底板移近曲线,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,(a)沿空煤巷变形曲线(1),(b)沿空煤巷变形曲线(2),沿空巷道两帮和顶底板移近曲线,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,煤巷顶板下沉状况,复杂条件煤巷支护技术,挑顶后外露的锚索,1m,被压弯的槽钢梁,2013全国煤矿顶
4、板管理与技术交流会议, 顶板岩层移动监测 监测地点：曲江矿306、307、212工作面机巷的支承压力 影响区(工作面前方30m范围) 顶板破碎带高度：306机巷4.6m、307机巷3.2m、212机巷 5.3m。,顶板4.6m处裂隙,顶板5.3m处裂隙,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,岩层探测记录仪,光导纤维钻孔窥视仪,煤巷顶板窥视素描图,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 锚索锚固力监测 锚索密度：间排距1.21.4m 锚索破坏情况：约10%的锚索被拉断，90%的锚索与顶板同步下沉。 锚固力监测结果：对矿区8条巷道33根15.24锚索
5、进行了锚固力测试，结果如图7所示。最大锚固力为235KN，最小的32KN，平均86KN，锚固力在120KN以下的占76%，200kN以下的占91%。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,锚索载荷分布图,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,影响锚索锚固力原因之一 锚固剂提前破裂 由于锚索长度达10.8m，人工推进时十分困难，尤其到后半段经常须几上几下才能将锚索推进，这样，锚固剂容易提前破裂却并没有充分搅拌，致使锚固力下降。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,锚索锚固力下降原因之二 锚索孔产生较大变形 在软弱岩层中施工
6、10.5m的锚索孔，耗时一般在4050分钟，长时间水的冲刷，部分区段孔径增大，而有些区段的泥岩遇水膨胀孔径减小，锚索如一根异径管。孔径大的时候锚固剂容易在推进过程中发生脱落而停留在锚索孔中段，从而导致锚固失效。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,厚层复合顶板软弱煤层条件下沿空巷道围岩变形分析 关键块体B回转角 关键块B的长度 为： 式中： S工作面长度，m； L工作面周期来压步距，m。 式中： 为关键块B在采空区触矸点端的下沉量。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,设复合顶板由n层煤岩层组成， (i=1,2n)为各层的厚度，若有m层属于不
7、规则垮落( )，则第m层不规则垮落的条件为： 式中：H为采空区实际高度， 为i层不规则垮落的碎胀系数，M为采高； 为工作面回采率。 则基本顶触矸高度为：,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,式中： 为煤碎胀系数，则： 由于复合顶板的完整性差，易垮落，残余碎胀系数大，而且，由于顶板厚度较大，关键块B在采空区触矸点的下沉量小。关键块B的回转角比一般直接顶条件下回转角较小。 基本顶对采空侧煤体的给定变形较小，采空侧煤体的完整性较好，为沿空掘巷准备了相对较好的围岩条件。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,沿空掘巷水平应力降低或消失，因而顶板离层减小
8、,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,煤层破碎，帮锚杆托盘难以 贴紧巷帮； 两帮整体向巷道内移动； 两帮肚兜现象严重； 两帮56m深处有破碎带。,两帮变形,两帮整体内移,帮鼓形成肚兜,两帮深部窥视,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,高突煤层在高地应力作用下，煤体产生剪切破坏，瓦斯渗透压力大，煤体的整体性降低； 煤层松软，锚杆大部分没有预紧力； 两帮松动范围大，锚固区外离层多。, 两帮变形机理分析,煤帮锚杆失效及空帮,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 锚索参数设计 数值计算,表1 各岩层力学计算参数,复杂条件煤巷
9、支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,原支护方式下水平应力分布, 数值计算结果及分析,改进支护方式下水平应力分布,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 顶板锚索长度设计 原锚索长度： 直接顶平均厚度9m、基本顶细砂岩内锚固长度1.5m，外露长度0.3m，因此，锚索长度10.8m。 从数值模拟中看到，巷道顶板上方5.5m左右以上有一个塑性硬化区，具有较高的承载能力。现场窥视显示曲江矿煤巷顶板破碎高度最大5.3m，因此，可确定锚索长度为7.1m。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 两帮支护,开发了用于护帮的高强度自动让压槽钢梁与锚
10、索组成的锚索桁架。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,该桁架具有以下优点： 采用高强度槽钢，与煤帮为面接触，适应破碎煤帮； 在受剪切破坏容易导致整个支护失效的锚索孔薄弱处设置了加强板，确保了支护系统的稳定性； 具有让压性能，允许两帮围高阻让压，很大程度上改善了支护系统的受力状况。,复杂条件煤巷支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,2010年3月开始，在曲江矿212工作面机巷中实施新的支护方案，到目前为止，该矿区共施工回采巷道16条，巷道长度超过8000m，巷道维护状况明显改善，而且，维护费用下降40%以上。,煤巷维护现状,复杂条件煤巷支护技术,2013全
11、国煤矿顶板管理与技术交流会议,大断面斜井穿越采空区支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,工程概况,大断面斜井穿越采空区支护技术,地点：平煤六矿 斜井参数：1575m，断面23.1m2 穿越采空区：丁5-6煤层采空，煤层厚度1.9m。 丁5-6煤层开采时间：19931995年 其他情况：采空区垮落、煤柱留设、瓦斯、积水、漏风等情况不详。,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 三带高度的确定,大断面斜井穿越采空区支护技术,底板探测钻孔布置,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,底板探测钻孔见煤深度,大断面斜井穿越采空区支护技术,明斜井底板见煤深度一览表,2013全国煤矿顶板管理与
12、技术交流会议,顶底板钻孔窥视,大断面斜井穿越采空区支护技术,明斜井1090m处底顶板窥视图,975m处明斜井顶板裂隙 1100m处明斜井顶板裂隙,明斜井1190m处顶板窥视图,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,三带高度及明斜井穿越采空区长度,大断面斜井穿越采空区支护技术,冒落带实测高度3.61m， 计算高度4.34m，相差0.73m。,裂隙带实测高度16.25m， 计算高度18.78m,相差2.53m。,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 采空区水文地质情况探测,大断面斜井穿越采空区支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 对采空区情况的基本判断,大断面斜井穿越采空区支护
13、技术,采空区压实情况：开采时间已过去1719年，且丁5-6煤层顶板为泥岩和砂质泥岩，易垮落，冒落带、裂隙带的高度均小于理论高度，说明采空区压实程度好。 采空区水文情况：丁组煤下方的戊8、戊9煤层都已采完，根据探测结果，采空区存在大型水体的可能性小。 瓦斯情况：因采空区压实程度较好，存在大型瓦斯包的可能性小。 应力环境：采空区岩体经历了3次采动影响，构造应力、区段煤柱上残余应力基本消除。整个区域处于应力降低区。,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议, 穿越采空区破碎带支护方案,大断面斜井穿越采空区支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,刚性连接,刚性U型钢支架+底拱连锁梁,大断面斜井穿越采空区支护技术,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,1-反底拱 2-连锁梁 3-锚杆,大断面斜井穿越采空区支护技术,被压实的采空区矸石,刚性U型钢连锁支护,被压酥的区段煤柱,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,大断面斜井穿越采空区支护技术,浇注砼支护效果,刚性U型钢支架,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,谢 谢!,2013全国煤矿顶板管理与技术交流会议,
