恒阻大变形锚索支护技术

1、会计学1恒阻大变形锚索支护技术恒阻大变形锚索支护技术第1页/共45页汇 报 提 纲第2页/共45页一、煤矿大变形灾害的严重性u煤炭占我国一次性能源的70%以上，居主导地位u浅部煤炭资源越来越少，千米以下深部煤炭资源将是我国未来的主体能源0.51.0资源量，万亿资源量，万亿t已采资源量已采资源量未采资源量未采资源量1.341.371.461.401.5深度深度，m-600-1000-1500-2000地表地表数据源自第三次全国煤炭资源预测和评价数据源自第三次全国煤炭资源预测和评价第3页/共45页n露采滑坡是露天矿的大变形塌方事故，日趋严重顶板顶板18.6%煤与瓦煤与瓦斯突出斯突出46.4%水灾水

2、灾15.5%2005.12009.6煤矿各类事故煤矿各类事故死亡人数所占比例死亡人数所占比例运输运输3.7%其它其它10.7%顶板顶板43.3%煤与瓦煤与瓦斯突出斯突出 23.5%水灾水灾7.9%火灾火灾2.5%运输运输11%其它其它11.8%2005.12009.6煤矿各类事故煤矿各类事故次数所占比例次数所占比例火灾火灾5.1%多发生在多发生在 工作面顺槽工作面顺槽第4页/共45页u 工程岩体大变形灾害的主要原因F深采复杂的地质力学环境“三高一扰动”“三高三高”高地应力高地应力自重应力、构造应力自重应力、构造应力高地温高地温千米矿井岩层温度千米矿井岩层温度35 C45 C高压渗透高压渗透液体

3、压力、气体压力（瓦斯等）液体压力、气体压力（瓦斯等）“一扰动一扰动”强烈开采扰动强烈开采扰动F深部岩体力学特性发生转变硬岩软化大变形F深井开采顶板塌方冒顶、煤-瓦斯突出、深部露采滑坡灾害均与大变形破坏相关第5页/共45页缓慢大变形破坏模式膨胀大变形高温高湿软化大变形瞬间大变形破坏模式冲击大变形突出大变形结构大变形第6页/共45页膨胀大变形底臌（龙口柳海矿）膨胀大变形底臌（龙口柳海矿）顶板膨胀大变形下沉（龙口柳海矿）顶板膨胀大变形下沉（龙口柳海矿）第7页/共45页非对称底臌大变形（鹤壁五矿）非对称底臌大变形（鹤壁五矿）冒顶范围冒顶范围150m 大面积严重冒顶（鹤岗兴安矿）大面积严重冒顶（鹤岗兴安

4、矿）两帮不均匀、非对称变形两帮不均匀、非对称变形两帮非两帮非对称大变形对称大变形(徐州旗山矿徐州旗山矿)第8页/共45页围岩结构恶化（徐州夹河矿）围岩结构恶化（徐州夹河矿）工作环境恶劣（徐州夹河矿）工作环境恶劣（徐州夹河矿）第9页/共45页冲击地压发生冲击地压发生前（抚顺前（抚顺老虎台矿）老虎台矿）冲击地压发生后冲击地压发生后（抚顺老虎台矿）（抚顺老虎台矿）第10页/共45页加拿大某地下巷道（加拿大某地下巷道（P. Kaiser，2000）F瞬时大变形岩爆大变形第11页/共45页F瞬时大变形突出大变形郑州大平矿煤与瓦斯突出过程郑州大平矿煤与瓦斯突出过程郑州嵩枫矿岩巷底板瓦斯逸出郑州嵩枫矿岩巷底

5、板瓦斯逸出第12页/共45页锚杆端部断裂锚杆端部断裂杆体中部断裂杆体中部断裂锚杆支护多次返修锚杆支护多次返修钢架扭曲破坏失效钢架扭曲破坏失效浇注混凝土开裂浇注混凝土开裂锚杆支护岩爆破坏锚杆支护岩爆破坏第13页/共45页第14页/共45页二、恒阻大变形锚杆（索）定型研发软岩软岩水理水理作用作用测试测试系统系统深部软岩气态水吸附深部软岩气态水吸附 智能测试系统智能测试系统膨胀大变形底臌膨胀大变形底臌(龙口柳海龙口柳海)粘土矿物成分吸水软化粘土矿物成分吸水软化吸水量随时间变化吸水量随时间变化lnQ-t曲线曲线 ccwcsttttF 121)(软岩强度随时间衰减的函数规律软岩强度随时间衰减的函数规律(

6、ZL200610113006.5)原因原因直接吸水直接吸水测试测试装备装备测试装备测试装备环境环境吸水吸水测试测试曲线曲线获得获得规律规律第15页/共45页非对称大变形非对称大变形拱 基 线底臌区域6671750R2700结构面结构面岩体结构非对称岩体结构非对称原因原因（ZL200710119124. 1）关键部位关键部位实验实验装备装备软岩巷道破坏结构效软岩巷道破坏结构效应物理模型实验系统应物理模型实验系统水平岩层水平岩层8 倾斜岩层倾斜岩层30 倾斜倾斜岩层岩层45 倾斜倾斜岩层岩层实验实验结果结果确定确定关键部位关键部位第16页/共45页主机主机 液压控制系统液压控制系统 加载系统加载系

7、统 一向突然卸载一向突然卸载 煤系地层岩爆煤系地层岩爆岩爆前支护状态岩爆前支护状态岩爆后支护状态岩爆后支护状态实验实验装备装备加拿大加拿大Creighton矿花岗岩矿花岗岩岩爆实验岩爆实验(2500m)星村煤矿垂直层理星村煤矿垂直层理泥质砂岩泥质砂岩(1113m)实验实验结果结果第17页/共45页温度压力耦合软岩力学实验系统温度压力耦合软岩力学实验系统主机主机系统系统控制控制系统系统主机主机系统系统高温五联三轴软岩流变实验系统高温五联三轴软岩流变实验系统围岩结构恶化围岩结构恶化高温高湿恶劣环境高温高湿恶劣环境(岩层温度岩层温度40 C，空气湿度，空气湿度95%)实验实验装备装备实验实验装备装备

8、实验实验结果结果不同温度条件下的岩体强度不同温度条件下的岩体强度和变形特性和变形特性不同温度条件下的不同温度条件下的岩体强度和弹模岩体强度和弹模(ZL200910088810.6)(ZL200610113003.1)第18页/共45页第19页/共45页加拿大加拿大MCB33型型Conebolt锚杆锚杆(非恒阻，最大变形量非恒阻，最大变形量120mm)澳大利亚澳大利亚Roofex锚杆锚杆(恒阻恒阻80kN，最大变形量，最大变形量300mm)第20页/共45页恒阻大变形装置恒阻大变形装置锚杆杆体锚杆杆体锚杆托盘锚杆托盘第21页/共45页 0 20 40 60 80 120 140 160 0 25

9、 50 75 100 125 150 175 200225 250 275 300 325 350 375 400 425 位移位移(mm) 拉力拉力(kN)450 475 500普通锚杆加拿大MCB33型Conebolt新型恒阻 大变形锚杆澳大利亚Roofex锚杆第22页/共45页主机系统主机系统控制台控制台恒阻大变形锚杆静力实验系统恒阻大变形锚杆静力实验系统实验过程实验过程试验曲线试验曲线三、恒阻大变形锚杆(索)力学特性及实验系统恒阻大变形锚杆恒阻大变形锚杆 拉伸力学性能实验曲线拉伸力学性能实验曲线第23页/共45页恒阻大变形锚杆恒阻大变形锚杆动载实验系统动载实验系统恒阻大变形锚杆恒阻大变

10、形锚杆动载实验过程动载实验过程第24页/共45页第25页/共45页四通道相加全程四通道相加全程1通道特写通道特写2通道特写通道特写3通道特写通道特写4通道特写通道特写四通道相加特写四通道相加特写第26页/共45页F恒阻锚杆1000mm冲击全程时域波形图第27页/共45页四通道相加全程四通道相加全程1通道特写通道特写2通道特写通道特写3通道特写通道特写4通道特写通道特写四通道相加特写四通道相加特写第28页/共45页单次冲击变形量单次冲击变形量F动载撞击实验结果累计冲击变形量累计冲击变形量累计冲击变形量与冲击能量的关系累计冲击变形量与冲击能量的关系恒阻锚杆阻力恒阻锚杆阻力第29页/共45页第30页

11、/共45页四、恒阻大变形锚杆(索)与围岩相互作用原理树脂锚固剂树脂锚固剂恒阻大变形装置恒阻大变形装置恒阻大变形范围恒阻大变形范围Max:3001000mm锚杆（索）锚杆（索）恒阻锚杆恒阻锚杆(索索)随围岩随围岩变形吸收能量变形吸收能量第31页/共45页PU/mm0UcEIEIIP0U500 5002II01IUUUCCdUUfEdUUfEPU/mm0UcEIEIIP0U500f1(U)f2(U)简化模型简化模型简化模型简化模型 CCCUUPUPEUPkUE50000II02I2121f2(U)f1(U)第32页/共45页恒阻锚杆恒阻锚杆变形吸收能量变形吸收能量 UUPnEEECRT 220 U

12、IIII0II012TRSDSBDBBCBEEEEEnEEnEEPUEP U0022CPnPUU 0002 2CnPUUnP F支护力和位移的解第33页/共45页支护总力支护总力材料变形量关系材料变形量关系（P U0）支护总力支护总力- 结构变形量关系结构变形量关系（U P ）第34页/共45页第35页/共45页锚杆编号示意图锚杆编号示意图菱形网HMG-500型恒阻大变形锚杆 22mm,L=3000mm 锚索15.24mm,L=7000mm工作面侧非工作面侧123456781234567 试验段起始位置B1测站B2测站B3测站B4测站4m8m12mA1测站A2测站新支护段传统支护段13.6m2

13、7.2m17.6m工作面推进方向70m顺槽 第36页/共45页两帮收缩量两帮收缩量与工作面距离关系曲线与工作面距离关系曲线顶板下沉量顶板下沉量与工作面距离关系曲线与工作面距离关系曲线底臌底臌量量与工作面距离关系曲线与工作面距离关系曲线工作帮工作帮非工作帮非工作帮第37页/共45页1.距工作面煤壁距工作面煤壁22m处恒阻锚杆支护效果处恒阻锚杆支护效果 1232.距工作面煤壁距工作面煤壁30m处恒阻锚杆支护效果处恒阻锚杆支护效果 3.距工作面煤壁距工作面煤壁37m处普通锚喷支护效果处普通锚喷支护效果 第38页/共45页五、主要结论第39页/共45页第40页/共45页缓慢大变形破坏模式膨胀大变形高温高湿软化大变形瞬间大变形破坏模式冲击大变形突出大变形结构大变形第41页/共45页加拿大某地下巷道（加拿大某地下巷道（P. Kaiser，2000）F瞬时大变形岩爆大变形第42页/共45页恒阻大变形锚杆恒阻大变形锚杆动载实验系统动载实验系统恒阻大变形锚杆恒阻大变形锚杆动载实验过程动载实验过程第4