变形锚杆锚索支护技术课件T40

煤矿大变形锚杆（索）支护技术汇报人：何满潮单仁亮中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院深部岩土力学与地下工程国家重点实验室汇报提纲一、煤矿大变形灾害的严重性二、恒阻大变形锚杆(索)定型研发三、恒阻大变形锚杆(索)力学特性及实验系统四、恒阻大变形锚杆(索)与围岩相互作用原理五、主要结论一、煤矿大变形灾害的严重性煤炭占我国一次性能源的70%以上，居主导地位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t已采资源量未采资源量1.341.371.461.401.5深度，m-600-1000-1500-2000地表★数据源自第三次全国煤炭资源预测和评价工程岩体大变形灾害的严重性发生次数最多的为顶板大变形塌方事故，占43.3%煤-瓦斯突出是有气体参与的大变形塌方，占23.5%露采滑坡是露天矿的大变形塌方事故，日趋严重顶板18.6%煤与瓦斯突出46.4%水灾15.5%2005.1~2009.6煤矿各类事故死亡人数所占比例运输3.7%其它10.7%顶板43.3%煤与瓦斯突出23.5%水灾7.9%火灾2.5%运输11%其它11.8%2005.1~2009.6煤矿各类事故次数所占比例火灾5.1%多发生在工作面顺槽

工程岩体大变形灾害的主要原因深采复杂的地质力学环境——“三高一扰动”“三高”高地应力——自重应力、构造应力高地温——千米矿井岩层温度35C~45C高压渗透——液体压力、气体压力（瓦斯等）“一扰动”——强烈开采扰动深部岩体力学特性发生转变——硬岩软化大变形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深部岩体大变形破坏模式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膨胀大变形膨胀大变形底臌（龙口柳海矿）顶板膨胀大变形下沉（龙口柳海矿）缓慢大变形——结构大变形非对称底臌大变形（鹤壁五矿）冒顶范围150m

大面积严重冒顶（鹤岗兴安矿）两帮不均匀、非对称变形两帮非对称大变形(徐州旗山矿)缓慢大变形——高温高湿软化大变形围岩结构恶化（徐州夹河矿）工作环境恶劣（徐州夹河矿）瞬时大变形——冲击大变形冲击地压发生前（抚顺老虎台矿）冲击地压发生后（抚顺老虎台矿）加拿大大某地地下巷巷道（（P.Kaiser，2000）瞬时大大变形形——岩爆大大变形形瞬时大大变形形——突出大大变形形郑州大大平矿矿煤与与瓦斯斯突出出过程程郑州嵩嵩枫矿矿岩巷巷底板板瓦斯斯逸出出传统锚锚杆（（索））存在在的问问题——现行支支护技技术无无法适适应大大变形形破坏坏锚杆端端部断断裂杆体中中部断断裂锚杆支支护多多次返返修钢架扭扭曲破破坏失失效浇注混混凝土土开裂裂锚杆支支护岩岩爆破破坏针对传传统预预应力力锚杆杆（索索）存存在的的问题题及其其引发发工程程灾害害的严严重性性，亟亟待研研究一一种新型恒恒阻大大变形形锚杆杆（索索），通过过结构大大变形形和材料大大变形形来抵抗抗巷道道围岩岩大变变形破破坏。。由中中国矿矿业大大学（（北京京）深深部国国家重重点实实验室室何满满潮教教授牵牵头的的教育育部创创新团团队，，进行行了多多年的的系统统的研研究，，取得得了突突破性性进展展。工程岩岩体大大变形形破坏坏机理理黏土矿矿物成成分引引起的的膨胀胀性大大变形形破坏坏机理理二、恒恒阻大大变形形锚杆杆（索索）定定型研研发软岩水水理作作用测测试系系统深部软软岩气气态水水吸附附智智能能测试试系统统膨胀大大变形形底臌臌(龙口柳柳海)粘土矿矿物成成分吸吸水软软化吸水量量随时时间变变化lnQ-t曲线软岩强强度随随时间间衰减减的函函数规规律(ZL200610113006.5)原因直接吸吸水测试装备测试装备环境吸水测试曲线获得规律结构面引起起的非对称称软岩大变变形破坏机机理非对称大变变形结构面岩体结构非非对称原因（ZL200710119124.1）关键部位实验装备软岩巷道破破坏结构效效应物理模模型实验系系统水平岩层8倾斜岩层30倾斜岩层45倾斜岩层实验结果确定关键部位深部高应力力引起的岩岩体剧烈大大变形(软岩岩爆)机理主机液压控制系系统加载系统一向突然卸载煤系地层岩岩爆岩爆前支护护状态岩爆后支护护状态实验装备加拿大Creighton矿花岗岩岩岩爆实验(2500m)星村煤矿垂垂直层理泥泥质砂岩(1113m)实验结果深井高温高高湿围岩软软化大变形形机理温度压力耦耦合软岩力力学实验系系统主机系统控制系统主机系统高温五联三三轴软岩流流变实验系系统围岩结构恶恶化高温高湿恶恶劣环境(岩层温度>40C，空气湿度度>95%)实验装备实验装备实验结果不同温度条条件下的岩岩体强度和变形特性性不同温度条条件下的岩体强度和和弹模(ZL200910088810.6)(ZL200610113003.1)恒阻大变形形锚杆（索索）研发理理念——以柔克刚、、刚柔相济济国外大量使使用的大变变形锚杆加拿大MCB33型Conebolt锚杆(非恒阻，最最大变形量量120mm)澳大利亚Roofex锚杆(恒阻80kN，最大变形形量300mm)理想弹塑性性材料研制制——恒阻大变形形锚杆---技术特性#恒阻参数150~300kN#大变形参数数0.3~0.6m#可回收---适用范围软岩大变形形、岩爆大大变形、冲击大变形形、瓦斯突突出大变形形恒阻大变形形装置锚杆杆体锚杆托盘恒阻大变形形支护性能能国内外对对比0204060801201401600255075100125150175200225250275300325350375400425位移(mm)拉力(kN)450475500普通锚杆加拿大MCB33型Conebolt新型恒阻大大变变形锚杆澳大利亚Roofex锚杆恒阻大变形形锚杆（索索）静力学学特性及实实验系统主机系统控制台恒阻大变形形锚杆静力力实验系统统实验过程试验曲线三、恒阻大大变形锚杆杆(索)力学特性及及实验系统统恒阻大变形形锚杆拉拉伸力学性性能实验曲曲线恒阻大变形形锚杆（索索）动力学学特性及实实验系统恒阻大变形形锚杆动载实验系系统恒阻大变形形锚杆动载实验过过程恒阻锚杆50mm冲击全程时时域波形图图50mm冲击时域波波形图四通道相加加全程[1]通道特写[2]通道特写[3]通道特写[4]通道特写四通道相加加特写恒阻锚杆1000mm冲击全程时时域波形图图1000mm冲击时域波波形图四通道相加加全程[1]通道特写[2]通道特写[3]通道特写[4]通道特写四通道相加加特写单次冲击变变形量动载撞击实实验结果累计冲击变变形量累计冲击变变形量与冲冲击能量的的关系恒阻锚杆阻阻力岩爆大变形形控制对策策大断面预留量恒阻大变形形支护多级级吸收能量量多次加压注注浆缓慢大变形形控制对策策大断面预留量恒阻大变形形支护释放放能量多次加压注注浆恒阻大变形形支护原理理四、恒阻大大变形锚杆杆(索)与围岩相互互作用原理理树脂锚固剂剂恒阻大变形形装置恒阻大变形形范围Max:300~1000mm锚杆（索））恒阻锚杆(索)随围岩变形吸收能能量恒阻大变形形锚杆（索索）能量本本构关系抵抗变形能能量EI和吸收变形形能量EIIEB=EI+EII其中：PU/mm0UcEIEIIP0U500PU/mm0UcEIEIIP0U500f1(U)f2(U)简化化模模型型简化化模模型型f2(U)f1(U)恒阻阻锚锚杆杆变形形吸吸收收能能量量支护护和和围围岩岩相相互互作作用用能能量量方方程程组组岩体体锚杆杆(索)岩体体锚杆杆(索)U支护护力力和和位位移移的的解解支护护总总力力—材料料变变形形量量关关系系（P––U0）支护护总总力力-结构构变变形形量量关关系系（△U–P）现场场工工程程验验证证---沈阳阳煤煤业业集集团团清清水水煤煤矿矿---淄博博煤煤业业集集团团唐唐口口煤煤矿矿---徐州州矿矿业业集集团团新新安安煤煤矿矿---国家家电电网网新新疆疆新新吉吉海海煤煤矿矿---锦平平水水电电站站导导流流洞洞工工程程恒阻阻大大变变形形锚锚杆杆拉拉伸伸量量监监测测（沈沈阳阳清清水水煤煤矿矿））锚杆杆编编号号示示意意图图

变形量与工作作面距离对比比分析两帮收缩量与工作面距离离关系曲线顶板下沉量与工作面距离离关系曲线底臌量与工作面距离离关系曲线工作帮非工作帮支护表观效果果对比1.距工作面煤壁壁22m处恒阻锚杆支支护效果1232.距工作面煤壁壁30m处恒阻锚杆支支护效果3.距工作面煤壁壁37m处普通锚喷支支护效果1、自主研发了了具有特殊结结构的恒阻大大变形锚杆（（索），能够够适应工程围围岩大变形灾灾害控制的需需求。通过对对恒阻大变形形锚杆（索））的材料、结结构进行优化化选择和组合合试验，确定定了恒阻装置置的结构组成成、材料参数数和几何参数数；2、自主研发了了“恒阻大变变形锚杆（索索）的大变形形拉伸力学实实验系统”和和“恒阻大变变形锚杆冲击击力学实验系系统”。通过过实验，恒阻阻大变形锚杆杆的性能参数数达到了恒阻阻120k