復雜條件下巷道圍巖主動控制技術(shù)

復雜地質(zhì)條條件下巷道圍巖主主動控制技技術(shù)山東東科科技技大大學學秦秦忠忠誠誠2010年8月一、、支支護護研研究究背背景景二、、錨錨桿桿支支護護基基本本理理論論與與新新型型錨錨桿桿、、錨錨索索三、、巷巷道道支支護護系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計計方方法法四、、部部分分礦礦井井巷巷道道支支護護案案例例五、、部部分分專專利利與與成成果果匯報報提提綱綱“復雜雜地地質(zhì)質(zhì)條條件件下下巷巷道道圍圍巖巖變變形形與與控控制制”是是目目前前深深井井建建設(shè)設(shè)中中遇遇到到的的普普遍遍難難題題，，針針對對復復雜雜施施工工地地質(zhì)質(zhì)條條件件，，探探究究經(jīng)經(jīng)濟濟合合理理的的巷巷道道支支護護技技術(shù)術(shù)，，對對礦礦井井的的安安全全高高效效生生產(chǎn)產(chǎn)具具有有重重要要的的現(xiàn)現(xiàn)實實意意義義和和工工程程應(yīng)應(yīng)用用價價值值。。我國國煤煤礦礦開開采采深深度度以以8-12m/年的的速速度度增增加加，，東東部部礦礦井井10-25m/年。。1980年年平平均均開開采采深深度度288m，，1995年428.83m，，2000年以以后后超超過過了了500m。。國有有重重點點煤煤礦礦，，開開采采深深度度達達1000m深礦礦井井有有數(shù)數(shù)十十處處，，最最大大采采深深超超過過1300m。主要要分分布布在在新新汶汶、、淄淄博博、、開開灤灤、、北北票票、、沈沈陽陽、、徐徐州州、、淮淮南南、、徐徐州州等等礦礦區(qū)區(qū)。。到2009年底底，，新新礦礦集集團團5個礦礦采采深深超超過過1000m，開開灤灤、、徐徐州州、、淮淮南南等等礦礦區(qū)區(qū)平平均均采采深深大大于于800m。預計計在在未未來來20年年我我國國很很多多煤煤礦礦將將進進入入到到1000-1500m的開開采采深深度度。。一、、支支護護研研究究背背景景一、、支支護護研研究究背背景景高地地應(yīng)應(yīng)力力：：垂直直應(yīng)應(yīng)力力明明顯顯增增大大；；水水平平應(yīng)應(yīng)力力甚甚至至超超過過靜靜水水壓壓力力；；構(gòu)構(gòu)造造應(yīng)應(yīng)力力場場復復雜雜。。高地地溫溫：：地溫溫梯梯度度30-50°°C/km。。熱應(yīng)應(yīng)力力問問題題明明顯顯，，（（0.4-0.5MPa）/△1°°C高巖巖溶溶水水壓壓：：高裂裂隙隙水水壓壓使使巖巖石石更更易易破破壞壞且且礦礦井井突突水水嚴嚴重重。。開采采擾擾動動：：在高高地地應(yīng)應(yīng)力力下下，，疊疊加加采采動動影影響響，，巷巷道道硐硐室室破破壞壞更更加加嚴嚴重重。。巖體體弱弱化化：：不同同圍圍壓壓下下巖巖石石具具有有不不同同的的特特性性，，在在高高圍圍壓壓下下脆脆性性巖巖石石轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為塑塑性性。。流變變特特性性：：高應(yīng)應(yīng)力力作作用用下下，，巖巖石石具具有有較較強強的的時時間間效效應(yīng)應(yīng)，，呈呈現(xiàn)現(xiàn)明明顯顯的的流流變變或或蠕蠕變變。。擴容容特特性性：：在大大偏偏應(yīng)應(yīng)力力下下巖巖石石內(nèi)內(nèi)部部節(jié)節(jié)理理、、裂裂隙隙、、裂裂紋紋張張開開，，出出現(xiàn)現(xiàn)擴擴容容膨膨脹脹。?？迓渎涿懊绊旐斣鲈黾蛹樱海簢鷰r巖應(yīng)應(yīng)力力高高于于圍圍巖巖強強度度，，圍圍巖巖易易失失穩(wěn)穩(wěn)性性，，支支護護難難度度大大。。沖擊擊地地壓壓：：煤巖巖體體應(yīng)應(yīng)力力加加大大，，沖沖擊擊地地壓壓發(fā)發(fā)生生的的頻頻率率、、強強度度和和規(guī)規(guī)模模增增加加。。礦壓壓顯顯現(xiàn)現(xiàn)強強烈烈：：巷道道變變形形量量明明顯顯增增大大，，采采面面礦礦壓壓顯顯現(xiàn)現(xiàn)強強烈烈。。深井井開開采采礦礦壓壓特特點點一、、支支護護研研究究背背景景巷道道圍圍巖巖變變形形的的時時間間效效應(yīng)應(yīng)。圍巖巖變變形形量量大大，，有有明明顯顯的的時時間間性性。。初初期期來來壓壓快快、、變變形形顯顯著著，，不不采采取取有有效效支支護護措措施施，，極極易易發(fā)發(fā)生生冒冒頂頂、、片片幫幫。。即即使使圍圍巖巖變變形形穩(wěn)穩(wěn)定定后后，，圍圍巖巖還還以以長長期期處處于于流流變變狀狀態(tài)態(tài)。。巷道道圍圍巖巖變變形形的的空空間間效效應(yīng)應(yīng)。。巷道道來來壓壓方方向向多多表表現(xiàn)現(xiàn)為為四四周周來來壓壓。。不不僅僅頂頂板板、、兩兩幫幫發(fā)發(fā)生生顯顯著著變變形形和和破破壞壞，，底底板板也也出出現(xiàn)現(xiàn)強強烈烈變變形形和和破破壞壞，，如如不不對對底底板板采采取取有有效效控控制制措措施施，，則則強強烈烈底底臌臌會會加加劇劇兩兩幫幫和和頂頂板板的的變變形形和和破破壞壞。。巷道圍巖巖變形的的易受擾擾動性。。圍巖變形形對應(yīng)力力的變化化非常敏敏感，受受震動、、鄰近巷巷道掘進進或回采采工作面面采動影影響后，，圍巖變變形和破破壞均有有明顯增增加。圍圍巖的穩(wěn)穩(wěn)定性與與巷道斷斷面形狀狀、施工工工藝等等因素都都有關(guān)系系。巷道圍巖巖變形的的沖擊性性。在有沖擊擊傾向的的巷道中中，圍巖巖變形有有時并不不是連續(xù)續(xù)的、逐逐漸變化化的，而而是突然然劇烈增增加，導導致斷面面迅速縮縮小，具具有強烈烈的沖擊擊性。深井巷道道變形特特點一、支護護研究背背景新奧法支支護理論論煤炭行業(yè)業(yè)結(jié)合自自身特點點，完善善和發(fā)展展了新奧奧法：采采用光面面爆破；；早強噴噴射混凝凝土及時時封閉巷巷道周邊邊，實施施密貼支支護；采采用錨噴噴支護，，主動加加固圍巖巖，提高高其自承承能力，，在圍巖巖內(nèi)形成成承載圈圈；實施施二次支支護；對對破碎圍圍巖實施施注漿加加固；實實施動態(tài)態(tài)設(shè)計和和動態(tài)施施工等。。聯(lián)合支護護理論對深部巷巷道，只只提高支支護剛度度難以有有效控制制圍巖變變形，要要先柔后后剛，先先讓后抗抗，柔讓讓適度，，穩(wěn)定支支護。但但隨著巷巷道條件件變差，，該理論論受到挑挑戰(zhàn)，有有些巷道道采用聯(lián)聯(lián)合支護護并不有有效，多多次維修修，圍巖巖變形一一直不能能穩(wěn)定。。二次支護護理論對深部大大變形巷巷道，應(yīng)應(yīng)實施二二次支護護。一次次支護在在保證圍圍巖穩(wěn)定定的條件件下允許許有一定定變形，，釋放壓壓力；在在合適的的時間進進行二次次支護，，保持巷巷道的長長期穩(wěn)定定。深部巷道道支護理理論一、支護護研究背背景錨桿錨噴噴支護：：錨桿錨噴噴支護性性能優(yōu)越越，比較較適合深深部巷道道支護。。但必須須選擇合合理的支支護形式式與參數(shù)數(shù)，才能能取得較較好效果果。U型鋼可縮縮性支架架：U型鋼具有有較好的的斷面形形狀和幾幾何參數(shù)數(shù)，型鋼鋼搭接后后易于收收縮，支支架設(shè)計計合理，，使用正正確，能能獲得較較好的力力學性能能。支架架結(jié)構(gòu)分分不封閉閉和封閉閉。但U型鋼支架架畢竟是是一種被被動支護護形式，，而且支支護費用用高，施施工比較較困難。。注漿加固固：注漿將破破碎巖體體固結(jié)，，改善圍圍巖結(jié)構(gòu)構(gòu)，提高高圍巖強強度，增增加自身身承載能能力。水水泥─水水玻璃、、高分子子材料。。注漿加加固適于于破碎圍圍巖，且且與其它它支護方方法聯(lián)合合使用。。聯(lián)合支護護：兩種或兩兩種以上上支護方方式聯(lián)合合支護。。如能充充分發(fā)揮揮每種支支護方式式性能，，優(yōu)勢互互補，有有更好支支護效果果和更廣廣的適用用范圍。。錨噴+注漿，，錨噴+U型鋼支架架，U型鋼支架架+注漿漿，錨噴噴+注漿漿+U型鋼支架架。適用用范圍廣廣，但費費用高，，支護形形式選擇擇不匹配配時，往往往造成成各個擊擊破。卸壓技術(shù)術(shù)：將巷道布布置在應(yīng)應(yīng)力降低低區(qū)，或或采取人人工卸壓壓措施，，使巷道道周邊的的高應(yīng)力力向深部部轉(zhuǎn)移，，是深部部巷道圍圍巖變形形控制的的另一個個途徑。。在應(yīng)力力降低低區(qū)布布置巷巷道是是首選選方法法，人人工卸卸壓法法（切切縫、、鉆孔孔、爆爆破、、掘卸卸壓巷巷等）），由由于種種種原原因，，目前前還沒沒有推推廣，，僅作作為一一種輔輔助方方法局局部采采用。。高強預預應(yīng)力力錨桿桿、預預應(yīng)力力錨索索、讓讓壓錨錨桿、、讓壓壓錨索索支護護已得得到大大面積積應(yīng)用用,成成為我我國煤煤礦巷巷道首首選的的、主主要的的支護護方式式。深部巷巷道支支護技技術(shù)一、支支護研研究背背景組合梁梁理論論機理：：將錨固固范圍圍內(nèi)的的巖層層擠緊緊，增增加各各巖層層間的的摩擦擦力，，防止止巖石石沿層層面滑滑動，，避免免各巖巖層出出現(xiàn)離離層現(xiàn)現(xiàn)象，，提高高其自自撐能能力。。將巷道道頂板板錨固固范圍圍內(nèi)的的幾個個薄巖巖層鎖鎖緊成成一個個較厚厚的巖巖層（（組合合梁））。在在上覆覆巖層層載荷荷的作作用下下，這這種組組合厚厚巖層層內(nèi)的的最大大彎曲曲應(yīng)變變和應(yīng)應(yīng)力都都將大大大減減小，，組合合梁的的撓度度亦減減小。。適用條條件：：層狀狀復合合頂板板二、錨錨桿支支護基基本理理論與與新型型錨桿桿、錨錨索1、基本本理論論二、錨錨桿支支護基基本理理論與與新型型錨桿桿、錨錨索薄壁梁梁向深深厚梁梁的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換理理論理論要要點深厚梁梁－理理論薄壁梁梁－理理論錨桿、、錨索索預應(yīng)應(yīng)力形形成的的深厚厚梁錨桿無無預應(yīng)應(yīng)力或或被動動棚式式情況況下的的薄壁壁梁二、錨錨桿支支護基基本理理論與與新型型錨桿桿、錨錨索壓縮拱拱(承載拱拱)理論機理：：在破裂裂區(qū)中中安裝裝預應(yīng)應(yīng)力錨錨桿時時，在在桿體體兩端端將形形成圓圓錐形形分布布的壓壓應(yīng)力力，如如果沿沿巷道道周邊邊布置置錨桿桿群，，只要要錨桿桿間距距足夠夠小，，各個個錨桿桿形成成的壓壓應(yīng)力力圓錐錐體將將相互互交錯錯，就就能在在巖體體中形形成一一個均均勻的的壓縮縮帶，，即承壓拱拱，這個個承壓壓拱可可以承承受其其上部部破碎碎巖石石施加加的徑徑向荷荷載。。在承承壓拱拱內(nèi)的的巖石石徑向向及切切向均均受壓壓，處處于三三向應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)，，其圍圍巖強強度得得到提提高，，支撐撐能力力也相相應(yīng)加加大。。二、錨錨桿支支護基基本理理論與與新型型錨桿桿、錨錨索對擾動動圍巖巖進行行強度度再強強化，，控制制松動動圈的的擴展展。適用條條件：：拱形形巷道道1945～1950：機械械式錨錨桿的的研究究與應(yīng)應(yīng)用1950～1960：廣泛泛采用用機械械式錨錨桿，，開始始對錨錨桿進進行系系統(tǒng)研研究1960～1970：發(fā)明明了樹樹脂藥藥卷，，引發(fā)發(fā)錨桿桿技術(shù)術(shù)的一一次革革命1970～1980：發(fā)明明管縫縫式、、水力力漲管管式錨錨桿，，研究究新的的錨桿桿設(shè)計計方法法，長長錨索索產(chǎn)生生1980～1990：混合合錨頭頭錨桿桿、組組合錨錨桿、、桁架架錨桿桿、各各種特特種錨錨桿得得到應(yīng)應(yīng)用，，樹脂脂錨固固材料料得到到改進進。美國作作為世世界上上第二二采煤煤大國國，錨錨桿支支護技技術(shù)是是最先先進的的，美美國錨錨桿支支護技技術(shù)至至今已已有一一百多多年的的發(fā)展展歷史史，但但錨桿桿支護護技術(shù)術(shù)的廣廣泛應(yīng)應(yīng)用，，僅是是近五五、六六十年年的時時間，，現(xiàn)在在美國國礦井井的錨錨桿支支護率率為100％。美美國每每年錨錨桿使使用量量在8000萬套以以上，，每年年有2.5萬km的煤巷巷使用用錨桿桿支護護。錨桿支支護技技術(shù)發(fā)發(fā)展二、錨錨桿支支護基基本理理論與與新型型錨桿桿、錨錨索美國在在復雜雜的地地質(zhì)條條件下下成功功使用用錨桿桿的經(jīng)經(jīng)驗是是采用用高預預應(yīng)力力、高高強度度錨桿桿，對對巷道道頂板板采取取積極極主動動的支支護，，極大大地提提高了了巷道道圍巖巖的自自承載載能力力和巷巷道的的穩(wěn)定定性，，減少少了錨錨桿數(shù)數(shù)量、、提高高了巷巷道掘掘進速速度、、降低低了巷巷道的的支護護成本本。美國巷巷道支支護理理念：錨桿桿、錨錨索是是支護護結(jié)構(gòu)構(gòu)的主主體，，為了了充分分實現(xiàn)現(xiàn)錨桿桿主動動支護護的效效果，，通過過提高高錨桿桿預應(yīng)應(yīng)力去去主動動加固固受掘掘進破破巖影影響的的松動動圍巖巖，以以提高高圍巖巖的自自身承承載能能力，，控制制松動動圈的的擴展展?，F(xiàn)現(xiàn)礦井井噴射射的混混凝土土，由由于受受巷道道初始始成型型的影影響，，混凝凝土噴噴層厚厚度很很不均均勻，，現(xiàn)混混凝土土噴層層主要要作用用是封封閉圍圍巖，，防止止圍巖巖風化化，保保證圍圍巖的的長期期強度度。另外，澳大大利亞作為為第三大采采煤國，也也幾乎全部部采用錨網(wǎng)網(wǎng)支護。國外發(fā)達國國家錨網(wǎng)支支護的特點點：(1)單體錨桿強強度大；(2)錨桿安裝應(yīng)應(yīng)力大；(3)間排距大；；(4)錨網(wǎng)支護效效率高，支支護效果良良好。錨桿支護技技術(shù)發(fā)展二、錨桿支支護基本理理論與新型型錨桿、錨錨索自50年代以來，，錨桿支護護技術(shù)在我我國得到了了逐步應(yīng)用用，特別是是進入90年代，許多多礦井改變變傳統(tǒng)的棚棚式和砌體體支護的理理念，開始始試用推廣廣錨網(wǎng)支護護，大量的的實踐驗證證了錨網(wǎng)支支護安全、、高效、經(jīng)經(jīng)濟的優(yōu)勢勢。同時，在礦礦井軟巖、、動壓巷道道及煤巷中中采用錨桿桿支護也獲獲得了良好好的效果。。原煤炭工業(yè)業(yè)部1995年提出：““煤巷錨桿桿支護是我我國煤礦繼繼綜合機械械化采煤之之后的第二二次支護技技術(shù)革命””，并將““煤礦錨桿桿支護技術(shù)術(shù)”列為煤煤炭工業(yè)““九五”重重點科技攻攻關(guān)項目的的五個項目目之一，在在攻關(guān)研究究的基礎(chǔ)上上，在煤礦礦中大力推推廣煤巷錨錨桿支護技技術(shù)。但是煤礦錨錨網(wǎng)支護作作為一種主主動支護方方式，要達達到理想的的支護效果果，在技術(shù)術(shù)細節(jié)上尚尚未完全解解決。如錨錨桿組件、、錨桿結(jié)構(gòu)構(gòu)、錨桿施施工安裝機機具和錨桿桿與其它支支護結(jié)構(gòu)的的耦合問題題等。錨桿支護技技術(shù)發(fā)展二、錨桿支支護基本理理論與新型型錨桿、錨錨索⑴錨桿支護護設(shè)計主要要依靠現(xiàn)場場經(jīng)驗，設(shè)設(shè)計理論依依據(jù)有待完完善和補充充；⑵各類巷道道錨桿千篇篇一律；很很多設(shè)計單單位只是籠籠統(tǒng)選擇了了錨桿直徑徑和長度。。但是不同同的錨桿結(jié)結(jié)構(gòu)和施工工工藝會很很大的效果果差別。⑶沒有考慮慮地應(yīng)力大大小、方向向、比值的的影響；⑷沒有進行行地質(zhì)力學學分析和巷巷道壓力顯顯現(xiàn)與錨桿桿支護參數(shù)數(shù)的匹配關(guān)關(guān)系分析與與選擇，所所以提出的的支護方案案很難適應(yīng)應(yīng)地質(zhì)條件件的變化，，不能實現(xiàn)現(xiàn)量體裁衣衣、對癥下下藥。⑸單根錨桿桿強度低、、預緊力低低、可靠性性低、間排排距小(單體錨桿鉆鉆機推力小小(小于0.5t)、扭距小(小于160Nm)，錨桿基本本上沒有預預應(yīng)力)；⑹錨桿消耗耗量大、施施工速度慢慢、工效低低、費用高高、安全性性較低。錨桿支護技技術(shù)發(fā)展我國現(xiàn)有錨錨桿支護存存在的不足足二、錨桿支支護基本理理論與新型型錨桿、錨錨索國內(nèi)外錨桿桿支護技術(shù)術(shù)對比比較項目中國美、澳、英錨桿材料強度（MPa）235、335、500450、500、600、700錨桿錨固力（t）5～15>20錨桿直徑（mm）16～2220～22錨桿間排距（m）0.7～0.91.0～1.2錨桿長度（m）1.6～2.42.2～2.6錨桿安裝應(yīng)力（t）0～44～8二、錨桿支支護基本理理論與新型型錨桿、錨錨索錨桿和錨固固區(qū)域圍巖巖體形成統(tǒng)統(tǒng)一的承載載結(jié)構(gòu)錨桿支護可可以提高錨錨固體的力力學性質(zhì)提高殘余強強度值改變圍巖的的受力狀態(tài)態(tài),提高承載能能力減少破碎區(qū)區(qū)、松動區(qū)區(qū)范圍控制松動圈圈擴展預應(yīng)力錨桿桿、錨索支支護是主動強化破破碎圍巖的主要方法法；后注漿錨桿桿、錨索是是被動強化圍圍巖的一種方法法。2、主動控制制錨桿支護護系統(tǒng)擾動圍巖再再強化支護護理念二、錨桿支支護基本理理論與新型型錨桿、錨錨索高地應(yīng)力、、軟弱破碎碎圍巖巷道道平衡支護護問題位移平衡支支護法－新型預應(yīng)應(yīng)力讓壓錨錨桿1）巷道開挖挖后地應(yīng)力力釋放的不不可抗拒性性2）對地應(yīng)力力釋放實施施有控制讓讓壓應(yīng)力平衡支支護法－通過變換換支護參數(shù)數(shù)平衡巷道道不同位置置的地應(yīng)力力1）受構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力或采動動應(yīng)力的影影響，巷道道周邊應(yīng)力力分布不均均一，所以以不能用均均一的支護護參數(shù)去支支護巷道圍圍巖。2）巷道圍巖巖強度的不不均一性，，應(yīng)根據(jù)圍圍巖的強度度設(shè)計支護護參數(shù)。龍固煤礦在在建設(shè)期間間的硐室和和主要大斷斷面巷道均均采用了高高強讓壓錨錨桿，取得得了較好的的效果。讓讓壓錨桿在在新礦集團團、棗礦集集團、兗礦礦集團和潞潞安集團的的動壓高地地應(yīng)力巷道道支護中被被廣泛應(yīng)用用。二、錨桿支支護基本理理論與新型型錨桿、錨錨索位移平衡支支護法－新新型的預應(yīng)應(yīng)力讓壓錨錨桿單起動防防沖讓壓壓錨桿雙起動點點防沖讓讓壓錨桿桿二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索預應(yīng)力讓讓壓錨桿桿工作特特性曲線線高強高預預應(yīng)力讓讓壓錨桿桿－讓壓壓前無讓壓管管和有讓讓壓管工工作特性性曲線高強高預預應(yīng)力讓讓壓錨桿桿－讓壓壓后二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索應(yīng)力平衡衡支護法法－通過過變換支支護參數(shù)數(shù)平衡巷巷道不同同位置的的地應(yīng)力力二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索預應(yīng)力錨錨桿與圍圍巖主動動控制支支護效果果—計算機模模擬1.0T安裝載荷時的應(yīng)力分布和變形圖1.0T安裝載荷時放大后的頂板離層

2.0T安裝載荷荷時的應(yīng)應(yīng)力分布布和變形形圖2.0T安裝載荷荷時放大大后的頂頂板離層層二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索3.0T安裝載荷時的應(yīng)力分布和變形圖3.0T安裝載荷時放大后的頂板離層

4.0T安裝載荷時的應(yīng)力分布和變形圖4.0T安裝載荷時放大后的頂板離層

二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索預應(yīng)力錨錨桿與圍圍巖主動動控制支支護效果果—計算機模模擬新礦集團團集團1200m采深巷道道支護效效果對比比高強預應(yīng)應(yīng)力錨桿桿支護全螺紋錨錨桿等強強錨桿支支護二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索關(guān)于預應(yīng)應(yīng)力讓壓壓錨桿(錨)應(yīng)用的體體會第一時間間主動控控制：復雜圍巖巖條件下下，錨網(wǎng)網(wǎng)索支護護成功的的關(guān)鍵是是圍巖早早期控制制和主動動控制。。錨桿錨錨索第一一時間產(chǎn)產(chǎn)生預應(yīng)應(yīng)力是非非常重要要的。錨桿、錨錨索協(xié)同同支護：：提高錨桿桿錨索預預應(yīng)力后后，錨桿桿錨索的的增阻速速度會明明顯加快快。錨桿桿、錨索索的受力力匹配和和變形匹匹配是保保障支護護系統(tǒng)協(xié)協(xié)同完成成支護任任務(wù)的關(guān)關(guān)鍵。通通常錨桿桿的預應(yīng)應(yīng)力宜在在3～5t左右。錨錨索的預預應(yīng)力應(yīng)應(yīng)以施打打錨索時時刻的錨錨桿受力力大小來來確定。。讓壓量和和讓壓噸噸位匹配配：讓壓錨桿桿、讓壓壓錨索的的使用是是有條件件的。宜宜在圍巖巖能量有有積蓄傾傾向、動動壓、圍圍巖變形形速度、、地應(yīng)力力釋放快快的條件件下使用用。讓壓壓量和讓讓壓噸位位的匹配配是讓壓壓支護成成功的關(guān)關(guān)鍵。支護一體體：在錨網(wǎng)索索支護體體系中，，錨桿、、錨索是是“支”的作用；；鋼帶、、鋼筋梯梯和網(wǎng)子子及噴射射混凝土土是“護”作用，良良好的支支護系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)該以以“支”為主、以以“護”為輔，支支護一體體。綜合控制制：對復雜條條件下的的圍巖控控制，通通常是綜綜合控制制。錨注注只能適適用于巷巷道的二二次維修修，是松松動圈大大量擴展展后使用用的一種種支護方方法。成成功的錨錨網(wǎng)支護護是松動動圈得到到了有效效控制，，此時圍圍巖無需需錨注加加固。二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索錨桿分類類材質(zhì)：木質(zhì)錨錨桿、塑塑料或是是玻璃鋼鋼錨桿、、金屬錨錨桿錨固：機機械錨固固、粘結(jié)結(jié)錨固錨固長度度：局部部錨固、、全長錨錨固目前90％以上的的錨固為為金屬桿桿體，樹樹脂局部部錨固錨錨桿金屬錨桿桿左旋細絲絲錨桿（（Q335、Q500）右旋全螺螺紋鋼錨錨桿（Q335）圓鋼麻花花錨桿（（Q215、Q335）3、錨桿形形式與錨錨桿結(jié)構(gòu)構(gòu)二、錨桿桿支護基基本理論論與新型型錨桿、、錨索左旋預應(yīng)應(yīng)力阻尼尼錨桿是一種預應(yīng)力力錨桿。阻尼尼有樹脂或塑塑料阻尼、銷銷式阻尼、金金屬蓋片式阻阻尼三種;錨固力靠樹脂脂粘結(jié)力實現(xiàn)現(xiàn);阻尼打開實現(xiàn)現(xiàn)樹脂的充分分攪拌;等待40－60s后，施加錨桿桿的預應(yīng)力操操作。4、新型錨桿形形式與錨桿結(jié)結(jié)構(gòu)二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索②左旋細絲絲預應(yīng)力錨桿桿該錨桿的缺點點：加工過程程多了壓圓、、滾絲兩個工工藝。該錨桿的優(yōu)點點：(Ⅰ)錨桿預應(yīng)力大大。由于該錨桿桿螺紋是國標標螺紋，螺紋紋螺距2.5mm，螺紋自鎖效效果好，通過過特制的阻尼尼螺母，錨固固樹脂攪拌充充分、錨固力力大，120型氣動錨索鉆鉆機即可實現(xiàn)現(xiàn)4噸的預緊力。。(Ⅱ)錨桿錨固力高高。因該錨桿桿桿體設(shè)計的螺螺紋方向為左左旋方向和錨錨桿的攪拌樹樹脂方向（右右旋）相反，，在攪拌樹脂脂的過程中會會對樹脂產(chǎn)生生一個軸向擠擠壓力，大量量測試表明，，同樣桿體直直徑和同樣樹樹脂的情況下下，左旋細絲絲預應(yīng)力錨桿桿的錨固力比比右旋等強全全螺紋鋼錨桿桿錨桿，錨固固力可提高20％以上。(Ⅲ)桿體的有效斷斷面大，錨桿桿強度高。大量試驗表表明，同直徑徑同材質(zhì)的左左旋細絲預應(yīng)應(yīng)力錨桿的破破斷力比右旋旋等強全螺紋紋鋼錨桿的破破斷力高出20％以上。(Ⅳ)左旋細絲預應(yīng)應(yīng)力錨桿因采采用了合理的的阻尼螺母，，螺母材質(zhì)為為球墨鑄鐵，，球墨鑄鐵和和錨桿桿體的的摩擦力是最最小的，另外外采用了減阻阻特制塑料墊墊圈，使錨桿桿的扭矩應(yīng)力力比大大提高高。左旋預應(yīng)力阻尼錨桿二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索②左旋細絲絲預應(yīng)力錨桿桿A六方螺母預應(yīng)應(yīng)力錨桿B四方螺母預應(yīng)應(yīng)力錨桿圖2左旋細絲預應(yīng)應(yīng)力錨桿組裝裝示意圖二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索右旋無阻尼等等強螺紋鋼錨錨桿二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索該類錨桿的優(yōu)點：加工制造簡簡單。該類錨桿的缺點：(Ⅰ)桿體螺距大。通常在10-12mm左右，大螺距距螺母與桿體體咬合力低，，摩擦力大，，時常出現(xiàn)退退絲現(xiàn)象，而而且錨桿安裝裝應(yīng)力低，很很難達到2噸以上的預緊緊力。(Ⅱ)錨桿錨固力低低。因該錨桿桿桿體設(shè)計的螺螺紋方向(右旋)和錨桿的攪拌拌樹脂方向(右旋攪拌)旋向相同，在在攪拌樹脂的的過程中會對對樹脂產(chǎn)生一一個向外的輸輸送力，大量量測試表明，，同樣桿體直直徑和同樣樹樹脂的情況下下，右旋全螺螺紋等強錨桿桿的錨固力比比左旋細絲預預應(yīng)力錨桿，，錨固力降低低20％。(Ⅲ)桿體的強度低低。大量試驗表表明，同直徑徑同材質(zhì)的右右旋等強錨桿桿的破斷力比比左旋細絲預預應(yīng)力錨桿低低20％以上。所以右旋全螺螺紋鋼等強錨錨桿已經(jīng)不能能滿足深部錨錨網(wǎng)支護的要要求，現(xiàn)在深深部支護中很很少選用。右旋無阻尼等等強螺紋鋼錨錨桿二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索左旋與右旋螺螺紋鋼錨桿強強度對比左旋滾絲螺紋紋鋼錨桿桿體體強度右旋等強螺紋紋鋼錨桿桿體體強度桿體直徑(mm)鋼材級別（MPa）屈服強度（噸）抗拉強度（噸）國標實測國標實測Ф18MG3358.7≥9.112.6≥13.0Ф20MG33510.8≥10.215.6≥15.0Ф22MG33513.1≥13.3518.9≥20.25桿體直徑鋼材級別屈服強度(kN)抗拉強度(kN)國標實測國標實測Ф16MG33563≥9092≥130Ф18MG33583≥110121≥160Ф18MG500125≥150163≥200Ф20MG335110≥125160≥185Ф20MG500153≥180202≥240Ф22MG335127≥154186≥220Ф22MG500178≥200235≥270二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索③鳥巢錨索索目前國內(nèi)所使使用的光面錨錨索（如上圖圖）都是簡單單的一條鋼絞絞線。其缺點點有：①錨索直徑徑主要為15.24mm和17.8mm兩種規(guī)格，而而鉆孔直徑是是28mm。錨索樹脂和和孔壁之間很很難達到理想想的配合，影影響錨索的錨錨固力。②錨索表面面光滑，影響響錨固力。相相同錨固長度度的情況下，，光面錨索的的錨固力小于于螺紋鋼的錨錨固力。③錨索長度度大，安裝時時很可能靠到到孔壁一側(cè)，，造成錨索一一側(cè)有樹脂，，另一側(cè)無樹樹脂的現(xiàn)象。。這會大大影影響錨索的抗抗拉拔力。傳統(tǒng)的錨索是是鋼絞線＋錨錨索托盤＋錨錨具組成，因因鋼絞線為高高碳鋼材料、、表明光滑，，且鋼絞線纏纏繞角度很小小，造成鋼絞絞線的錨固力力??；為增加加錨固力，需需增加錨固劑劑使用量，但但是錨固劑使使用量增加會會帶來錨索安安裝困難，有有時候會出現(xiàn)現(xiàn)大尾巴現(xiàn)象象。鑒于此，需開開發(fā)新型錨索索5、錨索形式與與結(jié)構(gòu)二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索③鳥巢錨索索①對中、增加錨錨固面積：鳥籠的大小一般比比錨索鉆孔小小2mm，可保證錨索索在孔中對中中,使得樹脂在錨錨索周圍均勻勻分布,并增加錨固面面積，從而用用較少的樹脂脂用量取得最最大的抗拉拔拔力。②更好的攪拌樹樹脂：可起到均勻勻攪拌樹脂作作用，從而增增加錨索抗拉拉拔力。③樹脂-錨索有機結(jié)合合：鳥籠為中空，在樹樹脂攪拌過程程中，樹脂充充滿鳥籠，可使樹脂和和錨索融為一一體，從而進進一步增加錨錨索抗拉拔力力。加強管：為了安裝方方便，增加加加強管，在錨錨索接觸樹脂脂后，更容易易送入孔中。。鳥籠具有以下下作用新型籠形錨索索二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索③鳥巢錨索索注漿鳥巢錨索索預應(yīng)力鳥巢錨錨索國外球形索具具國外雙股組合合錨索二、錨桿支護護基本理論與與新型錨桿、、錨索科學的錨桿支支護設(shè)計，不不是簡單地在在頂板安裝錨錨桿，而應(yīng)該該使每一根安安裝的錨桿都都發(fā)揮它的最最大作用。煤礦頂板是由由不同層狀巖巖體組合成的的層狀組合梁梁，為達到最最佳組合梁的的錨桿系統(tǒng)設(shè)設(shè)計應(yīng)滿足下下列條件：1、支護系統(tǒng)設(shè)設(shè)計的基本原原則三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法①通過調(diào)整錨錨桿長度及安安裝應(yīng)力，使使錨桿支護系系統(tǒng)應(yīng)能夠控控制錨固范圍圍內(nèi)的頂板離離層，這需要要選擇合理的的錨桿類型、、長度和安裝裝應(yīng)力。②錨固系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)能夠減少或或消除頂板的的拉應(yīng)力區(qū)。。③錨桿應(yīng)能夠夠錨固在穩(wěn)定定的巖層中。。④錨固系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)有足夠的能能力來控制頂頂板，并且在在整個需要支支護期間內(nèi)不不失效。松動圈加固與與控制：巷道道開挖后必然然要形成松動動圈，但圍巖巖松動圈實際際上是動態(tài)的的，它與施加加的支護體系系的強度、預預應(yīng)力大小、、預應(yīng)力施加加時間及圍巖巖結(jié)構(gòu)、地壓壓強度都有關(guān)關(guān)系。施加合合理的支護結(jié)結(jié)構(gòu)，控制圍圍巖松動圈的的發(fā)展和松動動煤巖體的自自身強度是巷巷道支護的主主要目標。三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法2、煤礦巷道支支護的關(guān)鍵要要素合理的安裝應(yīng)應(yīng)力錨桿安裝應(yīng)力力的作用和液液壓支架的初初撐力的作用用很相似。對對于高應(yīng)力軟軟巖巷道，合合適的安裝應(yīng)應(yīng)力對頂板支支護效果影響響很大。它是是防止離層發(fā)發(fā)生，增加圍圍巖自承能力力和減少圍巖巖變形的關(guān)鍵鍵因素；是巷巷道支護成功功的關(guān)鍵因素素之一。合理的錨桿長長度錨桿長度是錨錨桿支護系統(tǒng)統(tǒng)成功的另一一關(guān)鍵因素。。合理的錨桿桿長度應(yīng)保證證錨桿錨固在在相對比較堅堅硬穩(wěn)定的巖巖層中。但是，若一定定范圍內(nèi)難找找到合適的穩(wěn)穩(wěn)定巖層，應(yīng)應(yīng)保證錨固區(qū)區(qū)形成能承載載一定壓力、、合理厚度的的梁或拱。合理的錨桿強強度和直徑選用錨桿強度度與直徑應(yīng)考考慮合理的效效費比，即在在提供同等支支護強度的條條件下，單一一支護面積內(nèi)內(nèi)支護單元所所提供的支護護強度與所需需費用的比值值。合理的表面控控制由于巷道在軟軟巖或煤層中中掘進，表面面控制對于充充分發(fā)揮錨桿桿支護系統(tǒng)的的作用非常重重要。有效的的表面控制系系統(tǒng)應(yīng)保證無無片幫和冒頂頂現(xiàn)象。三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法錨桿安裝與施施工錨桿安裝過程程中要實現(xiàn)兩兩個及時①及時施打打錨桿。實現(xiàn)現(xiàn)對圍巖的盡盡早控制，避避免松動圈的的擴展。②及時實現(xiàn)現(xiàn)錨桿的安裝裝應(yīng)力。實現(xiàn)現(xiàn)主動早期加加固圍巖，擬擬制松動圈擴擴展。錨桿施工安裝裝過程中注意意事項①三徑匹配問問題②確保一定的的扭矩③盡可能選用用大扭矩幫頂頂鉆機錨桿安裝扭矩矩放大器合格的錨桿安安裝應(yīng)該滿足足下列標準螺母阻尼必須須全部脫落，，否則錨桿無無法達到安裝裝載荷;塑料墊圈必須須溶化掉;錨桿外露長度度不超過20~30mm;扭矩不能低于于240Nm(經(jīng)驗值)。三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法螺紋鋼桿體與與球墨鑄鐵螺螺母的摩擦系系數(shù)最小，可可提高安裝應(yīng)應(yīng)力。摩擦系系數(shù)比螺紋鋼鋼桿體＋鋼螺螺母降低50％以上。特制塑料墊圈圈能夠使錨桿桿安裝旋轉(zhuǎn)時時產(chǎn)生的熱量量熔化塑料墊墊圈，以降低低螺母與桿體體的摩擦力。。桿體螺母組合合摩擦系數(shù)螺桿和螺母材料μs值①淬火鋼對青銅0.06～0.08鋼對青銅0.08～0.10鋼對耐磨鑄鐵0.10～0.12鋼對灰鑄鐵0.12～0.15鋼對鋼0.11～0.17鋼對球墨鑄鐵0.07～0.10預應(yīng)力錨桿結(jié)結(jié)構(gòu)與組成：：桿體＋托盤＋＋阻尼螺母＋＋承載墊圈＋＋減阻墊圈3、支護系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)件匹配問題題三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法錨桿預應(yīng)力控控件：控制噸噸位3～6t，錨索預應(yīng)力力控件：控制制噸位6～10t。錨桿預應(yīng)力控控件：控制噸噸位3～6t，錨索預應(yīng)力力控件：控制制噸位6～10t。預應(yīng)力控件三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法普板Q235-150×150×10火山口加球形形墊圈－28.8T普板Q235-150×150×10火山口不加球球形墊圈－23.6T錳板Q345150×150×6負差（5.5mm）19.0T以上150×150×8負差（7.5mm）23.0T以上150×150×10負差（9.5mm）28.0T以上中板分剪、沖沖壓成型的球球形托盤，承承載力明顯提提高。托盤的的承載力與鋼鋼材材質(zhì)有直直接關(guān)系，并并且還與托盤盤的球面大小小、曲率半徑徑有很大的關(guān)關(guān)系。托盤及鋼帶等等三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法W鋼帶示意圖單邊鋼筋梯示示意圖雙邊鋼筋梯示示意圖M鋼帶示意圖梯型鋼帶示意意圖三、巷道支護護系統(tǒng)設(shè)計方方法雙向高分子聚聚酯網(wǎng)－普通的塑料料編制網(wǎng)的優(yōu)優(yōu)點是成本低低、輕便、抗抗腐蝕等，但但其強度和剛剛度較低。－雙向高分子子聚酯網(wǎng)具有有強度大、重重量輕、剛度度好等諸多優(yōu)優(yōu)點。但由于于價格較高，，還沒有廣泛泛使用。三、、巷巷道道支支護護系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計計方方法法注漿漿錨錨桿桿三、、巷巷道道支支護護系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計計方方法法四、、部部分分礦礦井井巷巷道道支支護護案案例例厚松松散散層層深深埋埋構(gòu)構(gòu)造造復復雜雜礦礦井井開開拓拓巷巷道道－－山東東魯魯西西南南地地區(qū)區(qū)(菏澤澤及及濟濟寧寧周周邊邊一一帶帶)新近近施施工工建建設(shè)設(shè)的的一一批批礦礦井井均均為為厚厚松松散散層層深深埋埋礦礦井井，，如如滕滕東東、、唐唐口口、、梁梁寶寶寺寺、、龍龍固固、、趙趙樓樓、、郭郭屯屯、、彭彭莊莊、、楊楊營營、、霄霄云云、、陽陽城城等等煤煤礦礦，，均均遇遇到到了了深深井井高高地地壓壓軟軟巖巖巷巷道道支支護護難難的的問問題題。。高地地應(yīng)應(yīng)力力深深井井回回采采支支護護－－新汶汶礦礦區(qū)區(qū)有有5個礦礦井井華華豐豐、、協(xié)協(xié)莊莊、、孫孫村村、、潘潘西西、、良良莊莊開開采采深深度度超超過過1000m，其其中中孫孫村村煤煤礦礦延延深深水水平平－－1100，采采深深達達到到1300m。華華東東地地區(qū)區(qū)的的徐徐州州礦礦區(qū)區(qū)、、淮淮南南礦礦區(qū)區(qū)、、淮淮北北礦礦區(qū)區(qū)的的老老區(qū)區(qū)礦礦井井和和附附近近的的新新建建礦礦井井開開采采深深度度很很多多接接近近1000m或超超過過1000m。深井井開開采采的的巷巷道道支支護護問問題題已已經(jīng)經(jīng)成成為為一一個個普普遍遍的的技技術(shù)術(shù)難難題題。。深井井軟軟巖巖圍圍巖巖巷巷道道支支護護理理念念應(yīng)應(yīng)該該是是－采用用主主動動圍圍巖巖控控制制方方法法，，提提高高圍圍巖巖的的自自身身承承載載能能力力，，使使支支護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)－－錨錨桿桿、、錨錨索索、、金金屬屬網(wǎng)網(wǎng)和和混混凝凝土土噴噴層層協(xié)協(xié)同同有有效效抵抵抗抗地地應(yīng)應(yīng)力力釋釋放放，，以以平平衡衡巷巷道道圍圍巖巖的的變變形形，，真真正正實實現(xiàn)現(xiàn)錨錨網(wǎng)網(wǎng)主主動動支支護護。。滕東東生生建建煤煤礦礦：主主井井井井筒筒深深度度921m，副副井井井井筒筒深深度度949m，主主副副井井井井壁壁均均采采用用素素混混凝凝土土。。井井筒筒施施工工至至700m左右右時時，，滕滕東東煤煤礦礦與與山山東東科科技技大大學學合合作作，，采采用用高高強強預預應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿、、錨錨索索主主動動預預加加固固井井壁壁圍圍巖巖，，在在井井底底硐硐室室群群施施工工過過程程也也同同樣樣采采用用了了高高強強預預應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿＋＋錨錨索索＋＋金金屬屬網(wǎng)網(wǎng)＋＋鋼鋼帶帶(鋼筋筋梯梯)＋噴射射混凝凝土等等復合合支護護技術(shù)術(shù)，取取得了了顯著著的支支護效效果，，所有有硐室室和巷巷道達達到了了預期期的支支護效效果，，巷道道維修修率不不到2％。四、部部分礦礦井巷巷道支支護案案例唐口煤煤礦：是全全國唯唯一一一個主主井、、付井井、風風井均均超1000m的新建建礦井井，是是當時時濟西西礦區(qū)區(qū)最早早建設(shè)設(shè)的新新井，，設(shè)計計年產(chǎn)產(chǎn)300萬噸。。在礦礦井建建設(shè)時時期采采用了了設(shè)計計院的的原有有設(shè)計計，但但是硐硐室施施工完完畢后后，很很短時時間內(nèi)內(nèi)多處處發(fā)生生了較較大的的變形形。針針對這這種情情況采采用了了錨索索、加加長高高強錨錨桿和和注漿漿錨桿桿等綜綜合二二次加加固措措施，，取得得了較較好的的加固固效果果，最最終獲獲得了了國家家科技技進步步二等等獎。。但是是該成成果是是巷道道二次次加固固維修修取得得的，，并沒沒有硐硐室開開始施施工時時采用用加強強支護護的預預案，，造成成工期期延長長。魯能彭彭莊煤煤礦：彭莊莊煤礦礦礦井井設(shè)計計生產(chǎn)產(chǎn)能力力0.45Mt/a，服務(wù)務(wù)年限限51.5年。主主付井井井底底車場場深度度500m，揭露露巖性性以細細砂巖巖為主主，巖巖性相相對穩(wěn)穩(wěn)定，，巖石石硬度度系數(shù)數(shù)平均均f＝4~6。個別別地段段裂隙隙發(fā)育育，巖巖性松松軟，，砂巖巖裂隙隙水較較多。。井底底車場場及硐硐室支支護以以錨索索網(wǎng)噴噴支護護為主主，錨錨桿主主要采采用高高強預預應(yīng)力力錨桿桿，個個別地地段因因施工工后變變形較較大采采用了了錨注注加U型鋼棚棚支護護。四、部部分礦礦井巷巷道支支護案案例霄云煤煤礦：霄云云煤礦礦是由由濟寧寧礦業(yè)業(yè)集團團投資資興建建的中中型現(xiàn)現(xiàn)代化化礦井井，礦礦井由由濟南南煤炭炭設(shè)計計院設(shè)設(shè)計，，采用用立井井開拓拓，設(shè)設(shè)主、、副兩兩個井井筒，，設(shè)計計生產(chǎn)產(chǎn)能力力0.9Mt/a。主井井深度度840m，付井井深度度860m，表土土段423m，凍結(jié)結(jié)深度度472m。從主、、付井井檢查查孔得得知，，部分分井下下硐室室和巷巷道要要揭露露一層層2米左右右的膨膨脹性性泥巖巖。因因此該該礦與與山東東科技技大學學合作作進行行了軟軟巖深深井巷巷道支支護研研究，，由于于通過過加強強支護護預案案，礦礦井建建設(shè)順順利，，現(xiàn)在在礦井井所有有硐室室和巷巷道全全部順順利施施工完完畢。。龍固煤煤礦：是由由新礦礦集團團開發(fā)發(fā)建設(shè)設(shè)的國國家重重點特特大型型礦井井，設(shè)設(shè)計能能力600萬t/a，設(shè)計計深度度為840m。井下硐硐室聯(lián)聯(lián)絡(luò)復復雜，，穿過過巖性性變化化很大大，以以粉砂砂巖、、細砂砂巖為為主，，中砂砂巖相相對較較少，，且處處于構(gòu)構(gòu)造破破碎帶帶，巖巖石平平均硬硬度在在f＝3～5之間，，巷道道支護護難度度大。。同時時，該該礦井井在建建設(shè)施施工過過程中中砂巖巖裂隙隙水大大，給給巷道道支護護帶來來很大大困難難。通通過與與科研研機構(gòu)構(gòu)合作作，因因地制制宜地地采取取了不不同支支護形形式，，確保保了95％的巷巷道一一次支支護成成功，，并為為礦井