煤矿巷道支护技术

神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿煤矿巷道支护技术侯树宏二O一五年神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿交流提纲煤矿巷道支护历史煤矿巷道支护理论煤矿巷道支护技术现状及展望特殊条件下巷道支护技术神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿交流提纲一个中心：以安全、快速、优质、高效、低耗完成巷道、硐室施工，保证矿井生产采掘平衡。2个基本点二是巷道支护技术一是施工核心技术井巷工程作为煤矿工作的重要一环，其内容概括起来为：一个中心，两个基本点。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿第一部分煤矿巷道支护历史巷道支护历史概述锚杆支护历史巷道支护型式神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿一.巷道支护历史概述我国煤矿主要是地下开采,需要在井下开掘大量巷道,保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义。随着开采深度、广度及开采强度的不断提高巷道埋深逐年增加,地质条件日趋复杂化,高地应力巷道、强烈采动影响巷道、松软破碎围岩巷道及特大断面巷道和硐室等复杂困难条件的出现,巷道支护技术在不断发生变革。煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护锚杆（喷）支护、锚索支护及混合支护的漫长过程。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿一.巷道支护历史概述新中国成立以来,我国的巷道支护改革工作一直没有停止过。初期,因钢材匮乏，煤矿产量低等因素，巷道支护以木支护为主;随着煤矿规模发展，为节省坑木,减少木材消耗，上世纪50年代和60年代推广了混凝土棚式支护;上世纪70年代和80年代,随着光爆锚喷技术的成熟、矿用型钢的研制成功,在岩巷广泛推广光爆锚喷支护以替代砌碹支护,在采准巷道推广矿用工字钢和U型钢支护替代混凝土支护。（国内从1956年起在淮南、开滦、阜新及鹤壁等矿区先后用了木锚杆、金属锚杆和砂浆锚杆等,并获得良好的效果，随后得到了蓬勃发展和广泛应用。）神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿一.巷道支护历史概述•国外普遍采用的U型钢金属支架支护技术,是20世纪30年代由联邦德国发明并用于矿区生产。我国自20世纪60年代初期引入该技术。•上世纪90年代末期，兖矿、新汶、淮南等矿务局随着开采深度的增加,认为U型钢可缩支架是终极解决软岩支护和深部地应力的办法,但随后被各类锚索混合支护所取代。•上世纪90年代,对顶板较为完整的采准巷道开始使用锚梁网支护。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿二、锚杆支护历史锚杆支护作为一种有效的、技术经济优越的采准巷道支护方式，自美国1912年在aberschlesin（阿伯施莱辛）的Friedens（弗里登斯）煤矿首次使用锚杆支护顶板至今已有100多年的历史。1945~1950年，机械式锚杆研究与应用；1950~1960年，采矿业广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支护进行系统研究；1960~1970年，树脂锚杆推出并在矿山得到了应用；1970~1980年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并得到了应用，同时研究新的设计方法，长锚索产生；1980~1990年，混合锚头锚杆、组合锚杆、特种锚杆等得到了应用，树脂锚固材料得到改进。美国、澳大利亚、加拿大等国由于煤层埋藏条件好，加之锚杆支护技术不断发展和日益成熟，因而锚杆支护使用很普遍，在煤矿巷道的支护中的比重几乎达到了100%。二、锚杆支护历史澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，处于国际领先水平。澳大利亚的煤矿巷道几乎全部采用W型钢带树脂全长锚固组合锚杆支护技术，尽管其巷道断面比较大，但支护效果非常好。对于复合顶板、破碎顶板及其巷道交叉点、大跨度硐室等难维护的地方，采用锚索注浆进行补强加固，控制了围岩的强烈变形。美国一直采用锚杆支护巷道，锚杆消耗量很大。锚杆种类也较多，有胀壳式、树脂式、复合锚杆等。组合件有钢带。具体应用时，根据岩层条件选择不同的支护方式和参数。法国煤巷锚杆支护的发展也很迅速，到1986年其比重己达50%。俄罗斯锚杆支护的发展也引人瞩目。他们研制了多种类型的锚杆，在俄罗斯第一大矿区——库兹巴斯矿区锚杆支护巷道所占比重己达50%。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿二、锚杆支护历史锚杆支护发展最快的是英国。在1987年以前，英国煤矿巷道支护90%以上采用金属支架，而且主要是矿用工字钢拱型刚性支架。由于回采工作面单产低、效率低、巷道支护成本高，因而亏损严重。为了摆脱煤炭行业的这种困境，在巷道支护方面积极发展锚杆支护，到1987年，英国从澳大利亚引进了成套的锚杆支护技术，从而扭转了过去的被动局面，煤巷锚杆支护得到迅速发展，经过近10年实验的基础上，又进行了改进和提高，到1994年在巷道支护中所占的比重己达到80%以上。锚杆支护技术的广泛采用给英国煤矿带来巨大的活力和经济效益。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿德国是U型钢支架使用最早、技术上最为成熟的国家，自1932年发明U型钢支架以来，U型钢支架发展迅速，支护比重很快达到了90%以上，从井底车场一直到采煤工作面两巷均采用U型钢可缩性支架。但是自20世纪80年代以来，随着矿井开采深度日益增加，维护日益困难。面临这种困境，德国采用不断增加金属支架的型钢质量，逐步减小棚距的做法，这不仅使巷道支护费用增高，而且施工、运输更加困难和复杂。即便如此，巷道维护困难的状况仍然难以改观，于是寻求成本低，运输和施工简单方便、控制围岩变形效果好的锚杆支护变得尤为重要。到20世纪80年代初期，锚杆支护在鲁尔矿区实验成功后获得推广，现己应用到千米的深井巷道中，取得了许多成功的经验。二、锚杆支护历史神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿•我国在煤矿岩巷中使用锚杆支护也已有近60余年的历史。从1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护，20世纪60年代锚杆支护开始进入采区，但由于煤层巷道围岩松软，受采动影响形量很大，对支护技术要求很高，加之锚杆支护理论、设计方法，锚杆材料、施工机具、检测手段等还不够完善，因而发展缓慢。“八五”期间，原煤炭工业部把煤巷锚杆支护技术作为重点项目进行攻关，在“九五”期间，原煤炭工业部将“锚杆支护”列为煤炭工业科技发展的五个项目之一，对锚杆支护的可行性和适用性进行了深入细致的研究，取得了一大批水平较高的科研成果。•特别是1996~1997年我国引进了澳大利亚锚杆支护技术，在原邢台矿务局进行了现场演示，并完成了与锚杆支护技术有关的15个项目，使我国的煤巷锚杆支护技术有较大提高。同时，困难条件下锚杆——锚索支护技术得到了应用，并取得令人满意的支护效果和经济效益。二、锚杆支护历史神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿•我国煤矿锚杆支护技术经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。早期采用的锚杆支护强度刚度低,支护原理上仍属于被动支护。2005年以来,为解决深部高地应力、受强烈采动影响、沿空留巷等复杂困难巷道支护难题,又开发出高预应力、强力锚杆与锚索支护技术,真正实现了锚杆的主动、及时支护,大幅度减少了巷道围岩变形与破坏,支护状况发生了本质改变。2009年,煤炭行业标准“煤巷锚杆支护技术规范(MT/T1104-2009)”发布,标志着煤巷锚杆支护技术已经逐渐成熟。目前,我国很多矿区煤巷锚杆支护率达到60%,有些矿区超过了90%,甚至达到100%。我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系,锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式。二、锚杆支护历史神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿•时至今日，人们不仅成功地在稳定和中等稳定以上的岩巷中使用锚杆，而且在软岩巷道、以及受采动影响的煤巷中也成功地使用了锚杆支护技术。一批技术先进的国有重点矿区的煤巷锚杆支护率在逐年稳步提高。由于对巷道围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，并且有支护成本较低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高了巷道断面的利用率、简化回采面端头维护工艺、明显改善作业环境和安全生产条件等优点，可提高矿井的经济效益，因而成为矿井巷道的一种主要支护形式。也代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。•锚杆支护可大幅度的降低巷道支护维修费用，提高巷道掘进速度和生产效率；在巷道跨度增大时，即在大跨度巷道的情况下，单纯用锚杆对巷道进行支护可能会引起巷道顶板在一定高度范围内整体垮落，在这种情况下可以进行“锚杆+锚索”联合支护，可将整个潜在冒落范围内的岩层悬吊在较稳定的岩层中，从而使得该巷道顶板处于稳定状态。二、锚杆支护历史神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿三、巷道支护型式支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护改善巷道围岩力学性质,提高围岩强度的加固方法,如各种注浆加固方法改善巷道围岩应力状态,使巷道处于应力降低区,如各种应力控制技术。1243根据支护对围岩的作用方式可将煤矿巷道支护分为4类:神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿1、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等三、巷道支护型式砌碹支护:砌碹支护是应用很早的支护方式,目前在一些矿井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支护材料可分为:料石、混凝土砌块、现浇混凝土、现浇钢筋混凝土等。砌碹支护的巷道是靠砌体形成的较之围岩更坚硬更密实的壳体围护围岩。这种支护的原理本是想增加围岩表面的强度，但最终结果是砌体与围岩体的接合不严，使得坚硬壳体与围岩之间不能很好的传递应力。同时由于砌碹支护属于刚性被动支护，因支护体的坚硬性而不能适应围岩的变形，不仅支护成本高、施工速度慢,劳动强度大,而且不能适应围岩大变形，只能在应力现象不明显，地质条件相对简单的情况下使用。目前主要在各矿明槽开挖至基岩段使用。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿1、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等三、巷道支护型式棚式支架:棚式支护曾经是煤矿巷道的主要支护方式,在20世纪90年代初,这种支护所占的比重高达80%以上。按支护材料可分为木支架、钢筋混凝土支架及金属支架,其中木支架与钢筋混凝土支架已经逐步被淘汰。金属支架按工作原理分刚性与可缩性支架;按支架材料分为工字钢、U型钢及其它;按断面分为梯形、拱形、圆形、环形。但是,棚式支架也属于被动支护,支架与巷道表面很难密切接触,控制围岩早期变形的能力差,在复杂困难条件下支护效果差、成本高。棚式支架对巷道围岩的支护作用是靠支架与围岩之间的背板传递抗力，这种抗力是一种被动的支护方式。这种支护的观点一开始就将所有围岩都视为载荷。而且背板与围岩的接触并没有预应力,只能被动地等围岩来压变形。因此，架棚式支护很难维护松软破碎或高应力围岩。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿1、支护力作用在巷道围岩表面的支护方式,如各种类型的支架、喷射混凝土、砌碹支护等三、巷道支护型式摩擦支柱液压支柱U型钢Archsets拱形支架神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护三、巷道支护型式锚杆支护：用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆体，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果、减跨效果，以达到支护的目的。锚杆之所以能对巷道围岩起到支护作用，是因为围岩自身具有自我承载能力并能自我稳定，锚杆的作用只是限制围岩岩体使其保持连续变形。神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿钢筋或钢丝绳砂浆锚杆管缝式锚杆快硬(膨胀)水泥锚杆快硬膨胀水泥锚杆由杆体、固定楔、活动倒楔、垫板和螺帽组成。金属倒楔式锚杆树脂锚杆锚杆有木锚杆、金属锚杆、水泥锚杆和树脂锚杆等类型。2、支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护三、巷道支护型式（1）钢筋砂浆锚杆（2）钢丝绳砂浆锚杆神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护三、巷道支护型式形形色色的锚杆神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护三、巷道支护型式装配式锚杆神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿2、支护力不但作用在围岩表面,而且作用在围岩内部的支护方式,如锚杆与锚索支护三、巷道支护型式形形色色的托板神华宁夏煤业