恒阻大變形錨索支護技術

1、會計學1恒阻大變形錨索支護技術恒阻大變形錨索支護技術第1頁/共45頁匯 報 提 綱第2頁/共45頁一、煤礦大變形災害的嚴重性u煤炭占我國一次性能源的70%以上，居主導地位u淺部煤炭資源越來越少，千米以下深部煤炭資源將是我國未來的主體能源0.51.0資源量，萬億資源量，萬億t已采資源量已采資源量未采資源量未采資源量1.341.371.461.401.5深度深度，m-600-1000-1500-2000地表地表數(shù)據(jù)源自第三次全國煤炭資源預測和評價數(shù)據(jù)源自第三次全國煤炭資源預測和評價第3頁/共45頁n露采滑坡是露天礦的大變形塌方事故，日趨嚴重頂板頂板18.6%煤與瓦煤與瓦斯突出斯突出46.4%水災水

2、災15.5%2005.12009.6煤礦各類事故煤礦各類事故死亡人數(shù)所占比例死亡人數(shù)所占比例運輸運輸3.7%其它其它10.7%頂板頂板43.3%煤與瓦煤與瓦斯突出斯突出 23.5%水災水災7.9%火災火災2.5%運輸運輸11%其它其它11.8%2005.12009.6煤礦各類事故煤礦各類事故次數(shù)所占比例次數(shù)所占比例火災火災5.1%多發(fā)生在多發(fā)生在 工作面順槽工作面順槽第4頁/共45頁u 工程巖體大變形災害的主要原因F深采復雜的地質力學環(huán)境“三高一擾動”“三高三高”高地應力高地應力自重應力、構造應力自重應力、構造應力高地溫高地溫千米礦井巖層溫度千米礦井巖層溫度35 C45 C高壓滲透高壓滲透液體

3、壓力、氣體壓力（瓦斯等）液體壓力、氣體壓力（瓦斯等）“一擾動一擾動”強烈開采擾動強烈開采擾動F深部巖體力學特性發(fā)生轉變硬巖軟化大變形F深井開采頂板塌方冒頂、煤-瓦斯突出、深部露采滑坡災害均與大變形破壞相關第5頁/共45頁緩慢大變形破壞模式膨脹大變形高溫高濕軟化大變形瞬間大變形破壞模式?jīng)_擊大變形突出大變形結構大變形第6頁/共45頁膨脹大變形底臌（龍口柳海礦）膨脹大變形底臌（龍口柳海礦）頂板膨脹大變形下沉（龍口柳海礦）頂板膨脹大變形下沉（龍口柳海礦）第7頁/共45頁非對稱底臌大變形（鶴壁五礦）非對稱底臌大變形（鶴壁五礦）冒頂范圍冒頂范圍150m 大面積嚴重冒頂（鶴崗興安礦）大面積嚴重冒頂（鶴崗興安

4、礦）兩幫不均勻、非對稱變形兩幫不均勻、非對稱變形兩幫非兩幫非對稱大變形對稱大變形(徐州旗山礦徐州旗山礦)第8頁/共45頁圍巖結構惡化（徐州夾河礦）圍巖結構惡化（徐州夾河礦）工作環(huán)境惡劣（徐州夾河礦）工作環(huán)境惡劣（徐州夾河礦）第9頁/共45頁沖擊地壓發(fā)生沖擊地壓發(fā)生前（撫順前（撫順老虎臺礦）老虎臺礦）沖擊地壓發(fā)生后沖擊地壓發(fā)生后（撫順老虎臺礦）（撫順老虎臺礦）第10頁/共45頁加拿大某地下巷道（加拿大某地下巷道（P. Kaiser，2000）F瞬時大變形巖爆大變形第11頁/共45頁F瞬時大變形突出大變形鄭州大平礦煤與瓦斯突出過程鄭州大平礦煤與瓦斯突出過程鄭州嵩楓礦巖巷底板瓦斯逸出鄭州嵩楓礦巖巷底

5、板瓦斯逸出第12頁/共45頁錨桿端部斷裂錨桿端部斷裂桿體中部斷裂桿體中部斷裂錨桿支護多次返修錨桿支護多次返修鋼架扭曲破壞失效鋼架扭曲破壞失效澆注混凝土開裂澆注混凝土開裂錨桿支護巖爆破壞錨桿支護巖爆破壞第13頁/共45頁第14頁/共45頁二、恒阻大變形錨桿（索）定型研發(fā)軟巖軟巖水理水理作用作用測試測試系統(tǒng)系統(tǒng)深部軟巖氣態(tài)水吸附深部軟巖氣態(tài)水吸附 智能測試系統(tǒng)智能測試系統(tǒng)膨脹大變形底臌膨脹大變形底臌(龍口柳海龍口柳海)粘土礦物成分吸水軟化粘土礦物成分吸水軟化吸水量隨時間變化吸水量隨時間變化lnQ-t曲線曲線 ccwcsttttF 121)(軟巖強度隨時間衰減的函數(shù)規(guī)律軟巖強度隨時間衰減的函數(shù)規(guī)律(

6、ZL200610113006.5)原因原因直接吸水直接吸水測試測試裝備裝備測試裝備測試裝備環(huán)境環(huán)境吸水吸水測試測試曲線曲線獲得獲得規(guī)律規(guī)律第15頁/共45頁非對稱大變形非對稱大變形拱 基 線底臌區(qū)域6671750R2700結構面結構面巖體結構非對稱巖體結構非對稱原因原因（ZL200710119124. 1）關鍵部位關鍵部位實驗實驗裝備裝備軟巖巷道破壞結構效軟巖巷道破壞結構效應物理模型實驗系統(tǒng)應物理模型實驗系統(tǒng)水平巖層水平巖層8 傾斜巖層傾斜巖層30 傾斜傾斜巖層巖層45 傾斜傾斜巖層巖層實驗實驗結果結果確定確定關鍵部位關鍵部位第16頁/共45頁主機主機 液壓控制系統(tǒng)液壓控制系統(tǒng) 加載系統(tǒng)加載系

7、統(tǒng) 一向突然卸載一向突然卸載 煤系地層巖爆煤系地層巖爆巖爆前支護狀態(tài)巖爆前支護狀態(tài)巖爆后支護狀態(tài)巖爆后支護狀態(tài)實驗實驗裝備裝備加拿大加拿大Creighton礦花崗巖礦花崗巖巖爆實驗巖爆實驗(2500m)星村煤礦垂直層理星村煤礦垂直層理泥質砂巖泥質砂巖(1113m)實驗實驗結果結果第17頁/共45頁溫度壓力耦合軟巖力學實驗系統(tǒng)溫度壓力耦合軟巖力學實驗系統(tǒng)主機主機系統(tǒng)系統(tǒng)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)主機主機系統(tǒng)系統(tǒng)高溫五聯(lián)三軸軟巖流變實驗系統(tǒng)高溫五聯(lián)三軸軟巖流變實驗系統(tǒng)圍巖結構惡化圍巖結構惡化高溫高濕惡劣環(huán)境高溫高濕惡劣環(huán)境(巖層溫度巖層溫度40 C，空氣濕度，空氣濕度95%)實驗實驗裝備裝備實驗實驗裝備裝備

8、實驗實驗結果結果不同溫度條件下的巖體強度不同溫度條件下的巖體強度和變形特性和變形特性不同溫度條件下的不同溫度條件下的巖體強度和彈模巖體強度和彈模(ZL200910088810.6)(ZL200610113003.1)第18頁/共45頁第19頁/共45頁加拿大加拿大MCB33型型Conebolt錨桿錨桿(非恒阻，最大變形量非恒阻，最大變形量120mm)澳大利亞澳大利亞Roofex錨桿錨桿(恒阻恒阻80kN，最大變形量，最大變形量300mm)第20頁/共45頁恒阻大變形裝置恒阻大變形裝置錨桿桿體錨桿桿體錨桿托盤錨桿托盤第21頁/共45頁 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普通錨桿加拿大MCB33型Conebolt新型恒阻 大變形錨桿澳大利亞Roofex錨桿第22頁/共45頁主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)控制臺控制臺恒阻大變形錨桿靜力實驗系統(tǒng)恒阻大變形錨桿靜力實驗系統(tǒng)實驗過程實驗過程試驗曲線試驗曲線三、恒阻大變形錨桿(索)力學特性及實驗系統(tǒng)恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿 拉伸力學性能實驗曲線拉伸力學性能實驗曲線第23頁/共45頁恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿動載實驗系統(tǒng)動載實驗系統(tǒng)恒阻大變形錨桿恒阻大變

10、形錨桿動載實驗過程動載實驗過程第24頁/共45頁第25頁/共45頁四通道相加全程四通道相加全程1通道特寫通道特寫2通道特寫通道特寫3通道特寫通道特寫4通道特寫通道特寫四通道相加特寫四通道相加特寫第26頁/共45頁F恒阻錨桿1000mm沖擊全程時域波形圖第27頁/共45頁四通道相加全程四通道相加全程1通道特寫通道特寫2通道特寫通道特寫3通道特寫通道特寫4通道特寫通道特寫四通道相加特寫四通道相加特寫第28頁/共45頁單次沖擊變形量單次沖擊變形量F動載撞擊實驗結果累計沖擊變形量累計沖擊變形量累計沖擊變形量與沖擊能量的關系累計沖擊變形量與沖擊能量的關系恒阻錨桿阻力恒阻錨桿阻力第29頁/共45頁第30頁

11、/共45頁四、恒阻大變形錨桿(索)與圍巖相互作用原理樹脂錨固劑樹脂錨固劑恒阻大變形裝置恒阻大變形裝置恒阻大變形范圍恒阻大變形范圍Max:3001000mm錨桿（索）錨桿（索）恒阻錨桿恒阻錨桿(索索)隨圍巖隨圍巖變形吸收能量變形吸收能量第31頁/共45頁PU/mm0UcEIEIIP0U500 5002II01IUUUCCdUUfEdUUfEPU/mm0UcEIEIIP0U500f1(U)f2(U)簡化模型簡化模型簡化模型簡化模型 CCCUUPUPEUPkUE50000II02I2121f2(U)f1(U)第32頁/共45頁恒阻錨桿恒阻錨桿變形吸收能量變形吸收能量 UUPnEEECRT 220 U

12、IIII0II012TRSDSBDBBCBEEEEEnEEnEEPUEP U0022CPnPUU 0002 2CnPUUnP F支護力和位移的解第33頁/共45頁支護總力支護總力材料變形量關系材料變形量關系（P U0）支護總力支護總力- 結構變形量關系結構變形量關系（U P ）第34頁/共45頁第35頁/共45頁錨桿編號示意圖錨桿編號示意圖菱形網(wǎng)HMG-500型恒阻大變形錨桿 22mm,L=3000mm 錨索15.24mm,L=7000mm工作面?zhèn)确枪ぷ髅鎮(zhèn)?23456781234567 試驗段起始位置B1測站B2測站B3測站B4測站4m8m12mA1測站A2測站新支護段傳統(tǒng)支護段13.6m2

13、7.2m17.6m工作面推進方向70m順槽 第36頁/共45頁兩幫收縮量兩幫收縮量與工作面距離關系曲線與工作面距離關系曲線頂板下沉量頂板下沉量與工作面距離關系曲線與工作面距離關系曲線底臌底臌量量與工作面距離關系曲線與工作面距離關系曲線工作幫工作幫非工作幫非工作幫第37頁/共45頁1.距工作面煤壁距工作面煤壁22m處恒阻錨桿支護效果處恒阻錨桿支護效果 1232.距工作面煤壁距工作面煤壁30m處恒阻錨桿支護效果處恒阻錨桿支護效果 3.距工作面煤壁距工作面煤壁37m處普通錨噴支護效果處普通錨噴支護效果 第38頁/共45頁五、主要結論第39頁/共45頁第40頁/共45頁緩慢大變形破壞模式膨脹大變形高溫高濕軟化大變形瞬間大變形破壞模式?jīng)_擊大變形突出大變形結構大變形第41頁/共45頁加拿大某地下巷道（加拿大某地下巷道（P. Kaiser，2000）F瞬時大變形巖爆大變形第42頁/共45頁恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿動載實驗系統(tǒng)動載實驗系統(tǒng)恒阻大變形錨桿恒阻大變形錨桿動載實驗過程動載實驗過程第4